CN113224776A - 一种主动配电网三相不平衡治理方法及*** - Google Patents

一种主动配电网三相不平衡治理方法及*** Download PDF

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马涛
侯磊
刘洋
孙胜霞
季经纬
张茂鹏
聂向欣
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Hebei Xiong'an Xuji Electric Technology Co ltd
Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
State Grid Corp of China SGCC
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Hebei Xiong'an Xuji Electric Technology Co ltd
Xiongan New Area Power Supply Company State Grid Hebei Electric Power Co
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Abstract

本发明涉及一种主动配电网三相不平衡治理方法及***,属于电力***自动化技术领域。方法包括:当电网出现三相不平衡时,获取有源滤波器直流侧的实际电压;根据实际电压和目标电压计算出电压偏差和偏差变化率;将电压偏差作为PI控制器的输入进行PI调节;并将PI调节结果进行PWM调制,按照调制结果控制电网中有源滤波器进行不平衡治理;PI控制器中的比例系数根据比例系数变化量和比例系数初始值得到,积分系数根据积分系数变化量和积分系数初始值得到;比例系数变化量和积分系数变化量根据电压偏差、偏差变化率以及模糊关系确定。本发明通过模糊控制对PI调节的比例系数和积分系数进行优化,提高PI调节的准确性,提高三相不平衡治理的准确性。

