CN107546751B - 基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置 - Google Patents

基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107546751B
CN107546751B CN201710883635.4A CN201710883635A CN107546751B CN 107546751 B CN107546751 B CN 107546751B CN 201710883635 A CN201710883635 A CN 201710883635A CN 107546751 B CN107546751 B CN 107546751B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
electric power
power spring
load
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710883635.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107546751A (zh
Inventor
罗潇
张坤
宁志毫
王灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd, State Grid Hunan Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201710883635.4A priority Critical patent/CN107546751B/zh
Publication of CN107546751A publication Critical patent/CN107546751A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107546751B publication Critical patent/CN107546751B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

本发明提供一种基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置，其中电路中所有用户负载均串联于所述电力弹簧出口侧，所述方法包括：S1，基于用户负载两端电压和负载额定电压参考值，依次利用最优输出跟踪器和比例积分控制器，获取所述电力弹簧的期望电压幅值；S2，基于所述用户负载两端电压的有效值和所述负载额定电压参考值的偏差，以及用户负载支路电流的相位角，利用运行模式选择器，获取所述电力弹簧的期望电压相位角；S3，基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用信号发生器获取所述电力弹簧的驱动控制信号。本发明能够全面均衡提升电路中负载的电压质量，并能有效提高系统的适用性和实用性。

Description

基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置
技术领域
本发明涉及智能电网控制技术领域，更具体地，涉及一种基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置。
背景技术
电力行业的发展和对电能依赖性的提升，使用户对电力供应的稳定性和可靠性提出了更高的要求，电能质量好坏的判断标准不再仅限于供电中断的时长及频率，还涉及供电电压的稳定性，暨其有效值是否一直稳定在额定范围内。
根据国家电网公司的统计，由于我国电力需求发展迅速，导致供电设施的建设跟不上电力需求的发展速度，因此虽然目前城市地区电网的电压合格率一直保持在较高的水准，但是农村电网由于网架结构不合理、设备老旧、以及管理缺失，大多存在严重的电压问题。
为解决农村电网供电半径过长导致的过电压及低电压问题，最行之有效的方法是优化网架结构，对配电网络进行重新规划改造，但是该方法成本较高、耗时较长，同时改造期间也可能影响用户的正常用电。另一种方法是在低压配电线路上安装分布式无功补偿装置，其中电力弹簧作为一种新型串联无功补偿设备，可直接安装在用户侧提升电压质量。
传统电力弹簧采用入端电压控制方法，将电力弹簧串联于配电线路与特定负载(非关键负载)之间，当感应到电压波动时，通过动态无功补偿控制其输入端的电压以稳定线路上其余关键负载的电压。可见传统电力弹簧的入端电压控制方法，是通过牺牲非关键负载电压质量来保证关键负载电压质量，会导致非关键负载电压质量的恶化，同时在对关键负载和非关键负载的定义无明确划分标准的情况下，较难进行大规模推广。
发明内容
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置，以达到全面均衡提升电路中负载的电压质量，以及有效提高系统的适用性和实用性的目的。
第一方面，本发明提供一种基于电力弹簧的电压控制电路系统，包括：电力弹簧、控制器和至少一个用户负载。其中所有所述用户负载均串联于所述电力弹簧出口侧，所述控制器分别与所述电力弹簧和所述用户负载通信连接，用于通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，调节用户负载电压。
第二方面，本发明提供一种基于电力弹簧的电压控制方法，其中电路中所有用户负载均串联于电力弹簧出口侧，所述方法包括：通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，调节用户负载电压。
