CN113783209A - 一种基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网不平衡治理，具体是一种基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法。本发明解决了传统不平衡治理通过人为调整各相之间负荷平均分布的方法无法解决大规模不确定扰动造成的不平衡的问题。并且解决了传统通过补偿等方式需要额外产生附加功率损耗，对于提升整个***的能效、降低碳排放水平，具有不利的影响的问题。该方法首先通过数学推导得出双向DC/AC变换器双向功率PWM控制的方法。在此基础上，对配电网三相不平衡信号采集，得到各相之间的不平衡功率差值，从而确定各相负荷和新能源电源应消耗或者提供的功率，接着根据各相功率需求进行负荷和新能源电源接入选相，选相完成后根据得到的各相功率需求量，通过控制开关管信号S1，S2，S3和S4来控制开关管V1‑V4的开断进而调节双向DC/AC变换器的功率流动，以满足负荷和新能源电源在各相的接入功率量，进而将配电网三相不平衡量抵消。从而实现配电网不平衡治理。本发明适用于配电网不平衡治理，具有良好的实用性。
Description
技术领域
本文涉及配电网不平衡治理领域，具体是一种基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法。
背景技术
随着化石能源的枯竭和环境问题日渐突出，各种分布式电源的应用受到了广泛重视。以风电和光伏发电为主的新能源将迎来加速发展。随着光伏发电等分布式能源技术的不断发展，家用储能以及电动汽车的逐渐普及，配电网将面临着大规模的分布式电源和电动汽车充电负荷并网的冲击，且由于两者的随机性和波动性，其采用单相并网方式时，会进一步加剧配电网的不平衡程度。因此需要对配电网不平衡进行治理。
目前国内外配网三相不平衡治理一般采取的措施是换相投切负荷和附加补偿装置，其中，换相投切负荷的方法主要为人工换相。人工换相的方案治理采用相平衡控制算法，其调整策略是选取某配变的若干单相用户，通过分析智能仪表以及用电信息采集终端***所采集的实时数据。工作人员凭借数据分析结果和调节的经验采用试错法对低压线路各相上的负荷进行平均分配，虽然人工换相调整的成本较低，但这种方法需要进行大量的准备工作，而且换相操作需要大量的工作人员，工作量较大，人力成本较高，同时由于负荷的随机性和不确定性，依靠人工换相的方法不能实时的进行在线负荷调节，很难达到预期的理想效果且在一定程度上存在安全隐患。有研究采用电容型三相不平衡补偿，实时检测三相负荷不平衡电流，通过投切开关控制电容器进行分相调节，实现补偿功能。有文献采用有源不平衡补偿装置利用电力电子变流技术主动补偿负载的基波不平衡电流，从而降低不平衡度，同时具备无功补偿功能。而这些方法均会产生额外的功率损耗。
现有的配电网不平衡治理通过人为调整各相之间负荷平均分布的方法已无法解决大规模不确定扰动造成的不平衡问题，而通过补偿等方式，需要额外产生附加功率损耗，对于提升整个***的能效、降低碳排放水平等，具有不利的影响。因此现在迫切需要一种不再使用通过传统的负荷投切或是附加补偿装置，仅需改变和优化智能负荷控制机制便可实现***的三相不平衡治理方法。
发明内容
本发明为了解决大规模的分布式电源和电动汽车充电负荷并网的冲击，且由于两者的随机性和波动性，其采用单相并网方式时，会进一步加剧配电网的不平衡程度的问题。针对现有方法的缺陷，设计了一种基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种双向DC/AC变换器，由4个IGBT开关管和电感组成。
本发明是一种用于上述基于双向DC/AC变换器的控制方法，其所述方法具体展开如下：
本发明在现有双向DC/AC变换器拓扑结构的基础上，提出基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法。通过对配电网三相不平衡信号的采集，得到各相之间的不平衡功率差值，从而确定各相负荷和新能源电源应消耗或者提供的功率，接着根据各相功率需求进行负荷和新能源电源接入选相，之后提出双向功率PWM控制策略，通过控制开关管的开断以满足负荷和新能源电源在各相的接入功率量，进而将配电网三相不平衡量抵消，实现配电网不平衡治理。如图2所示，图中S1，S2，S3和S4为IGBT开关管控制信号；Vdc为直流侧电压；SPWM模块可生成IGBT开关管的驱动波形。
电感电流反馈环：输出侧电感电流参考值与输出侧电感电流实际值作差后，经过PI控制器调节输出电感电流。
电网电压前馈环：通过对电网电压进行采集，采用前馈控制，保证电网电压的稳定。
不平衡量控制：通过采集三相不平衡功率，计算各相之间的不平衡功率差值，从而确定各相负荷和新能源电源应消耗或者提供的功率，接着根据各相功率需求进行负荷和新能源电源接入选相，选相完成后根据得到的各相功率需求量，通过调整开关管V1-V4的开断进而调节双向DC/AC变换器的功率流动，以满足负荷和新能源电源在各相的接入功率量，进而将配电网三相不平衡量抵消。
