CN108448601B - 具有换相装置的单相逆变器及其换相并网策略 - Google Patents
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Abstract
具有换相装置的单相逆变器及其换相并网策略，属于光伏发电技术领域，具体涉及单相逆变器的换相装置及换相策略，具有换相装置的单相逆变器在交流输出端设置换相装置，换向装置由1个可控硅、1个主控继电器和2个换相继电器组成，其中可控硅与主控继电器并联，并联电路两端分别连接交流输出和换相继电器1的输入端，换相继电器1的输出分别连接三相线路中的一相和换相继电器2的输入端，换相继电器2的输出端连接三相线路的其他两相。TTU定时采集供电线路及单相逆变器数据，根据各相电压或电能量消耗，调整单相逆变器输出的相位，平衡各相电压和能耗，保证光伏发电设备正常工作。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及单相逆变器的换相装置及换相策略。
背景技术
传统能源日益枯竭，太阳能取之不尽，用之不竭，成为我国未来的主导新能源。目前，利用荒山、草原、建筑物房顶，尤其是广大农村地区居民的房屋屋顶投建了很多光伏发电设备，有效地利用了太阳能资源，并且给投资者带来了经济效益。
逆变器是光伏并网发电和核心组件。按照交流侧输出相位数，逆变器分为单相逆变器和三相逆变器。三相逆变器输出AC380V，单相逆变器输出AC220V。三相逆变器常常用于大功率并网电站设计中，结构复杂，成本高。单相逆变器通常用于民用电中，主要针对家庭应用，如光伏发电设备。本发明针对单相逆变器。
逆变器并网发电的原理是逆变器的输出电压要高于主网的电压，才能并网。为了保证电网安全，当主网某一相上的电压高于一定的阈值时（如242V），该相上的单相逆变器就会处于一种微功率发电状态，即使光伏发电条件良好，也不能进行大功率发电，这不仅造成了光伏能源的浪费，也给光伏投资者带来经济损失。
当单相逆变器连接的主网某一相位上的电压达到阈值，不能接收电能量输送时，另外两个相位上的电压有可能比较低，可以接受电能量输入。
造成上述情况的原因，除了线路、设备的老化和布局不合理等因素外，重要的原因是三相负荷严重不平衡。电网损耗与电流的平方成正比例关系，当三相负荷平衡时，系统的损耗最小。
三相负荷不平衡会引起三相电压不平衡，重负荷相的电压损失较大，变压器会调整容量或档位，造成轻负荷相的电压升高。近些年农村大量单相用电电器的普及应用，造成用电负荷剧增，同时也造成了低压电网三相负荷严重不平衡状况，最终导致各相电压不平衡。
目前，调整三相不平衡的方法主要是手动或自动调整负荷的相位，并没有考虑光伏发电设备的输出。调整光伏发电设备的输出相位，一方面可以避免由于某相电压过高而不能满负荷发电，另一方面，还可以补偿某相的电能量供应，调整变压器的三相负荷不平衡。
目前，单相逆变器是固定连接到主网的某一相位上，不能切换相位输出。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有换相装置的单相逆变器，可以根据上位机的指令完成相位投切；同时，还提供一种换相策略，在保证供电网络安全的同时，发挥光伏发电设备的最大效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有换相装置的单相逆变器，结构上由DC滤波器、DC/DC变换、DC/AC变换、AC滤波器、控制器、通信模块、显示单元构成，关键是：在交流输出端，设置换相装置，换向装置由1个可控硅、1个主控继电器和2个换相继电器组成，其中可控硅与主控继电器并联，并联电路两端分别连接交流输出和换相继电器1的输入端，换相继电器1的输出分别连接三相线路中的一相和换相继电器2的输入端，换相继电器2的输出端连接三相线路的其他两相。
在并网侧，即交流输出端，单相逆变器具备机械互锁功能的继电器和可控硅，保证并网时有且只有一相并网，同时保证过零投切，过零投切动作离散性不超过1ms。
供电线路上电压过高，从本质上来说，是供电和消耗的不平衡问题。在用电低谷期，供电线路上的电压会升高，导致单相逆变器并网时需要进一步提高并网电压，增加了微功率发电的概率。