其中，所述通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压的步骤进一步包括：S1，基于用户负载两端电压和负载额定电压参考值，依次利用最优输出跟踪器和比例积分控制器，获取所述电力弹簧的期望电压幅值；S2，基于所述用户负载两端电压的有效值和所述负载额定电压参考值的偏差，以及用户负载支路电流的相位角，利用运行模式选择器，获取所述电力弹簧的期望电压相位角；S3，基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用信号发生器获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
其中，所述S1的步骤进一步包括：获取所述用户负载两端电压的有效值与所述负载额定电压参考值的负载电压偏差；基于所述负载电压偏差，获取所述最优输出跟踪器的输入信号；基于所述最优输出跟踪器的输入信号，利用所述最优输出跟踪器，获取实际电压偏差信号；利用所述比例积分控制器，对所述实际电压偏差信号进行比例积分循环计算，并进行限幅调节，获取所述电力弹簧的期望电压幅值。
其中，所述基于所述负载电压偏差，获取所述最优输出跟踪器的输入信号的步骤进一步包括：将所述负载电压偏差输入死区电压判断器，若判断获知所述负载电压偏差小于死区电压，则输出信号0作为所述最优输出跟踪器的输入信号；反之，输出所述负载电压偏差作为所述最优输出跟踪器的输入信号。
其中，所述基于所述最优输出跟踪器的输入信号，利用所述最优输出跟踪器，获取实际电压偏差信号的步骤进一步包括：对所述最优输出跟踪器的输入信号进行求导，若判断获知求导结果小于0，则输出所述最优输出跟踪器的输入信号作为所述实际电压偏差信号；反之，输出信号0作为所述实际电压偏差信号。
其中，所述S2的步骤进一步包括：基于所述负载电压偏差，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压-电流相位差，并确定所述电力弹簧的感性容性运行模式；基于所述用户负载支路电流的相位角，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压相位角参考量；将所述电压相位角参考量与所述电压-电流相位差之和作为所述电力弹簧的期望电压相位角。
其中，所述S3的步骤进一步包括：基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用正弦波信号发生器，获取所述电力弹簧的期望电压信号；基于所述电力弹簧的期望电压信号，利用PWM信号发生器，获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
进一步的，在所述步骤S2之前，还包括：获取所述用户负载支路电流，并通过锁相环获取所述用户负载支路电流的有效值。
其中，所述基于所述负载电压偏差，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压-电流相位差，并确定所述电力弹簧的感性容性运行模式的步骤进一步包括：将所述负载电压偏差输入所述运行模式选择器，若判断获知所述负载电压偏差为正，则设定所述电力弹簧的电压-电流相位差为+90°，并确定所述电力弹簧工作于感性模式；或者，若判断获知所述负载电压偏差为负，则设定所述电力弹簧的电压-电流相位差为-90°，并确定所述电力弹簧工作于容性模式。
第三方面，本发明提供一种基于电力弹簧的电压控制装置，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述控制装置与所述电力弹簧通信接口和用户负载测量设备之间的信息传输；所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如如上所述的基于电力弹簧的电压控制方法。
本发明提供的一种基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置，通过将所有用户负载串联于电力弹簧出口侧，并通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，实现所有用户负载电压质量的全面均衡提升。相较于传统电力弹簧控制方法，本发明无需对用户负载类型进行归类，能够有效提高系统的适用性和实用性。同时由于控制点互相独立，各电力弹簧运行期间不会相互冲突，能够有效提升电力弹簧的电压控制能力。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制电路系统结构示意图；
图2为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制方法流程图；
图3为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制方法框图；
图4为本发明实施例一种获取电力弹簧期望电压幅值的处理步骤流程图；
图5为本发明实施例一种获取电力弹簧期望电压相位角的处理步骤流程图；
图6为本发明实施例一种电力弹簧的电压电流相位图；
图7为本发明实施例一种获取电力弹簧的驱动控制信号的处理步骤流程图；
图8为本发明实施例测试系统的电路拓扑结构图；
图9为本发明实施例仿真试验轻载和重载工况下台区配变出口侧电压和台区负载取值范围波形示意图；
图10为本发明实施例另一种基于电力弹簧的电压控制方法流程图；
图11为本发明实施例电力弹簧输出电压及与其相连负载电压的关系示意图；
图12为本发明实施例轻载时刻仿真结果示意图；
图13为本发明实施例重载时刻仿真结果示意图；
图14为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制装置的结构框图。