本发明所提供的上述一种基于智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：(1)现有的控制方法，需要人为调整各相之间负荷平均分布，或者通过补偿等方式，需要额外产生附加功率损耗，对于提升整个***的能效、降低碳排放水平等，具有不利的影响。使用本发明的方法可以不再需要通过传统的负荷投切或是附加补偿装置，仅需改变和优化负荷控制机制便可实现***的三相不平衡治理。(2)使用基于智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法，可以解决传统不平衡治理方法效果不理想的缺点。提高了配电网的可靠性。(3)使用基于智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法，可以对配电网不平衡进行实时的动态的调整，提高了配电网三相不平衡治理的效率。
附图说明
图1是本发明所涉及一种双向DC/AC变换器的结构图；
图2是本发明所涉及基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法控制框图；
图1中：V1-V4分别为4个IGBT开关管；Vdc为直流母线电压；L为滤波电感；U和i分别为单相电源的等效电压和电流。
图2中：S1，S2，S3和S4为IGBT开关管控制信号；Vdc为直流侧电压；SPWM模块可生成IGBT开关管的驱动波形。电感电流反馈环中，输出电感电流参考值与输出电感电流实际值作差后，经过PI控制器调节输出电感电流。电网电压前馈环通过对电网电压进行采集，采用前馈控制，保证电网电压的稳定。不平衡量控制根据采集到的三相不平衡功率，来计算各相之间的不平衡功率差值，从而确定各相负荷和新能源电源应消耗或者提供的功率，接着根据各相功率需求进行负荷和新能源电源接入选相，选相完成后根据得到的各相功率需求量生成***的调制信号。经过SPWM模块得到IGBT开关管控制信号S1，S2，S3和S4。通过开关管控制信号S1，S2，S3和S4来控制开关管V1-V4的开断进而调节双向DC/AC变换器的功率流动，以满足负荷和新能源电源在各相的接入功率量，进而将配电网三相不平衡量抵消。
具体实施方式
1.推导控制模型，在建立双向DC/AC变换器小信号模型的基础上，通过数学推导得出基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法。
2.基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法。在图2中所示为双向功率PWM控制策略，其中对配电网三相不平衡信号采集，得到各相之间的不平衡功率差值，从而确定各相负荷和新能源电源应消耗或者提供的功率，接着根据各相功率需求进行负荷和新能源电源接入选相，选相完成后根据得到的各相功率需求量，通过控制开关管信号S1，S2，S3和S4来控制开关管V1-V4的开断进而调节双向DC/AC变换器的功率流动，以满足负荷和新能源电源在各相的接入功率量，进而将配电网三相不平衡量抵消。实现配电网三相不平衡治理。
Claims (1)
1.基于单相智慧负荷控制的配电网不平衡治理方法，其特征在于：在建立双向DC/AC变换器小信号模型的基础上，通过数学推导得出双向功率PWM控制策略，该控制策略通过对配电网三相不平衡信号采集，得到各相之间的不平衡功率差值，从而确定各相负荷和新能源电源应消耗或者提供的功率，接着根据各相功率需求进行负荷和新能源电源接入选相，选相完成后根据得到的各相功率需求量，通过控制开关管信号S1，S2，S3和S4来控制开关管V1-V4的开断进而调节双向DC/AC变换器的功率流动，以满足负荷和新能源电源在各相的接入功率量，进而将配电网三相不平衡量抵消。实现配电网三相不平衡治理。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116131295A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-05-16 | 国网山西省电力公司临汾供电公司 | 一种基于电网未来状态评估的并网选相方法 |
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2021
- 2021-07-25 CN CN202110893751.0A patent/CN113783209A/zh active Pending
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| CN116131295B (zh) * | 2023-04-14 | 2023-06-30 | 国网山西省电力公司临汾供电公司 | 一种基于电网未来状态评估的并网选相方法 |
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