CN109286194B - 高压无源光控隔离设备的控制系统、方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压无源光控隔离设备的控制系统、方法以及装置，随着我国清洁能源行业的快速发展，新能源投产规模逐年增大，新能源密集接入后对电网的影响也越来越大。风电及小水电等波动性电源的接入，使得区域电网的无功电压控制任务艰巨，如功率因数合格率偏低，公共连接点电压波动过大等，该设备的控制方法、系统以及装置具有智能化、体积小、成本低、可靠性高的特点。

Description

高压无源光控隔离设备的控制系统、方法以及装置

技术领域

本发明涉及电压无功调节，特别涉及一种高压无源光控隔离设备的控制系统、方法以及装置。

背景技术

随着我国清洁能源行业的快速发展，新能源投产规模逐年增大，新能源密集接入后对电网的影响也越来越大。风电及小水电等波动性电源的接入，使得区域电网的无功电压控制任务艰巨，如功率因数合格率偏低，公共连接点电压波动过大等。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高压无源光控隔离设备的控制系统、方法以及装置，能对公共连接点电压进行电压无功调节，该控制系统、方法以及装置体积小、成本低、可靠性高。

根据本发明提供的一种高压无源光控隔离设备的控制方法，包含以下几个步骤：

电网信号获取步骤：获取电网监测信号；

信号处理步骤：根据电网监测数据，生成电压角度调节信号；

通断控制指令生成步骤：根据电压角度调节信号，生成晶闸管通断控制指令。

优选地，所述电网监测信号包含以下任一个或任多个内容：

--实时电网高压侧电压互感器的电压；

--实时电网高压侧电流互感器的电流；

--分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律；

--分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律；

--电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段；

--电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段。

优选地，所述电压角度调节信号包含电压角度粗调节信号与电压角度精调节信号；

所述信号处理步骤包含以下步骤：

模数转换步骤：对电网监测数据进行模数转换，获得趋势信号与实时信号；

粗调节信号生成步骤：根据模糊算法与趋势信号，生成电压角度粗调节信号；

精调节信号生成步骤：根据实时信号，生成电压角度精调节信号。

优选地，所述模糊算法满足：

u＝f(S，ΔP，ΔQ)，(m＜S≤n，k＜ΔP≤l，p＜ΔQ≤q)

式中，u为电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

f(S，ΔP，ΔQ)为关于S，ΔP，ΔQ的模糊计算函数；

S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，ΔP为有功功率变化率，ΔQ为无功功率变化率；

相位角

为有功功率与视在功率的夹角，称为力率角或功率因数角，

表示有功功率P和视在功率S的比值，称为力率或功率因数；无功功率决定电压，有功功率决定频率；U为三相电压，I为三相电流；

m、n、k、l、p、q均为设定参数；

所述的高压无源光控隔离设备的控制方法还包含以下几个步骤：

自调整电压获取步骤：获取来自多个用户电网端对应的实时信号计算得出多个所述实时信号的众数或平均值，根据多个所述实时信号的众数或平均值作为计算电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

报警步骤：当来自电网端的电网监测信号位于预设定值的范围之外时，生成报警信号。

本发明还提供了一种高压无源光控隔离设备的控制系统，包含以下几个模块：

电网信号获取模块：获取电网监测数据；

信号处理模块：根据电网监测数据，生成电压角度调节信号；

通断控制指令生成模块：根据电压角度调节信号，生成晶闸管通断控制指令。

优选地，所述电压角度调节信号包含电压角度粗调节信号与电压角度精调节信号；

所述信号处理模块包含以下模块：

模数转换模块：对电网监测数据进行模数转换，获得趋势信号与实时信号；

粗调节信号生成模块：根据模糊算法与趋势信号，生成电压角度粗调节信号；

精调节信号生成模块：根据实时信号，生成电压角度精调节信号。

优选地，所述电网监测信号包含以下任一个或任多个内容：

--实时电网高压侧电压互感器的电压；

--实时电网高压侧电流互感器的电流；

--分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律；

--分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律；

--电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段；

--电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段。

优选地，所述模糊算法满足：

u＝f(S，ΔP，ΔQ)，(m＜S≤n，k＜ΔP≤l，p＜ΔQ≤q)