图中：1.1为电压源，1.2为线路等效阻抗，1.3为电力弹簧滤波电容，1.4为电力弹簧滤波电感，1.5为用户负载，1.6为单相电压源型逆变器，1.7为逆变器直流侧电源；2.1为用户电压信号，2.2为有效值计算器，2.3为用户电压有效值信号，2.4为用户参考电压值信号，2.5为减法器，2.6为死区判定器，2.7为用户电压偏差信号，2.8为最优输出跟踪器，2.9为误差信号，2.10为比例积分控制器，2.11为限幅器，2.12为电力弹簧电压幅值信号，2.13为电压信号合成器，2.14为调制波信号，2.15为三角载波信号，2.16为PWM生成器，2.17为开关驱动脉冲信号，2.18为用户支路电流信号，2.19为锁相环，2.20为电流相位信号，2.21为运行模式选择器，2.22为正弦波生成器，2.23为电力弹簧电压相位信号。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明实施例的一个方面，本实施例提供一种基于电力弹簧的电压控制电路系统，参考图1，为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制电路系统结构示意图，包括：电力弹簧101、控制器102和至少一个用户负载103。
其中，所有用户负载103均串联于电力弹簧101出口侧，控制器102分别与电力弹簧101和用户负载103通信连接，用于通过动态无功补偿控制电力弹簧101的出口侧电压，调节用户负载103两端的电压。
具体而言，可以理解为，电力弹簧101包括一个单相电压源型逆变器和一个LC低通滤波器。不同于传统电力弹簧将负载划分为非关键负载和关键负载，本实施例中所有用户负载均串联于电力弹簧的输出侧，并组成一个智能负载，整个智能负载并联于单相配电线路上。
其中，电力弹簧101中LC低通滤波器的滤波电容C1的电流输入端并联于单相低压配电线路上，滤波电容C1的电流输出端与用户负载103直接串联。LC低通滤波器的滤波电感L1连接于滤波电容C1的输入端和单相电压源型逆变器的一个整流桥臂之间，单相电压源型逆变器的另一个整流桥臂与滤波电容C1的输出端相连。单相电压源型滤波器的直流电源为双向直流变换器或者蓄电池，用户负载103与电源之间具有配电线路等效电阻RL和等效电感LL。在智能负载支路上，一个旁路开关与电力弹簧装置并联用以控制电力弹簧的启停。
控制器102分别与电力弹簧101和用户负载103通信连接，能够采集用户负载103的电压反馈信号和支路电流信号，并基于该电压反馈信号和支路电流信号，通过动态无功补偿控制电力弹簧101的出口侧电压，从而调节用户负载103的端电压。
本发明实施例提供的一种基于电力弹簧的电压控制电路系统，通过将用户负载全部串联于电力弹簧出口侧，并利用控制器，通过动态无功补偿控制电力弹簧的出口侧电压，实现全面均衡的提升电路中负载的电压质量，并能有效提高系统的适用性和实用性。
作为本发明实施例的另一个方面，本实施例提供一种基于电力弹簧的电压控制方法，其中电路中所有用户负载均串联于电力弹簧出口侧，所述方法包括：通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，调节用户负载电压。
具体而言，可以理解为，根据上述实施例，电路中的用户负载均串联于电力弹簧出口侧，通过控制电力弹簧出口侧电压，调节用户负载电压。具体通过动态无功补偿，实现对电力弹簧出口侧电压的控制。
本发明实施例提供的一种基于电力弹簧的电压控制方法，通过动态无功补偿控制电力弹簧的出口侧电压，实现全面均衡的提升电路中负载的电压质量，并能有效提高系统的适用性和实用性。
其中可选的，所述通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压的进一步处理步骤参考图2，为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制方法流程图，包括：
S1，基于用户负载两端电压和负载额定电压参考值，依次利用最优输出跟踪器和比例积分控制器，获取所述电力弹簧的期望电压幅值；S2，基于所述用户负载两端电压的有效值和所述负载额定电压参考值的偏差，以及用户负载支路电流的相位角，利用运行模式选择器，获取所述电力弹簧的期望电压相位角；S3，基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用信号发生器获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
在一个实施例中，在所述步骤S2之前，还包括：获取所述用户负载支路电流，并通过锁相环获取所述用户负载支路电流的有效值。
具体而言，可以理解为，由于所有用户负载均串联于电力弹簧的出口侧，参考图3，为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制方法框图。图中通过用户负载上的电压测量装置采集用户负载两端的电压反馈信号VL，同时通过用户负载上的电流测量装置采集用户负载的支路电流信号IL。然后通过锁相环获取用户负载支路电流信号IL的有效值IL_P。
其中，锁相环是一种典型的反馈控制电路，利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，一般用于闭环跟踪电路。锁相环是无线电发射中使频率较为稳定的一种方法，主要包括压控振荡器(VCO)和锁相环集成电路(PLL IC)。VCO给出一个信号，一部分作为输出，另一部分通过分频与PLLIC产生的本振信号作相位比较，为了保持频率不变，要求相位差不发生改变。若出现相位差的变化，PLL IC的电压输出端电压将发生变化，以控制VCO，直至相位差恢复，达到锁相的目的。
对于步骤S1，可以理解为，在上述获取用户负载两端的电压反馈信号VL之后，对于确定的用户负载，其负载额定电压参考值VL_REF也是确定的。为了获取电力弹簧的期望电压幅值，基于电压反馈信号VL和负载额定电压参考值VL_REF，计算负载电压偏差值信号VL_ERROR，并将负载电压偏差值信号VL_ERROR输入最优输出跟踪器，以获取比例积分控制器的输入信号，再由比例积分控制器对该输入信号进行比例积分运算，获取电力弹簧的期望电压幅值VES_M。