由于各相的线路所带的负载不同，不同时间段，负载的工作情况也不同，这就造成了三相上的电能量消耗有差异。将光伏设备产生的电能量，输出到电能量消耗大的相位，可以将发电产生的电能量尽快消耗，杜绝或延缓电压升至阀值，保证光伏设备正常发电并输出。
本发明的技术思路，是基于各相的负载和单相逆变器的输出在一定时间内基本稳定的前提下，根据各相的负载和单相逆变器输出的历史数据，通过调整单相逆变器的相位，调节负载不平衡。
单相逆变器相位的调整。
单相逆变器相位调整的实质上是解决三相线路上的用电不平衡问题。
传统的解决三相不平衡问题方法，只是考虑线路的负荷，没有考虑单相逆变器的输出对线路的补偿。中国发明专利CN 105226684 A、CN 106099958 A、CN 107196323 A分别公开了几种低压电网三相不平衡调节方法，主要是基于安装在负荷上的换相开关，通过规划不同负荷在各相上的组合，实现调整。
单相逆变器相位的调整方案可以使用多种算法得出，如上述几种方法都可以参考。本发明中，参数是一段时间内消耗的电能量，采用模拟跃迁算法实现。
贪婪算法：每次从当前解的临近解空间中选择一个最优解作为当前解，达到一个局部最优解的算法，叫做贪婪算法。贪婪算法实现起来简单，但其主要缺点是会陷入局部最优解，而不一定能搜索到全局最优解。如图1所示，假设C点为当前解，那么从C点开始试探，一次次地向更低点做小幅移动，当到达B点时，探索就结束了，因为无论向左还是右，结果都是更高，最终，我们只得到一个局部最优解B。
模拟跃迁算法也是一种贪婪算法，但是它的搜索过程引入了随机因素。模拟跃迁算法以一定的概率来接受一个比当前解要差的解，因此有可能跳出局部最优解，找到全局最优解。
仍以图1为例，把图1想象成一个地形起伏的山谷，在C点放置一块石头，然后让整个山谷发生地震，并且地震的程度随时间推移而减小，最后山谷恢复平静。当地震开始的初期，震动非常剧烈，石头会在整个山谷中跳来跳去。震动中期，石头可能会出现在B点，此时震动程度适中，石头更有可能向右越过D点去往A点所在的低谷中，而不是向左越过E点去往F点所在的低谷中。恢复平静后，取石头所在的位置作为最终解，那么这个解有很大可能正是全局最优解A点。
根据Metropolis准则，在系统的活跃度为T时，出现能量差为ΔE的跃迁的概率为P(△E)，公式表示为：
P(△E)=e△E/T
其中e是自然对数底数，△E <0 。这条公式表明，活跃度越高，出现一次能量差为△E的跃迁的概率就越大。公式还表明，能量差△E的绝对值越大，发生这种大能量差跃迁的概率越就小。
我们总是接受向较优解的移动，而把向较差解的移动看作是一次跃迁过程，把移动后的解与当前解的差值当作跃迁的能量差△E，以概率P(△E)来接受这种移动，也就是说，把寻找最优解的过程模拟成为了系统能量跃迁现象。
模拟跃迁算法可以这样用语言来描述：由初始解和初始活跃度开始，对当前解重复“产生新解->计算解的差值->接受或丢弃这个解”的迭代，并逐步衰减活跃度，当算法终止时，当前解即为所得近似最优解。
单相逆变器相位的调整，本质上是负荷的重新分配问题。
达到最佳平衡度的换相方案，只能通过穷举所有的组合来实现，其运算时间成本会随着单相逆变器个数的增加而呈指数性增加，每增加一个单相逆变器，其时间成本就会变成原来的3倍。
采用本发明提出的模拟跃迁算法，可以花费较小的计算量，得出最优解或局部最优解，满足发明要求。
在不平衡度最小和动作次数最少这两者中，动作次数最少优先级更高。因而，在使用模拟跃迁算法寻找最优解时，不能把不平衡度作为评价的唯一指标。故按以下四点原则设计一套评价体系来评价相位切换前后的两个状态，评价的得分越高，状态就越好：
原则一: 两个状态的不平衡度都大于15%时，不平衡度小的状态得分更高。
原则二: 两个状态的不平衡度一个大于15%，一个小于15%时，小于15%的状态得分更高。
原则三: 两个状态的不平衡度都小于15%时，动作次数少的得分更高。
原则四: 两个状态的不平衡度都小于15%，且动作次数相同时，不平衡度小的状态得分更高。
根据以上四点原则，设计出的评价体系公式为：