式中，u为电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

f(S，ΔP，ΔQ)为关于S，ΔP，ΔQ的模糊计算函数；

S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，ΔP为有功功率变化率，ΔQ为无功功率变化率；

相位角

为有功功率与视在功率的夹角，称为力率角或功率因数角，

表示有功功率P和视在功率S的比值，称为力率或功率因数；无功功率决定电压，有功功率决定频率；U为三相电压，I为三相电流；

m、n、k、l、p、q均为设定参数；

所述的高压无源光控隔离设备的控制系统还包含以下几个模块：

自调整电压获取模块：获取来自多个用户电网端对应的实时信号计算得出多个所述实时信号的众数或平均值，根据多个所述实时信号的众数或平均值作为计算电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

报警模块：当来自电网端的电网监测信号位于预设定值的范围之外时，生成报警信号。

本发明还提供了一种高压无源光控隔离设备的控制装置，包含MCR控制器、MCR晶闸管调节电路、光电转换装置、脉冲变压器、可控硅电路；

MCR控制器的输出端连接到MCR晶闸管调节电路的输入端，MCR晶闸管调节电路的输出端连接到光电转换装置的输入端，光电转换装置的输出端连接到脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接到可控硅电路的输入端，可控硅电路的输出端连接到外部电网；所述MCR控制器包含高压无源光控隔离设备的控制系统。

优选地，所述MCR晶闸管调节电路包含本体的晶闸管、磁控电感器以及光纤；本体的晶闸管的输出端连接到磁控电感器的输入端，磁控电感器的输出端连接到光纤的输入端，光纤的输出端连接到光电转换装置；所述晶闸管通断控制指令用于控制晶闸管的通断时间。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

高压无源光控隔离设备的控制方法、系统以及装置，通过电压、电流互感器采集电压电流，在经过模数转换之后传输给MCR控制器，MCR控制器不仅可以根据实时电压将其与设定值进行吻合之后，控制MCR本体晶闸管输出电感量来进行调节电网PCC点电压无功，而且还可以根据用电规律结合模糊算法得出自调整电压，控制MCR本体晶闸管输出电感量来进行调节电网PCC点电压无功，并能对电网异常用电情况进行监控与处理，该设备的控制方法、系统以及装置具有智能化、体积小、成本低、可靠性高的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明设备的装置原理结构图；

图2为高压无源光控隔离设备的控制方法的步骤流程图；

图3为高压无源光控隔离设备的控制系统框架图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种高压无源光控隔离设备的装置原理结构图，包含可控电抗器控制器、光纤、光电转换装置、脉冲变压器、可控硅电路；

可控电抗器控制器的输出端连接到光纤的输入端，光纤的输出端连接到光电转换装置的输入端，光电转换装置的输出端连接到脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接到可控硅电路的输入端，可控硅电路的输出端连接到外部电网；

首先可控电抗器控制器采集来自电网高压侧电压、电路互感器的电压电流值，经过内部控制系统的处理后输出光脉冲信号，经光纤传输后经过磁控制本地的光电转换装置转换为电脉冲，电脉冲施加到脉冲变压器上，脉冲变压器的副边接至磁控本体的可控硅上，进而实现高压无源光控隔离调节电网PCC点的电压无功。

如图2所示，本发明提供了一种高压无源光控隔离设备的控制方法，包含以下几个步骤：电网信号获取步骤：获取电网监测信号；所述电网监测信号包含以下任一个或任多个内容：实时电网高压侧电压互感器的电压、实时电网高压侧电流互感器的电流、分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律、分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律、电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段、电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段；