对于步骤S2，具体而言，在上述步骤获取电力弹簧的期望电压幅值之后，还需确定电力弹簧的期望电压相位角，才能最终确定期望电压。因此步骤S2中根据用户负载两端的电压反馈信号VL计算其有效值VL_RMS，并计算有效值VL_RMS与负载额定电压参考值VL_REF的偏差。然后分别将该偏差和用户负载支路电流信号IL的有效值IL_P输入运行模式选择器，获取电力弹簧的期望电压相位角VES_P。
对于步骤S3，具体而言，在上述步骤获取了电力弹簧的期望电压幅值VES_M和期望电压相位角VES_P之后，需要据其获取电力弹簧的驱动控制信号。通过将期望电压幅值VES_M和期望电压相位角VES_P输入信号发生器，获取电力弹簧中单相电压源型逆变器的开关驱动信号，并根据该开关驱动信号控制开关的开闭。
本发明实施例提供的一种基于电力弹簧的电压控制方法，基于用户负载电压和支路电流，通过最优输出跟踪器和比例积分控制器调节，能够实现电力弹簧无功功率输出的自我优化，有效解决电压偏差较大时电力弹簧容易过补的问题。
其中可选的，所述S1的进一步处理步骤参考图4，为本发明实施例一种获取电力弹簧期望电压幅值的处理步骤流程图，包括：
S11，获取所述用户负载两端电压的有效值与所述负载额定电压参考值的负载电压偏差。
可以理解为，根据上述实施例获取用户负载两端电压VL之后，计算VL的有效值VL_RMS，并在获取负载额定电压参考值VL_REF之后，根据公式VL_ERROR＝VL_RMS-VL_REF获取所述负载电压偏差。
S12，基于所述负载电压偏差，获取所述最优输出跟踪器的输入信号。
可以理解为，在上述步骤获取负载电压偏差VL_ERROR之后，基于该偏差的取值确定最优输出跟踪器的输入信号。
在一个实施例中，所述S12的步骤进一步包括：将所述负载电压偏差输入死区电压判断器，若判断获知所述负载电压偏差小于死区电压，则输出信号0作为所述最优输出跟踪器的输入信号；反之，输出所述负载电压偏差作为所述最优输出跟踪器的输入信号。
可以理解为，将负载电压偏差VL_ERROR输入死区电压判断器，在死区电压判断器中判断VL_ERROR的取值与死区电压的大小关系，若判断获知VL_ERROR的取值小于死区电压，则死区电压判断器输出信号0；反之，若VL_ERROR的取值大于死区电压，则死区电压判断器输出信号VL_ERROR。将死区电压判断器的输出信号作为最优输出跟踪器的输入信号。
S13，基于所述最优输出跟踪器的输入信号，利用所述最优输出跟踪器，获取实际电压偏差信号。
可以理解为，将上述步骤获取的最优输出跟踪器的输入信号输入最优输出跟踪器，通过最优输出跟踪器的跟踪调节，获取实际电压偏差信号。
其中可选的，所述S13的步骤进一步包括：对所述最优输出跟踪器的输入信号进行求导，若判断获知求导结果小于0，则输出所述最优输出跟踪器的输入信号作为所述实际电压偏差信号；反之，输出信号0作为所述实际电压偏差信号。
可以理解为，通过最优输出跟踪器，对VL_ERROR的时间函数VL_ERROR(t)进行求导计算，然后对求导结果dVL_ERROR/dt进行实时评估，若求导结果dVL_ERROR/dt＜0，即VL_ERROR(t)为减函数，此时用户负载两端电压有效值和参考值的偏差呈递减的趋势，最优输出跟踪器继续输出VL_ERROR的数值以驱动比例积分控制器闭环运算；反之若dVL_ERROR/dt≥0，则最优输出跟踪器输出0停止比例积分控制器的闭环运算。
S14，利用所述比例积分控制器，对所述实际电压偏差信号进行比例积分循环计算，并进行限幅调节，获取所述电力弹簧的期望电压幅值。
可以理解为，将上述步骤中实际电压偏差信号作为比例积分控制器的输入信号e(t)，随后通过比例积分循环计算，并经过限幅处理后，计算出电力弹簧的期望电压幅值信号VES_M。
本发明实施例提供的一种基于电力弹簧的电压控制方法，基于电力弹簧出口侧电压VL，且负载连接于电力弹簧出口侧，能够使用户负载电压被控制在设定的参考电压范围内，从而保证用户负载电压质量。
其中可选的，所述S2的进一步处理步骤参考图5，为本发明实施例一种获取电力弹簧期望电压相位角的处理步骤流程图，包括：
S21，基于所述负载电压偏差，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压-电流相位差，并确定所述电力弹簧的感性容性运行模式。
可以理解为，在根据上述实施例获取负载电压偏差VL_ERROR之后，将VL_ERROR输入运行模式选择器，并根据运行模式选择器对VL_ERROR取值的判断，设定电力弹簧电压电流相位的偏差，即电压-电流相位差，并根据电路元件感性容性特性，确定电力弹簧的感性容性运行模式。
其中可选的，所述S21的步骤进一步包括：将所述负载电压偏差输入所述运行模式选择器，若判断获知所述负载电压偏差为正，则设定所述电力弹簧的电压-电流相位差为+90°，并确定所述电力弹簧工作于感性模式；或者，若判断获知所述负载电压偏差为负，则设定所述电力弹簧的电压-电流相位差为-90°，并确定所述电力弹簧工作于容性模式。
可以理解为，电力弹簧电压电流的相位图参考图6，为本发明实施例一种电力弹簧的电压电流相位图。在采集用户负载电流IL之后，首先通过锁相环获得其相位角信号IL_P，并作为参考值输入控制模式选择器，同时将上述电压偏差信号VL_ERROR输入控制模式选择器作为控制变量。当VL_ERROR大于0，负载两端电压高于参考值时，判定负载运行于过电压状态，电力弹簧工作于感性模式，此时电压-电流相位差θ1为+90°；若VL_ERROR小于0，负载两端电压低于参考值，判定负载运行于低电压状态，电力弹簧工作于容性模式，此时电压-电流相位差θ1为-90°。