当umb>15%时，judge= －(100*umb)－(100*15%*n)
否则，judge=－(99*umb) －(100*15%*step) 。
其中，umb为当前单相逆变器状态，即待评价状态的三相负荷不平衡度，n是总的单相逆变器个数，step为从初始状态变换到当前单相逆变器状态，即待评价状态需要执行动作的单相逆变器个数，judge为评价值。
用上述评价体系的得分来决定是否接受随机切换生成的新状态。
具体换相策略如下。
单相逆变器的换相策略，基于具有换相装置的单相逆变器完成，智能配变终端（TTU）无线连接本台区下所有具有换相装置的单相逆变器， TTU定时根据各相供电线路上的电能量消耗和各单相逆变器的电能量输出，规划单相逆变器的换相投切策略，按照规划的投切方案调整单相逆变器的相位。
使用模拟跃迁算法规划单相逆变器的换相策略，执行以下步骤：
步骤1、TTU获取本台区下所有电表T时段内消耗的电能量，并按照相位计算各相消耗的电能量总和EA、EB、EC。
步骤2、TTU读取所有单相逆变器T时段内输出的电能量值，并按照相位存储，计算各相上逆变器电能量输出之和Eoa、Eob、Eoc，保存各单相逆变器所处相位位置作为初始状态，计算Ea=EA－Eoa，Eb=EB－Eob，Ec=EC－Eoc，umb=(Emax－Emin)/Emax，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，如果umb大于15％则执行步骤3，否则结束。
步骤3、设置初始活跃度A0, 结束活跃度Ae, 活跃度衰减系数Aa。
步骤4、计算评价值J=－(100*(Emax－Emin)/Emax) －(100*15%*n)，其中，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，n是单相逆变器的个数，A=A0。
步骤5、将所有单相逆变器随机虚拟投切到三个相位上；
存储虚拟投切后各单相逆变器所处相位，电能量数据随单相逆变器的转换进行存储。
步骤6、按此方案虚拟投切后，重新计算各相上单相逆变器电能量输出之和Eoa、Eob、Eoc， Ea=EA－Eoa， Eb=EB－Eob， Ec=EC－Eoc，计算三相负载的不平衡度：umb=(Emax－Emin)/Emax，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，
计算评价值judge：
当umb>15%时，judge= －(100*umb)－(100*15%*n)
当umb≤15%时，judge=－(99*umb) －(100*15%*step)
其中，step为从初始状态虚拟变换到当前状态需要执行投切动作的单相逆变器个数。
步骤7、如果judge>J，则J=judge，转到步骤9；否则执行步骤8。
步骤8、计算接受概率：
P=eΔjudge/A，其中，Δjudge是虚拟投切前后的评价值之差，即Δjudge=judge－J，
求0到1之间的随机数R，如果P>R，则J=judge，执行步骤9，否则，撤销该虚拟投切方案，恢复到本次虚拟投切之前的状态，执行步骤9。
步骤9、当前活跃度A= A*Aa。
步骤10、如果A<Ae，当前各单相逆变器所处相位为投切方案，执行步骤11；否则，执行步骤5。
步骤11、结束。
得到投切方案后，TTU按照方案，向单相逆变器发送投切指令。
本发明还提供一种针对电压过高进行调整的策略，通过以下步骤完成。
步骤A、TTU读取三个相位上的电压，Ua、Ub、Uc，计算U1=(Umax-Umin)，其中Umax是Ua、Ub、Uc 的最大值，Umin是Ua、Ub、Uc 的最小值，如果U1<Uth1，执行步骤F，否则执行步骤B。
步骤B、计算U2=(Umid-Umin)，其中Umid是Ua、Ub、Uc 的中间值。
步骤C、如果U2>Uth2，执行步骤D，否则执行步骤E。
步骤D、TTU向单相逆变器发送投切指令，投切到Umin所对应的相位上，执行步骤F。
步骤E、TTU读取所有单相逆变器的发电功率，将所有单相逆变器分成两个集合，两个集合中，单相逆变器的发电功率总和大致相同，TTU向两个集合中的单相逆变器发送投切指令，将一个集合中的单相逆变器投切到Umin所对应的相位上，将另一个集合中的单相逆变器投切到Umid所对应的相位上，执行步骤F。