Description

一种主动配电网三相不平衡治理方法及***
技术领域
本发明涉及一种主动配电网三相不平衡治理方法及***,属于电力***自动化技术领域。
背景技术
智能电网的概念是在2001年由美国电力科学研究院(EPRI)首次提出来的,然后在2003年由于美国加州大停电造成了重大社会影响,英国正式启动了智能电网的研究与建设工作。2005年,欧洲也成立了“智能电网欧洲技术论坛”,展开智能电网的研究。随后,中 国、日本、韩国等国家也都相继开始了智能电网建设规划。
我国统一加强智能电网涵盖了发电、输电、变电、配电、用电、调度六个环节,由基础 体系、技术支撑体系、智能应用体系和标准规范体系组成,具备了坚强可靠、清洁环保、经 济高效、透明开放、友好互动的基本内涵。智能配电台区是智能配电网的重要一环,是连接 配电与用电两大环节的枢纽,其发展建设意义重大。
然而智能电网中存在三相不平衡等电能质量的问题。目前三相不平衡的治理方法主要有: 负荷换相式方法、电容器方法和动态补偿式方法等。负荷换相式方法为常用的方法,主要是 根据电流大小、三相电压大小及当前相位控制换相开关进行换相。
现有的换相开关适用于消耗电能的负荷且功率因数较高的场合,然而随着用电设备的不 断丰富以及光伏、风电等分布式能源发电负荷的广泛应用,使得低压配电网负荷更加复杂, 形成分布式能源配电网(即主动配电网),主动配电网中存在反相电流的负荷或者功率因数 较低现象,因此,有人提出采用有源滤波器进行主动配电网中的三相不平衡处理。
有源滤波器进行三相不平衡处理一般采用PI控制器进行PI调节,而PI控制器在进行 PI调节时,所设定的比例系数、积分系数的调节参数均为根据经验设定的定值,导致调节的 准确性降低,进而无法准确的治理三相不平衡现象。
发明内容
本申请的目的在于提供一种主动配电网三相不平衡治理方法及***,用以解决现有治理 方法准确性低的问题。
为实现上述目的,本申请提出了一种主动配电网三相不平衡治理方法的技术方案,包括 以下步骤:
1)当电网出现三相不平衡时,获取有源滤波器直流侧的实际电压;
2)根据实际电压和目标电压计算出电压偏差和偏差变化率;
3)将电压偏差作为PI控制器的输入进行PI调节;并将PI调节结果进行PWM调制,按照调制结果控制电网中有源滤波器进行不平衡治理;PI控制器中的比例系数根据比例系数 变化量和比例系数初始值得到;PI控制器中的积分系数根据积分系数变化量和积分系数初始 值得到;比例系数变化量和积分系数变化量根据电压偏差、偏差变化率以及模糊关系确定。
本发明的主动配电网三相不平衡治理方法的技术方案的有益效果是:本发明根据有源滤 波器直流侧的实际电压和目标电压计算出电压偏差和偏差变化率,进而根据电压偏差、偏差 变化率以及模糊关系确定比例系数变化量和积分系数变化量,通过比例系数变化量对PI控 制器中的比例系数初始值进行优化,得到最终的比例系数,通过积分系数变化量对PI控制 器中的积分系数初始值进行优化,得到最终的积分系数;进而根据优化后的比例系数和积分 系数进行PI调节,提高PI调节的准确性,将主动配电网中的三相不平衡最小化,提高三相 不平衡治理的准确性。
另外,本申请还提出一种主动配电网三相不平衡治理***的技术方案,包括:
电压检测电路,用于采集有源滤波器直流侧的实际电压;
有源滤波器,用于根据PWM调制进行不平衡治理;
控制器,所述控制器包括模糊控制器和PI控制器;
所述模糊控制器用于在电网出现三相不平衡时,根据电压偏差、偏差变化率以及模糊关 系确定比例系数变化量和积分系数变化量;所述电压偏差和偏差变化率根据实际电压和目标 电压计算出;
所述PI控制器将电压偏差作为输入量进行PI调节,并将PI调节结果进行PWM调制,按照调制结果控制电网中有源滤波器进行不平衡治理;PI控制器中的比例系数根据比例系数 变化量和比例系数初始值得到;PI控制器中的积分系数根据积分系数变化量和积分系数初始 值得到。
本发明的主动配电网三相不平衡治理***的技术方案的有益效果是:本发明根据有源滤 波器直流侧的实际电压和目标电压计算出电压偏差和偏差变化率,进而模糊控制器根据电压 偏差、偏差变化率以及模糊关系确定比例系数变化量和积分系数变化量,通过比例系数变化 量对PI控制器中的比例系数初始值进行优化,得到最终的比例系数,通过积分系数变化量 对PI控制器中的积分系数初始值进行优化,得到最终的积分系数;进而PI控制器根据优化 后的比例系数和积分系数进行PI调节,提高PI调节的准确性,将主动配电网中的三相不平 衡最小化,不仅提高三相不平衡治理的准确性,还提高了该***动、静态性能,保证了配电 网中的电能质量,效支持新形势下配电网规划和运行的需要,对整个电力***具有重大的实 际意义。
进一步的,有源滤波器中的PWM可控整流器为三相全桥整流器。
附图说明
图1是本发明主动配电网三相不平衡治理***的结构图;
图2是本发明主动配电网三相不平衡治理方法的流程图;
图3是本发明主动配电网三相不平衡治理方法的模糊控制+PI控制的控制框图;
图中:1为主动配电网、2为电抗器、3为控制器、4为储能电容、5为PWM可控整流 器、6为续流二极管、7为IGBT。
具体实施方式
主动配电网三相不平衡治理***实施例:
本发明的主要构思在于,基于现有PI调节参数固定,使得PI调节准确性低的问题,本 发明根据有源滤波器直流侧的实际电压和目标电压计算出电压偏差和偏差变化率,将电压偏 差和偏差变化率输入模糊控制器中得到比例系数变化量和积分系数变化量,进而通过比例系 数变化量和积分系数变化量对PI控制器中的比例系数和积分系数进行优化,按照优化后的 比例系数和积分系数进行PI调节,提高PI调节的准确性。
主动配电网三相不平衡治理***如图1所示,包括有源滤波器、控制器3、以及电压信 号检测电路(图中未画出)。
有源滤波器包括电抗器2、PWM可控整流器5和储能电容4,为电压型有源滤波器,PWM可控整流器5是由IGBT7与续流二极管6构成的三相全桥整流器。有源滤波器中的电 抗器2和储能电容4可以储存电网能量。
电压信号检测电路用于检测储能电容4两端实际的直流电压Udc*(即有源滤波器直流 侧的实际电压)。
控制器3的输入端连接电压信号检测电路,控制器3的输出端连接PWM可控整流器5的控制端。控制器3包括模糊控制器和PI控制器;控制器3以三相不平衡度最小和调节过 程中功率损耗最小为依据,通过接收有源滤波器直流侧的电压后,将直流侧的电容电压进行控制,使得直流侧电压维持不变,进而使得PWM可控整流器5的交流侧输出PWM电流波, 使配电网的三相不平衡度达到最小,进而实现主动配电网三相不平衡的治理。
具体的,主动配电网三相不平衡治理方法如图2所示,包括以下步骤:
1)主动配电网1通过其输送线路上设置的电抗器,消除了电网中的谐波电流,同时, 主动配电网1中的数据传输至控制器3:主动配电网1中的电压和电流信息可通过交流接触 器实时监测,经AD转换的信号,传输至控制器3,控制器3分析主动配电网1的三相电压是否平衡。
2)控制器3监测到主动配电网1的不平衡度大于设定阈值,出现三相不平衡时,如图 3所示,将所采集的实际电压Udc*和目标电压Udc计算得出电压偏差e和偏差变化率ec。
3)控制器3中的模糊控制器根据电压偏差e、偏差变化率ec以及模糊关系确定比例系 数变化量ΔKp和积分系数变化量ΔKi,同时将电压偏差e输入PI控制器中。
模糊控制器为双输入双输出的控制器,读取e和ec后,自动进行模糊控制策略调整, 并经过自适应调整后输出变量ΔKp、ΔKi。模糊自适应控制的实现过程是,找出Kp、Ki两 个参数与电压偏差e、偏差变化率ec之间的模糊关系,其中Kp的作用是加快***的响应速 度,提高***的调节精度,Ki的作用是消除***的稳态误差,在运行过程中不断检测e和ec,根据模糊控制原理对PI参数进行在线修改,而使被控对象有良好的动静态性能。
计算当前的e和ec后,进行模糊化处理,将输入变量从基本论域中转换到对应的语音 变量模糊集论域中,利用模糊规则进行模糊推理。将e和ec定义为模糊集上的论域e、ec={-3,-2,-1,0,1,2,3},其语言变量集为e、ec={NB,NM,NS, ZO,PS,PM,PB},子集中的元素分别表示为负大,负中,负小,零,正小,正中, 正大。为方便计算,他们的隶属度函数均为三角形函数。选取控制量的原则是:当误差大或 较大时,控制参数设计以尽快消除误差为主;当误差较小时,参数设计要以***的稳定性为 主,防止***超调。按照上述分析建立模糊控制器的控制规则,如表1,表2所示。
表1Kp模糊控制规则
e/ec NB NM NS ZO PS PM PB
NB PB PB PM PM PS ZO ZO
NM PB PB PM PS PS ZO NS
NS PM PM PM PS ZO NS NS
ZO PM PM PS ZO NS NM NM
PS PS PS ZO NS NS NM NM
PM PS ZO NS NM NM NM NB
PB ZO ZO NM NM NM NB NB
表2Ki模糊控制规则
Figure BDA0003000053790000041
Figure BDA0003000053790000051
针对不同的输入情况,根据模糊规则表推理输出结果ΔKp、ΔKi。Kp、Ki的选取原则 是:当误差大或较大时,控制参数设计以尽快消除误差为主;当误差较小时,参数设计要以 ***的稳定性为主,防止***超调。
4)PI控制器中,将比例系数变化量ΔKp与比例系数初始值Kp0相加得到最终的比例系 数Kp;将积分系数变化量ΔKi与积分系数初始值Ki0相加得到最终的积分系数Ki,根据比 例系数Kp和积分系数Ki,将电压偏差e作为输入量进行PI调节,并将PI调节结果进行PWM调制,按照调制结果控制电网中有源滤波器进行不平衡治理。Ki0、Kp0按照工程方 法整定的初始参数。
PI控制器获取电压偏差等参数后,比例系数Kp和积分系数Ki由模糊控制器进行在线 自调整,使PI控制器可以适应电力***不同的工作情况,输出PWM开关调制信号U0,进而进行PWM调制,通过驱动电路驱动IGBT7打开或者闭合进行调制,进行不平衡治理。
本实施例中,主动配电网1采用主动管理分布式电源、储能设备和客户双向负荷的模式, 是具有灵活拓扑结构的公用配电网。在对配电台区能源互联***多元能源的控制方面,由于 分布式能源灵活的并网模式与差异化的功率输出特性,基于分层控制结构的协调控制,控制 器3能够较好地从全局角度对分布式能源互联***进行优化调度,而各分布式单元、需求侧 可响应负荷、储能***组可根据调度指令进行资质调节,实现了对各分布式单元的灵活、协 调、高效控制。
本发明实现对主动式配电网***电能质量的综合治理,同时可解决传统配电网和新能源 配电网的电能质量综合问题,具有较大指导意义和实用价值。
主动配电网三相不平衡治理方法实施例:
主动配电网三相不平衡治理方法在上述主动配电网三相不平衡治理***实施例中已经介 绍,这里不做赘述。