S22，基于所述用户负载支路电流的相位角，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压相位角参考量。
可以理解为，在运行模式选择器中，输入用户负载电流IL的相位角信号IL_P，定义IL_P等于θ0，并设θ0为电力弹簧的电压相位角参考量。
S23，将所述电压相位角参考量与所述电压-电流相位差之和作为所述电力弹簧的期望电压相位角。
可以理解为，对上述步骤获取的电压-电流相位差θ1和电力弹簧的电压相位角参考量θ0，按公式VES_M＝θ1+θ0求解电力弹簧的期望电压相位角VES_M。
其中可选的，所述S3的进一步处理步骤参考图7，为本发明实施例一种获取电力弹簧的驱动控制信号的处理步骤流程图，包括：
S31，基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用正弦波信号发生器，获取所述电力弹簧的期望电压信号。
可以理解为，将根据上述实施例获取的电力弹簧的期望电压幅值VES_M，以及期望电压相位角VES_P共同输入正弦信号波发生器，合成电力弹簧电压的正弦波信号VES_REF。
S32，基于所述电力弹簧的期望电压信号，利用PWM信号发生器，获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
可以理解为，在上述步骤获取电力弹簧电压的正弦波信号VES_REF之后，将VES_REF输入PWM信号发生器，再用PWM信号发生器的输出作为电力弹簧中单相电压源型逆变器的开关驱动信号，以实现对电力弹簧出口侧电压的控制。
本发明实施例提供的一种基于电力弹簧的电压控制方法，通过信号发生器实现对电力弹簧出口侧电压的合成，并根据该电压获取电力弹簧的开关驱动信号，能够准确控制电力弹簧出口侧电压在设定范围内。
为了更清楚的说明本发明的技术方案和有益效果，本发明实施例进行了仿真试验，仿真过程和仿真结果如下：
参考图8，为本发明实施例测试系统的电路拓扑结构图，图中线路为农网一个低压配电台区，包括一台10kV/380V的公变、一条配电线路以及均匀分布在配电线路上的五个用户。由于供电半径过长导致电压问题非常普遍，因此每一个用户都安装有一台电力弹簧装置用于控制其供电电压。
为了分析方便，通过本测试系统进行仿真时，单相电压源型逆变器的直流侧电压为400V，交流电压输出范围为0-141V；低通滤波器中的滤波电感L和滤波电容C的参数分别为500μH和13.5μF；其中每个用户负载的额定功率为30kVA，功率因数均为0.95；配电线路的阻抗参数为0.65+j0.406Ω/km，其中每一个用户之间的距离为1km。
参考图9，为本发明实施例仿真试验轻载和重载工况下台区配变出口侧电压和台区负载取值范围波形示意图，为了模拟农村电网的电压问题，通过配网大数据平台选取了湖南某台区重载时期和轻载时期的数据，其中重载时段负载功率的标幺值为0.5，配变二次侧电压标幺值为1.08；轻载时段负载功率的标幺值为0.25，配变二次侧电压的标幺值为1.14；负载电压参考值标幺值为1.0，死区设置标幺值为0.01。
本发明实施例仿真算法处理流程参考图10，为本发明实施例另一种基于电力弹簧的电压控制方法流程图，包括如下步骤：
(1)采集用户负载电压反馈信号VL，并计算其有效值VL_RMS。然后计算用户负载电压有效值VL_RMS与额定电压参考值VL_REF的偏差VL_ERROE。为了便于后续计算处理，将VL_ERROR乘以给定系数以降低信号强度，给定系数具体值可根据实际情况设置。
(2)将电压偏差信号VL_ERROR依次输入死区判断器和最优输出跟踪器，得到比例积分控制器的输入信号e(t)。
其中，将电压偏差信号VL_ERROR的死区设置为额定电压值的±1％，当用户电压与额定电压的差值小于1％时，电力弹簧的控制回路将停止运算。在最优输出跟踪器中，对VL_ERROR的时间函数VL_ERROR(t)进行求导计算，并对求导结果dVL_ERROR/dt进行实时评估，若求导结果dVL_ERROR/dt＜0，即VL_ERROR(t)为减函数，则此时负载两端电压有效值和参考值的偏差呈递减的趋势，最优输出跟踪器继续输出VL_ERROR的数值驱动比例积分控制器闭环运算，反之若dVL_ERROR/dt≥0，则最优输出跟踪器输出0，停止比例积分控制器的闭环运算。
(3)将e(t)输入比例积分控制器，并在比例积分控制器中通过如下比例积分公式计算该控制回路输出信号u(t)：
式中，u(t)和u(t-1)分别表示本采样周期和上一采样周期的传递函数输出信号，e(t)和e(t-1)分别表示本采样周期和上一采样周期的误差输入信号，KP表示比例积分控制系数，TS表示比例积分控制器的积分时间常数，Ti表示比例积分控制器的单位采样周期步长。
其中，比例积分控制系数KP的具体值可根据实际情况设置。当比例积分控制器停止运算，u(t)稳定下来之后，即可由比例积分控制器输出电力弹簧电压的幅值信号VES_M。
(4)采集用户负载支路的电流信号IL，并将其与电压偏差信号VL_ERROR一同输入控制模式选择器，输出电力弹簧电压的相位角信号VES_P。
(5)将上述信号VES_P和VES_M共同输入正弦波发生器，合成电力弹簧电压的正弦波信号VES_REF，再将VES_REF输入PWM信号发生器，输出电力弹簧中单相电压源型逆变器的开关驱动信号，以调节输出的VES。
参考图11，为本发明实施例电力弹簧输出电压及与其相连负载电压的关系示意图。图中曲线VP表示用户与配电线路公共连接点的电压，即电力弹簧的入端电压；曲线VL表示用户电压，即电力弹簧的出口侧电压，X轴上的VES表示电力弹簧的输出交流电压。
由图11可见，在同一运行模式下，电力弹簧对用户电压的改变趋势不会随着其输出电压的增加而单调增加，基于现有控制方法的电力弹簧均缺少最优输出跟踪功能，当用户电压偏差较大时容易出现过补现象导致电压控制效果反向变化。且对电力弹簧电压幅值进行等量的变化，电力弹簧对输入端电压的改变能力远不如其对输出端电压的改变能力。