步骤F、结束。
有益效果：采用本发明提出的技术方案，可以将某相线路接纳不了的单相逆变器输出的电能量切换到其他相位上，保证光伏发电设备正常工作，最大程度发挥绿色能源的效率，保障光伏投资者的利益；同时，还可以调节用电线路的三相不平衡，提高了用户服务质量和供电可靠性，杜绝了由于线路负荷偏差很大，造成变压器单相处于满负荷运行，变压器过热，甚至烧坏的现象发生。
通过配置合适的参数，其效率远高于穷举法。以16个单相逆变器为例：穷举法需要计算全部四千三百多万种组合状态的不平衡度和动作次数，而通过大量模拟数据调教出的参数(初始活跃度、结束活跃度、活跃度衰减系数)和评价系统，在保证成功率(找到最优解的概率在99%以上)的前提下，执行一次跃迁算法只需要固定的一万四千五百零一次计算，即使多次执行，其时间成本也远低于穷举法。
附图说明。
图1是贪婪算法和模拟跃迁算法的解释图，
图2是本发明的评价体系图示，
图3是单相逆变器工作原理图，
图4是TTU与单相逆变器的网络组成示意图，
图5是跃迁算法的框图。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参看图3，具有换相装置的单相逆变器，结构上由DC滤波器、DC/DC变换、DC/AC变换、AC滤波器、控制器、通信模块、显示单元构成，在交流输出端，设置换相装置，换向装置由1个可控硅、1个主控继电器和2个换相继电器组成，其中可控硅与主控继电器并联，并联电路两端分别连接交流输出和换相继电器1的输入端，换相继电器1的输出分别连接三相线路中的一相和换相继电器2的输入端，换相继电器2的输出端连接三相线路的其他两相。
在并网侧，即交流输出端，单相逆变器具备机械互锁功能的继电器和可控硅，保证并网时有且只有一相并网，同时保证过零投切，过零投切动作离散性不超过1ms。
换相继电器2具备互锁功能，保证A相和B相有且只有一相处于导通状态。换相继电器1具备互锁功能，能够可靠保证只有C相导通或只有换相继电器2导通的工作状态。主控继电器接光伏逆变器。过零投切通过可控硅来实现，可控硅可实现精准自动过零投切。继电器和可控硅的动作由控制器DSP+CPLD控制。
由于本身特性，可控硅不能长时间导通大电流，否则会导致可控硅被击穿，所以平时可控硅处于退出状态。当需要进行换相操作时，遵循如下步骤：
1、投入可控硅，切断主控继电器，退出可控硅，可控硅自动过电流零退出，防止拉弧。
2、切换换相继电器1和换相继电器2，达到换相目的。
3、投入可控硅，可控硅会在过电压零点投入，防止涌流发生。
4、可控硅投入后，投入主控继电器。
5、投入主控继电器后，退出可控硅。
参看图4，TTU（智能配变终端）使用无线方式连接本台区下所有具有换相装置的单相逆变器。本实施例中，使用Lora无线网络进行连接。通过无线连接，TTU可以召测单相逆变器的工作参数，下发指令；单相逆变器接受TTU的指令，完成相应的动作，如发送数据、完成相位投切等。
TTU还通过无线网络连接与电表箱配套的末端终端，或通过宽带载波（电力线载波）连接电表，通过公网（2G/3G/4G）连接配电自动化主战系统，这是本领域的常规技术手段，这里不再冗述。
基于上述配置，TTU定时（如每隔15分钟）判断供电线路参数及单相逆变器工作参数，进行单相逆变器的相位调整。
实施例1，根据电压进行调整。
步骤A、TTU读取三个相位上的电压，Ua、Ub、Uc，计算U1=(Umax-Umin)，其中Umax是Ua、Ub、Uc 的最大值，Umin是Ua、Ub、Uc 的最小值，如果U1<Uth1，供电系统处于正常工作状态，退出电压调整，否则执行步骤B。
判断阈值Uth1根据实际经验确定，本实施例中，Uth1取值5V~10V。
步骤B、计算U2=(Umid-Umin)，其中Umid是Ua、Ub、Uc 的中间值。
步骤C、如果U2>Uth2，说明三相线路上的电压是两个比较高，一个比较低，此时将所有单相逆变器投切到较低的一个相位上，执行步骤D；否则，说明三相线路上的电压是一个比较高，两个比较低，此时将单相逆变器投切到较低的两个相位上，执行步骤E。