Claims (3)

1.一种主动配电网三相不平衡治理方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)当电网出现三相不平衡时,获取有源滤波器直流侧的实际电压;
2)根据实际电压和目标电压计算出电压偏差和偏差变化率;
3)将电压偏差作为PI控制器的输入进行PI调节;并将PI调节结果进行PWM调制,按照调制结果控制电网中有源滤波器进行不平衡治理;PI控制器中的比例系数根据比例系数变化量和比例系数初始值得到;PI控制器中的积分系数根据积分系数变化量和积分系数初始值得到;比例系数变化量和积分系数变化量根据电压偏差、偏差变化率以及模糊关系确定。
2.一种主动配电网三相不平衡治理***,其特征在于,包括:
电压检测电路,用于采集有源滤波器直流侧的实际电压;
有源滤波器,用于根据PWM调制进行不平衡治理;
控制器,所述控制器包括模糊控制器和PI控制器;
所述模糊控制器用于在电网出现三相不平衡时,根据电压偏差、偏差变化率以及模糊关系确定比例系数变化量和积分系数变化量;所述电压偏差和偏差变化率根据实际电压和目标电压计算出;
所述PI控制器将电压偏差作为输入量进行PI调节,并将PI调节结果进行PWM调制,按照调制结果控制电网中有源滤波器进行不平衡治理;PI控制器中的比例系数根据比例系数变化量和比例系数初始值得到;PI控制器中的积分系数根据积分系数变化量和积分系数初始值得到。
3.根据权利要求2所述的主动配电网三相不平衡治理***,其特征在于,有源滤波器中的PWM可控整流器为三相全桥整流器。
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