信号处理步骤：对电网监测数据进行模数转换后，获得趋势信号与实时信号，其中实时信号主要由实时电网高压侧电压互感器的电压和实时电网高压侧电流互感器的电流模数转换所得；趋势信号主要由分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律、分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律、电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段以及电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段计算所得；电网监测数据模数转换后的信号经过控制器处理之后，生成电压角度调节信号，所述电压角度调节信号包含电压角度粗调节信号与电压角度精调节信号，电压角度粗调节信号根据模糊算法与趋势信号生成，此时无需采集高压侧电网的实时信号而直接调节电网PCC点的电压；电压角度精调节信号根据实时信号生成，需根据高压侧电网的实时信号来调节电网PCC点的电压无功；

通断控制指令生成步骤：根据电压角度调节信号，生成晶闸管通断控制指令。晶闸管的通断能直接影响后面的可控硅电路的通断从而影响电网PCC点的电压无功；

获取来自多个用户电网端对应的实时信号计算得出多个所述实时信号的众数或平均值，根据多个所述实时信号的众数或平均值作为计算电压角度粗调节信号对应的自调整电压；自调整电压某种程度上是一种经验值，能反映电网一段时期内的波动变化规律；

电压的预设定值对应的是电压角度精调节信号，当来自电网高压侧的电网监测信号经过控制器信号处理之后位于预设定值的范围之外时，生成报警信号，当产生报警信号时，需及时采取有效措施。

如图3所示，一种高压无源光控隔离设备的控制系统，包含以下几个模块：电网信号获取模块：获取电网监测信号；所述电网监测信号包含以下任一个或任多个内容：实时电网高压侧电压互感器的电压、实时电网高压侧电流互感器的电流、分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律、分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律、电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段、电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段；

信号处理模块：对电网监测数据进行模数转换后，获得趋势信号与实时信号，其中实时信号主要由实时电网高压侧电压互感器的电压和实时电网高压侧电流互感器的电流模数转换所得；趋势信号主要由分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律、分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律、电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段以及电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段计算所得；电网监测数据模数转换后的信号经过控制器处理之后，生成电压角度调节信号，所述电压角度调节信号包含电压角度粗调节信号与电压角度精调节信号，电压角度粗调节信号根据模糊算法与趋势信号生成，此时无需采集高压侧电网的实时信号而直接调节电网PCC点的电压；电压角度精调节信号根据实时信号生成，需根据高压侧电网的实时信号来调节电网PCC点的电压无功；

通断控制指令生成模块：根据电压角度调节信号，生成晶闸管通断控制指令；晶闸管的通断能直接影响后面的可控硅电路的通断从而影响电网PCC点的电压无功；

获取来自多个用户电网端对应的实时信号计算得出多个所述实时信号的众数或平均值，根据多个所述实时信号的众数或平均值作为计算电压角度粗调节信号对应的自调整电压；自调整电压某种程度上是一种经验值，能反映电网一段时期内的波动变化规律；

电压的预设定值对应的是电压角度精调节信号，当来自电网高压侧的电网监测信号经过控制器信号处理之后位于预设定值的范围之外时，生成报警信号，当产生报警信号时，需及时采取有效措施。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种高压无源光控隔离设备的控制方法，其特征在于，包含以下几个步骤：