轻载时刻仿真结果参考图12，为本发明实施例轻载时刻仿真结果示意图，图中曲线1表示未安装电力弹簧时用户与配电线路公共连接点的电压，曲线2表示安装电力弹簧后，用户支路与配电线路公共连接点的电压，曲线3表示用户电压。
由图12可见，当配电台区处于轻载时刻时，配变低压侧出口过电压现象较为严重，配电线路上所有用户负载均处于过电压状态。安装电力弹簧前后，用户与配电线路公共连接点的电压几乎没有发生变化。当电力弹簧感应到出口侧用户电压高于额定电压值时，首先调节其电压的相位角使其运行于感性模式，然后逐渐增大其电压幅值直到用户电压回到参考值死区范围内，或者电力弹簧达到最优输出电压。图12显示轻载时刻电力弹簧可有效降低用户电压，所有电力弹簧运行于感性模式。
重载时刻仿真结果参考图13，为本发明实施例重载时刻仿真结果示意图，图中曲线1表示未安装电力弹簧时用户与配电线路公共连接点的电压，曲线2表示安装电力弹簧后，用户支路与配电线路公共连接点的电压，曲线3表示用户电压。
由图13可见，当台区处于重载时刻，为了保证末端用户电压，配变低压侧出口电压依然较高，配电线路首端用户存在过低压问题，而配电线路末端用户存在低电压问题。安装电力弹簧前后，用户与配电线路公共连接点的电压几乎没有发生变化。当电力弹簧感应到出口侧用户存在过低电压问题时，电力弹簧工作于容性模式，提升出口侧用户电压。图13显示重载时刻电力弹簧降低了线路首端用户的电压，提升了线路末端的电压，安装于线路首端的电力弹簧运行于感性模式，安装于线路末端的电力弹簧运行在容性模式。
作为本发明实施例的又一个方面，本实施例提供一种基于电力弹簧的电压控制装置，参考图14，为本发明实施例一种基于电力弹簧的电压控制装置的结构框图，包括：至少一个存储器1、至少一个处理器2、通信接口3和总线4。
其中，存储器1、处理器2和通信接口3通过总线4完成相互间的通信，通信接口3用于所述控制装置与所述电力弹簧通信接口和用户负载测量设备之间的信息传输；存储器1中存储有可在处理器2上运行的计算机程序，处理器2执行所述程序时实现如上述实施例所述的基于电力弹簧的电压控制方法。
可以理解为，所述的基于电力弹簧的电压控制装置中至少包含存储器1、处理器2、通信接口3和总线4，且存储器1、处理器2和通信接口3通过总线4形成相互之间的通信连接，并可完成相互间的通信。
通信接口3实现基于电力弹簧的电压控制装置与电力弹簧通信接口和用户负载测量设备之间的通信连接，并可完成相互间信息传输，如通过通信接口3实现对用户负载电压和电流数据的获取，以及对电力弹簧中开关的控制等。
电压控制装置运行时，处理器2调用存储器1中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，以调节用户负载电压；以及基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用正弦波信号发生器，获取所述电力弹簧的期望电压信号等。
本发明另一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述实施例所述的基于电力弹簧的电压控制方法。
可以理解为，实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的基于电力弹簧的电压控制装置的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解，各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(如个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各方法实施例或者方法实施例的某些部分所述的方法。
本发明实施例提供的一种基于电力弹簧的电压控制装置和一种非暂态计算机可读存储介质，通过将所有用户负载串联于电力弹簧出口侧，并通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，实现所有用户负载电压质量的全面均衡提升。相较于传统电力弹簧控制方法，本发明无需对用户负载类型进行归类，能够有效提高系统的适用性和实用性。同时由于控制点互相独立，各电力弹簧运行期间不会相互冲突，能够有效提升电力弹簧的电压控制能力。
综上，本发明提供的一种基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置，相比于传统电力弹簧的入端电压控制法，可实现对配电线路上所有用户电压的独立控制并且不会互相影响。同时本发明无需对用户负载进行分类，提升了电力弹簧的实用性和便利性。另外，基于本发明的电力弹簧实现了无功功率的最优输出，避免了无功电压过补现象进一步恶化配电线路电压。本发明尤其适用于电压问题较严重的农村电网，可直接串联于用户电源总线的进线侧以提升电压质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于电力弹簧的电压控制电路系统，包括电力弹簧、控制器和至少一个用户负载，其特征在于：
所有所述用户负载均串联于所述电力弹簧出口侧，所述控制器分别与所述电力弹簧和所述用户负载通信连接，用于通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，调节用户负载电压；
其中，所述控制器通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，调节用户负载电压具体包括：
基于用户负载两端电压和负载额定电压参考值，依次利用最优输出跟踪器和比例积分控制器，获取所述电力弹簧的期望电压幅值；
基于所述用户负载两端电压的有效值和所述负载额定电压参考值的偏差，以及用户负载支路电流的相位角，利用运行模式选择器，获取所述电力弹簧的期望电压相位角；