判断阈值Uth2可以根据实际经验确定，本实施例中，Uth2取值2V~5V。或者，Uth2可以设定为Uth1的一定比例，如40%~60%。
步骤D、TTU向需要换相投切的单相逆变器发送投切指令，投切到Umin所对应的相位上，结束。
步骤E、TTU读取所有单相逆变器的发电功率，将所有单相逆变器分成两个集合，两个集合中，单相逆变器的发电功率总和大致相同，TTU向两个集合中的单相逆变器发送投切指令，将一个集合中的单相逆变器投切到Umin所对应的相位上，将另一个集合中的单相逆变器投切到Umid所对应的相位上，结束。
本实施例中，采用以下方法将单相逆变器分成两个集合。
将所有单相逆变器的发电功率从大到小排序，W1、W2、W3、... ...、Wn，W1最大，Wn最小。
设置两个集合S1和S2，首先将W1放入S1，将W2、W3放入S2。
比较两个集合中的发电功率总和，将排序中下一个数值放入发电功率总和较小的集合中，直到处理完最后一个数值Wn。
以上只是考虑电压平衡，将高电压相位上的单向逆变器投切到低电压相位上。
实施例2，调整负载平衡。
参照图5，使用跃迁算法实现调整的描述如下。
步骤1、TTU获取本台区下所有电表T时段内消耗的电能量，并按照相位计算各相消耗的电能量总和EA、EB、EC。
时段T为两次执行换相策略的时间间隔，本实施例中，为15分钟。
TTU通过末端终端获取电表数据，或者通过宽带载波获取电表数据。
T时段内的消耗的电能量通过以下方式得到：TTU获得电表当前时刻的电能底度并存储，使用当前读取的数据减去上一次存储的电能底度，得出电表消耗的电能量。
各相消耗的电能量总合等于该相上所有电表消耗的电能量累加。
步骤2、TTU读取所有单相逆变器T时段内输出的电能量值，并按照相位存储。时段T为两次执行换相策略的时间间隔，本实施例中，为15分钟。
计算各相上逆变器电能量输出之和Eoa、Eob、Eoc，保存各单相逆变器所处相位位置作为初始状态。
计算Ea=EA－Eoa，Eb=EB－Eob，Ec=EC－Eoc，即变压器在各相的负载。
umb=(Emax－Emin)/Emax，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，umb是变压器的负载不平衡度。
如果umb大于15％则进行单相逆变器的香味调整，执行步骤3，否则结束。
本发明采用的评价体系如图2所示：在不平衡度最小和动作次数最少这两者中，动作次数最少优先级更高，但前提是将不平衡度调整到小于15%，若达不到该目标，则不考虑动作次数，尽量将不平衡度调小。
步骤3、设置初始活跃度A0, 结束活跃度Ae, 活跃度衰减系数Aa；本实施例中，A0=200, 结束活跃度Ae=0.0001, 活跃度衰减系数Aa=0.999。
步骤4、计算评价值J=－(100*(Emax－Emin)/Emax) －(100*15%*n)，其中，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，n是单相逆变器的个数，A=A0。
步骤5、将所有单相逆变器随机虚拟投切到三个相位上，即将n个单向逆变器随机分配在A相m个、B相 (q-m)个、C相 (n-q)个。保存虚拟投切后各单相逆变器所处相位，电能量数据随单相逆变器的转换进行存储。
步骤6、按此方案虚拟投切后，重新计算各相上单相逆变器电能量输出之和Eoa、Eob、Eoc， Ea=EA－Eoa， Eb=EB－Eob， Ec=EC－Eoc，计算三相负载的不平衡度：umb=(Emax－Emin)/Emax，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值。以上的数值都是虚拟数值，因为没有实际投切，因此并不是各相上的实际数据。
计算评价值judge：
当umb>15%时，judge= －(100*umb)－(100*15%*n)
当umb≤15%时，judge=－(99*umb) －(100*15%*step)
其中，step为从初始状态虚拟变换到当前状态需要执行投切动作的单相逆变器个数。