电网信号获取步骤：获取电网监测信号；所述电网监测信号包含以下任一个或任多个内容：

--实时电网高压侧电压互感器的电压；

--实时电网高压侧电流互感器的电流；

--分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律；

--分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律；

--电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段；

--电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段；

信号处理步骤：根据电网监测信号，生成电压角度调节信号；所述电压角度调节信号包含电压角度粗调节信号与电压角度精调节信号；

所述信号处理步骤包含以下步骤：

模数转换步骤：对电网监测信号进行模数转换，获得趋势信号与实时信号；

粗调节信号生成步骤：根据模糊算法与趋势信号，生成电压角度粗调节信号；

精调节信号生成步骤：根据实时信号，生成电压角度精调节信号，其中，所述模糊算法满足：

u＝f(S，△P，△Q)，m＜S≤n，k＜△P≤l，p＜△Q≤q；

式中，u为电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

f(S，△P，△Q)为关于S，ΔP，ΔQ的模糊计算函数；

S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，ΔP为有功功率变化率，ΔQ为无功功率变化率；

相位角

为有功功率与视在功率的夹角，称为力率角或功率因数角，

表示有功功率P和视在功率S的比值，称为力率或功率因数；无功功率决定电压，有功功率决定频率；U为三相电压，I为三相电流；

m、n、k、l、p、q均为设定参数；

所述的高压无源光控隔离设备的控制方法还包含以下几个步骤：

自调整电压获取步骤：分时段获取来自多个用户电网端对应的实时信号计算得出多个所述实时信号的众数或平均值，根据多个所述实时信号的众数或平均值作为计算电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

报警步骤：当来自电网端的电网监测信号位于预设定值的范围之外时，生成报警信号；通断控制指令生成步骤：根据电压角度调节信号，生成晶闸管通断控制指令。

2.一种高压无源光控隔离设备的控制系统，其特征在于，包含以下几个模块：

电网信号获取模块：获取电网监测信号；所述电网监测信号包含以下任一个或任多个内容：

--实时电网高压侧电压互感器的电压；

--实时电网高压侧电流互感器的电流；

--分时段电网高压侧电压互感器的电压分布规律；

--分时段电网高压侧电流互感器的电流分布规律；

--电网高压侧电压互感器的电压变化速率超过设定值的时段；

--电网高压侧电流互感器的电流变化速率超过设定值的时段；

信号处理模块：根据电网监测信号，生成电压角度调节信号；所述电压角度调节信号包含电压角度粗调节信号与电压角度精调节信号；

所述信号处理模块包含以下模块：

模数转换模块：对电网监测信号进行模数转换，获得趋势信号与实时信号；

粗调节信号生成模块：根据模糊算法与趋势信号，生成电压角度粗调节信号；

精调节信号生成模块：根据实时信号，生成电压角度精调节信号，其中，

所述模糊算法满足：

u＝f(S，△P，△Q)，m＜S≤n，k＜△P≤l，p＜△Q≤q；

式中，u为电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

u＝f(S，△P，△Q)为关于S，ΔP，ΔQ的模糊计算函数；

S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，ΔP为有功功率变化率，ΔQ为无功功率变化率；

相位角

为有功功率与视在功率的夹角，称为力率角或功率因数角，

表示有功功率P和视在功率S的比值，称为力率或功率因数；无功功率决定电压，有功功率决定频率；U为三相电压，I为三相电流；

m、n、k、l、p、q均为设定参数；

所述的高压无源光控隔离设备的控制系统还包含以下几个模块：

自调整电压获取模块：获取来自多个用户电网端对应的实时信号计算得出多个所述实时信号的众数或平均值，根据多个所述实时信号的众数或平均值作为计算电压角度粗调节信号对应的自调整电压；

报警模块：当来自电网端的电网监测信号位于预设定值的范围之外时，生成报警信号；通断控制指令生成模块：根据电压角度调节信号，生成晶闸管通断控制指令。

3.一种高压无源光控隔离设备的控制装置，其特征在于，包含MCR控制器、MCR晶闸管调节电路、光电转换装置、脉冲变压器、可控硅电路；

MCR控制器的输出端连接到MCR晶闸管调节电路的输入端，MCR晶闸管调节电路的输出端连接到光电转换装置的输入端，光电转换装置的输出端连接到脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接到可控硅电路的输入端，可控硅电路的输出端连接到外部电网；所述MCR控制器包含高压无源光控隔离设备的控制系统。

4.根据权利要求3所述的高压无源光控隔离设备的控制装置，所述MCR晶闸管调节电路包含本体的晶闸管、磁控电感器以及光纤；本体的晶闸管的输出端连接到磁控电感器的输入端，磁控电感器的输出端连接到光纤的输入端，光纤的输出端连接到光电转换装置；所述晶闸管通断控制指令用于控制晶闸管的通断时间。

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