基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用信号发生器获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
2.一种基于电力弹簧的电压控制方法，其特征在于，电路中所有用户负载均串联于电力弹簧出口侧，所述方法包括：通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压，调节用户负载电压；
其中，所述通过动态无功补偿控制所述电力弹簧的出口侧电压的步骤进一步包括：
S1，基于用户负载两端电压和负载额定电压参考值，依次利用最优输出跟踪器和比例积分控制器，获取所述电力弹簧的期望电压幅值；
S2，基于所述用户负载两端电压的有效值和所述负载额定电压参考值的偏差，以及用户负载支路电流的相位角，利用运行模式选择器，获取所述电力弹簧的期望电压相位角；
S3，基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用信号发生器获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S1的步骤进一步包括：
获取所述用户负载两端电压的有效值与所述负载额定电压参考值的负载电压偏差；
基于所述负载电压偏差，获取所述最优输出跟踪器的输入信号；
基于所述最优输出跟踪器的输入信号，利用所述最优输出跟踪器，获取实际电压偏差信号；
利用所述比例积分控制器，对所述实际电压偏差信号进行比例积分循环计算，并进行限幅调节，获取所述电力弹簧的期望电压幅值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述负载电压偏差，获取所述最优输出跟踪器的输入信号的步骤进一步包括：
将所述负载电压偏差输入死区电压判断器，若判断获知所述负载电压偏差小于死区电压，则输出信号0作为所述最优输出跟踪器的输入信号；反之，输出所述负载电压偏差作为所述最优输出跟踪器的输入信号。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述最优输出跟踪器的输入信号，利用所述最优输出跟踪器，获取实际电压偏差信号的步骤进一步包括：
对所述最优输出跟踪器的输入信号进行求导，若判断获知求导结果小于0，则输出所述最优输出跟踪器的输入信号作为所述实际电压偏差信号；反之，输出信号0作为所述实际电压偏差信号。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2的步骤进一步包括：
基于所述负载电压偏差，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压-电流相位差，并确定所述电力弹簧的感性容性运行模式；
基于所述用户负载支路电流的相位角，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压相位角参考量；
将所述电压相位角参考量与所述电压-电流相位差之和作为所述电力弹簧的期望电压相位角。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3的步骤进一步包括：
基于所述电力弹簧的期望电压幅值和期望电压相位角，利用正弦波信号发生器，获取所述电力弹簧的期望电压信号；
基于所述电力弹簧的期望电压信号，利用脉冲宽度调制(PWM)信号发生器，获取所述电力弹簧的驱动控制信号。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，还包括：
获取所述用户负载支路电流，并通过锁相环获取所述用户负载支路电流的有效值。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述负载电压偏差，利用所述运行模式选择器，设定所述电力弹簧的电压-电流相位差，并确定所述电力弹簧的感性容性运行模式的步骤进一步包括：
将所述负载电压偏差输入所述运行模式选择器，若判断获知所述负载电压偏差为正，则设定所述电力弹簧的电压-电流相位差为+90°，并确定所述电力弹簧工作于感性模式；
或者，若判断获知所述负载电压偏差为负，则设定所述电力弹簧的电压-电流相位差为-90°，并确定所述电力弹簧工作于容性模式。
10.一种基于电力弹簧的电压控制装置，其特征在于，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；
所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述控制装置与所述电力弹簧通信接口和用户负载测量设备之间的信息传输；
所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求2至9中任一所述的方法。
CN201710883635.4A 2017-09-26 2017-09-26 基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置 Active CN107546751B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710883635.4A CN107546751B (zh) 2017-09-26 2017-09-26 基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710883635.4A CN107546751B (zh) 2017-09-26 2017-09-26 基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107546751A CN107546751A (zh) 2018-01-05