步骤7、如果judge>J，则J=judge，转到步骤9；否则执行步骤8。
步骤8、计算接受概率：
P=eΔjudge/A，其中，Δjudge是虚拟投切前后的评价值之差，即Δjudge=judge－J。
求0到1之间的随机数R，如果P>R，则J=judge，执行步骤9，否则，撤销该虚拟投切方案，恢复到本次虚拟投切之前的状态，执行步骤9。计算随机数时，以当前时间为基础，即以当前时间作为求随机数的变量。
步骤9、当前活跃度A= A*Aa。
步骤10、如果A<Ae，当前各单相逆变器所处相位为投切方案，执行步骤11；否则，执行步骤5。
步骤11、结束。
通过上述步骤，得到了投切方案，TTU按照方案，向需要换相投切的单相逆变器发送投切指令。
由于模拟跃迁算法有可能得不到最优解，为了寻求最好的解决方案，在每次寻找投切方案时，可以执行多次上述步骤，如2-10次，从所有执行的结果中选取最优方案。由于本算法执行时间较短，这种选择是完全可行的。
各相上，电能量的来源有两部分，一部分是单相逆变器的输出，另外是供电主网提供的电能量。某相位上线路总消耗等于变压器承担的负载加上单相逆变器的输出。
例如，在某一时间段内（如15分钟）：
A相线路总消耗为20kWh，该相上所有逆变器的输出为5 kWh，变压器承担的负载是15 kWh。
B相线路总消耗为15 kWh，该相上所有逆变器的输出为5 kWh，变压器承担的负载是10 kWh。
C相线路总消耗为9A，该相上所有逆变器的输出为10 kWh，变压器承担的负载是0。
A、B两相中，逆变器输出的电能量可以完全被本地消耗，C相会出现线路电压持续升高，最后导致该相上的光伏发电设备只能微功率发电。
本发明中，调整各相负载平衡按照以下思路完成：虚拟负载大的相位，投入较多的单相逆变器，虚拟负载小的相位，投入较少或不投入单相逆变器。
在上例中：
首先，将单相逆变器的输出排除，这样的话，各相上变压器的虚拟负载就是该相线路上的总消耗，其中，A相上变压器的虚拟负载为EA =20 kWh，B相上EB =15 kWh，C相上EC =9 kWh。
然后，尝试将各单相逆变器虚拟投切到不同的相位上，各相上单相逆变器的总输出分别为Eoa、Eob、Eoc，判断虚拟投切方案是否满足要求，如果满足要求，按照虚拟投切方案进行实际切换。
判断的原则和标准是：虚拟投切后， Ea=EA－Eoa， Eb=EB－Eob， Ec=EC－Eoc。
Ea、Eb、Ec三个数的最大值和最小值，相差小于15%。
上例中，单相逆变器的总输出为20 kWh，可能的投切方案为：A相上投切12 kWh，B相上投切7 kWh，C相上投切1 kWh。
| 相位 | 总消耗 | 调整前逆变器输出 | 调整后逆变器输出 | 总消耗-逆变器输出 |
| A | 20kWh | Eoa=5kWh | Eoa=12kWh | 8kWh |
| B | 15kWh | Eob =5kWh | Eob =7kWh | 8kWh |
| C | 9kWh | Eoc =10kWh | Eoc =1kWh | 8kWh |
完成投切后，各相上逆变器输出的电能量完全就地消耗，且变压器在各相上的负载基本相同。
上面的例子只是为说明本发明而设计的数值，实际中不会有非常理想的数值匹配。如单相逆变器的输出一般会大于1 kWh，因此，不可能在C相上投切1 kWh的单相逆变器输入。
Claims (6)
1.一种具有换相装置的单相逆变器的换相策略，具有换相装置的单相逆变器结构上由DC滤波器、DC/DC变换、DC/AC变换、AC滤波器、控制器、通信模块、显示单元构成，其特征在于：在交流输出端，设置换相装置，换相装置由1个可控硅、1个主控继电器和2个换相继电器组成，其中可控硅与主控继电器并联，并联电路两端分别连接交流输出和换相继电器1的输入端，换相继电器1的输出分别连接三相线路中的一相和换相继电器2的输入端，换相继电器2的输出端连接三相线路的其他两相；
单相逆变器的换相策略，基于具有换相装置的单相逆变器完成，智能配变终端无线连接本台区下所有具有换相装置的单相逆变器，智能配变终端定时根据各相供电线路上的电能量消耗和各单相逆变器的电能量输出，规划单相逆变器的换相投切策略，按照规划的投切方案调整单相逆变器的相位；
使用模拟跃迁算法规划单相逆变器的换相投切策略，执行以下步骤：
步骤1、智能配变终端获取本台区下所有电表T时段内消耗的电能量，并按照相位计算各相消耗的电能量总和EA、EB、EC；
步骤2、智能配变终端读取所有单相逆变器T时段内输出的电能量值，并按照相位存储，计算各相上逆变器电能量输出之和Eoa、Eob、Eoc，保存各单相逆变器所处相位位置作为初始状态，
计算Ea=EA－Eoa，Eb=EB－Eob，Ec=EC－Eoc，umb=(Emax－Emin)/Emax，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，如果umb大于15％则执行步骤3，否则结束；
步骤3、设置初始活跃度A0, 结束活跃度Ae, 活跃度衰减系数Aa；
步骤4、计算评价值J=－(100*(Emax－Emin)/Emax) －(100*15%*n)，
其中，Emax 是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，n是单相逆变器的个数，A=A0；
步骤5、将所有单相逆变器随机虚拟投切到三个相位上；
存储虚拟投切后各单相逆变器所处相位，电能量数据随单相逆变器的转换进行存储；
步骤6、按此方案虚拟投切后，重新计算各相上单相逆变器电能量输出之和Eoa、Eob、Eoc， Ea=EA－Eoa， Eb=EB－Eob， Ec=EC－Eoc，计算三相负载的不平衡度：umb=(Emax－Emin)/Emax，Emax是Ea、Eb、Ec中的最大值，Emin是Ea、Eb、Ec中的最小值，
计算评价值judge：
当umb>15%时，judge= －(100*umb)－(100*15%*n)
当umb≤15%时，judge=－(99*umb) －(100*15%*step)
其中，step为从初始状态虚拟变换到当前状态需要执行投切动作的单相逆变器个数；
步骤7、如果judge>J，则J=judge，转到步骤9；否则执行步骤8；
步骤8、计算接受概率：
P=eΔjudge/A，其中，Δjudge是虚拟投切前后的评价值之差，即Δjudge=judge－J，
求0到1之间的随机数R，如果P>R，则J=judge，执行步骤9，否则，撤销该虚拟投切方案，恢复到本次虚拟投切之前的状态，执行步骤9；
步骤9、当前活跃度A= A*Aa；
步骤10、如果A<Ae，当前各单相逆变器所处相位为投切方案，执行步骤11；否则，执行步骤5；
步骤11、结束。
2.根据权利要求1所述的单相逆变器的换相策略，其特征在于：步骤1、2中的时段T为两次执行换相策略的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的单相逆变器的换相策略，其特征在于：智能配变终端通过宽带载波获取电表的数据。
4.根据权利要求2所述的单相逆变器的换相策略，其特征在于：步骤1中，智能配变终端获得电表当前时刻的电能底度并存储，使用当前读取的数据减去上一次存储的电能底度，得出电表T时段内的消耗的电能量。
5.根据权利要求1所述的单相逆变器的换相策略，其特征在于：设置初始活跃度A0=200, 结束活跃度Ae=0.0001, 活跃度衰减系数Aa=0.999。
6.根据权利要求1所述的单相逆变器的换相策略，其特征在于：步骤8中，随机数以当前时间为基础求出。
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| CN201810422452.7A CN108448601B (zh) | 2018-05-05 | 2018-05-05 | 具有换相装置的单相逆变器及其换相并网策略 |
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| CN201810422452.7A CN108448601B (zh) | 2018-05-05 | 2018-05-05 | 具有换相装置的单相逆变器及其换相并网策略 |
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