CN107546751B true CN107546751B (zh) 2019-07-19

Family

ID=60964410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710883635.4A Active CN107546751B (zh) 2017-09-26 2017-09-26 基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107546751B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109713675A (zh) * 2018-12-15 2019-05-03 南京理工大学 基于双闭环的电力弹簧控制方法
CN113162047B (zh) * 2021-04-02 2022-04-22 华南理工大学 一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法
CN113433391B (zh) * 2021-06-18 2023-02-03 哈尔滨工业大学（深圳） 实现远端电压精确控制的电路、方法、系统及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105207193A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 东南大学 一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法
CN106300364A (zh) * 2016-08-29 2017-01-04 国网江苏省电力公司电力科学研究院 基于电力弹簧的电压暂降治理电路及其治理方法
CN106786612A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 南京师范大学 一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105207193A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 东南大学 一种直流电力弹簧拓扑及其控制方法
CN106300364A (zh) * 2016-08-29 2017-01-04 国网江苏省电力公司电力科学研究院 基于电力弹簧的电压暂降治理电路及其治理方法
CN106786612A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 南京师范大学 一种自适应调节电压与频率的电力弹簧控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107546751A (zh) 2018-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105140907B (zh) 直流微网多智能体自适应下垂一致性协调控制方法及装置
CN102545665B (zh) 一种三电平pwm整流器直接功率控制方法
CN107546751B (zh) 基于电力弹簧的电压控制电路系统、控制方法及装置
CN107086591A (zh) 一种基于无功补偿和智能换相的三相不平衡调节器
CN104953606A (zh) 一种孤岛微网公共耦合点电压不平衡网络化分层补偿方法
CN106026142B (zh) 三相负荷不平衡补偿方法和系统
CN108599605A (zh) 基于两矢量合成的三电平逆变器模型预测功率控制方法
CN108777493B (zh) 一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法
CN108683216A (zh) 非线性负载下并联逆变器谐波功率均分控制方法
CN110460112A (zh) 一种基于功率偏差量一致性控制的微电网下垂控制方法
CN106026096A (zh) 一种基于svg的配电网多级协调节能优化控制系统
CN110460250A (zh) 一种三相pwm整流器直接功率控制方法
CN107132440A (zh) 一种电力电子型电抗器性能测试装置
CN107196321B (zh) 一种提高电力弹簧稳态运行范围的方法
CN109510223A (zh) 一种三相电流不平衡治理控制器、装置及控制方法
CN110212800B (zh) 基于模型预测控制的模块化多电平换流器通用控制方法
Ghanbarian et al. Design and implementation of a new modified sliding mode controller for grid-connected inverter to controlling the voltage and frequency
CN107482630A (zh) 一种用于改善mmc‑upfc串联侧补偿电压电能质量的混合调制策略
CN107706904A (zh) 海上平台风光储直流供电系统中储能变换器虚拟电阻控制方法
CN110289619A (zh) 基于并网电能质量综合评估的储能变流器补偿控制方法
CN201061147Y (zh) 静止无功补偿器自动投切复合控制装置
CN108808695B (zh) 一种三相静止无功补偿系统及其控制方法
CN109995067A (zh) 一种直流配电网换流站多功能备用电源控制方法
CN109830964B (zh) 一种微电网动态功率平衡方法及系统
CN104917191A (zh) 基于模糊控制的链式statcom直流侧电容均压方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant