CN109768558B - 充电桩的三相负荷调节方法和装置 - Google Patents

充电桩的三相负荷调节方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种充电桩的三相负荷调节方法和装置。其中，该方法包括：采集目标对象中三相电幅值和相位；根据所述三相电的幅值和相位确定所述三相电的不平衡度；根据配电网的三相网损和所述不平衡度确定最小化目标函数；根据所述最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，所述充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，所述补偿装置包括所述补偿器件。本发明解决了现有技术中充电桩中的三相电不平衡导致充电桩处于危险状态的技术问题。

Description

充电桩的三相负荷调节方法和装置
技术领域
本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种充电桩的三相负荷调节方法和装置。
背景技术
三相不平衡是指在三相供电线路中，各相线路的电流/电压的幅值不相等或相角差不为120°。三相不平衡是电网安全经济运行的基础，严重的三相不平衡会增加线路以及变压器的损耗，降低供电效率，造成电器工作效率降低甚至引发安全事故。
目前调节三相不平衡的方法主要有两种，一种是补偿调节方法，另一种是换相调节方法。补偿调节方法是在变压器低压侧加装不平衡补偿装置，这种装置补偿不平衡效果取决于补偿装置的容量，对不同容量变压器需要选择不同容量的补偿装置，同时价格相对较高；换相调节方法是在变压器台区内加装换相开关及控制器，由控制器调节各支路所在相位，达到三相不平衡的调节。这种方法需要在各个节点加装换相开关，理论上换相开关的数量越多分支越细补偿效果越好。但在实际中考虑的成本问题现场一般一个变压器下配置6-10个换相开关，调节效果相对较弱。
而目前充电桩在实际使用过程中是没有三相负荷不平衡调节的，在大量的充电桩充电的情况下，如果不进行控制，可能造成严重的负荷不平衡，继而引发三相不平衡问题，危害电网安全经济运行。
针对现有技术中充电桩中的三相电不平衡导致充电桩处于危险状态的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种充电桩的三相负荷调节方法和装置，以至少解决现有技术中充电桩中的三相电不平衡导致充电桩处于危险状态的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种充电桩的三相负荷调节方法，包括：采集目标对象中三相电幅值和相位；根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度；根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数；根据最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，补偿装置包括补偿器件。
进一步地，根据三相电的幅值和相位通过对称分量法得到三相电的正序分量、负序分量和零序分量；根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度。
进一步地，通过如下公式根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度：
Figure GDA0002012334560000021
其中，εu2和εu0表示三相电不平衡度，U1表示三相电压的正序分量方均根值，U2表示三相电压的负序分量方均根值，U3表示三相电压的零序分量方均根值。
进一步地，通过如下公式根据三相电的三向量确定三相电的不平衡度：
Figure GDA0002012334560000022
其中，L＝(a4+b4+c4)/(a2+b2+c2)2，ε2表示三相电的负序不平衡度，a、b、c为三相电的三向量。
进一步地，获取三相网损的第一权重和不平衡度的第二权重；根据第一权重和第二权重对三相网损和不平衡度进行加权，得到最小化目标函数。
进一步地，根据第一权重和第二权重对三相网损和不平衡度进行加权，得到最小化目标函数，包括：根据萤火虫算法求解最小化目标函数，得到补偿器件的器件参数。。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种充电桩的三相负荷调节装置，其特征在于，包括：采集模块，用于采集目标对象中三相电幅值和相位；第一确定模块，用于根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度；第二确定模块，用于根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数；第三确定模块，用于根据最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，补偿装置包括补偿器件。
进一步地，第一确定模块包括：第一确定模块包括：第一确定子模块，用于根据三相电的幅值和相位通过对称分量法得到三相电的正序分量、负序分量和零序分量；第二确定子模块，用于根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的三相负荷的调节方法。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的三相负荷的调节方法。
在本发明实施例中，采集目标对象中三相电幅值和相位，根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度，根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数，根据最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，补偿装置包括补偿器件。上述方案通过构建三相负载的最小化目标函数，并通过对最小化目标函数进行求解，从而得到补偿器件的器件参数，进而解决了现有技术中充电桩中的三相电不平衡导致充电桩处于危险状态的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的充电桩的三相负荷调节方法的流程图；以及
图2是根据本发明实施例的充电桩的三相负荷调节装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种充电桩的三相负荷调节方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的充电桩的三相负荷调节方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，采集目标对象中三相电幅值和相位。
步骤S104，根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度。
具体的，上述三相电的不平衡度可以是电流不平衡度，也可以是电压不平衡度。
步骤S106，根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数。
在一种可选的实施例中，可以设置三相网损和不平衡度对应的权重，并根据权重，将三相网损和不平衡度进行加权，得到最小化目标函数。
步骤S108，根据最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，补偿装置包括补偿器件。
在上述步骤中，可以通过求解最小化目标函数，得到补偿器件最优的器件参数。具体的，补偿器件可以是补偿电容，补偿电容的补偿参数可以是电容参数。
在一种可选的实施例中，可以根据采集到的三相电赋值和相位确定三相电的不平衡度，根据不平衡度和三相网损构建最小化目标函数，并通过求解最小化目标函数，得到补偿装置中补偿器件的器件参数。
由此，本申请上述实施例采集目标对象中三相电幅值和相位，根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度，根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数，根据最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，补偿装置包括补偿器件。上述方案通过构建三相负载的最小化目标函数，并通过对最小化目标函数进行求解，从而得到补偿器件的器件参数，进而解决了现有技术中充电桩中的三相电不平衡导致充电桩处于危险状态的技术问题。
作为一种可选的实施例根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度，包括：根据三相电的幅值和相位通过对称分量法得到三相电的正序分量、负序分量和零序分量；根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度。
作为一种可选的实施例根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度，包括：通过如下公式根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度：
Figure GDA0002012334560000041
其中，εu2和εu0表示三相电不平衡度，U1表示三相电压的正序分量方均根值，U2表示三相电压的负序分量方均根值，U3表示三相电压的零序分量方均根值。
具体的，上述U1、U2以及U3的单位均为伏(V)，如果将上述公式中的U1、U2以及U3换为I1、I2、I3则为相应的电流不平衡度的表达式。
作为一种可选的实施例根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度，包括：通过如下公式根据三相电的三向量确定三相电的不平衡度：
Figure GDA0002012334560000051
其中，L＝(a4+b4+c4)/(a2+b2+c2)2，ε2表示三相电的负序不平衡度，a、b、c为三相电的三向量。
上述步骤应用在没有零序分量的三相系统中，当已知三相量a、b、c时也可以用上述公式获取负序不平衡度。
作为一种可选的实施例，根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数，包括：获取三相网损的第一权重和不平衡度的第二权重；根据第一权重和第二权重对三相网损和不平衡度进行加权，得到最小化目标函数。
在一种可选的实施例中，可以通过调整电动汽车充电的功率与时段，同时兼顾降低配电网网损以及三相负荷平衡两个目标，在实际优化控制中对及其不平衡部位结合加装补偿装置控制。提出的优化模型包含降低网损以及降低三相负荷不平衡程度两个优化目标，是一个多目标优化问题，可采用分层序列法、标量化方法等方法求解。
在该示例中，根据以上两个目标为约束条件进行优化设计并用萤火虫算法对该目标进行优化。
配电网三相网损的表达式如下式所示：
Figure GDA0002012334560000052
其中，Rγ，L，T为配电网中相支路l的线路电阻：
Figure GDA0002012334560000053
为配电网中，γ相支路l的线路电流；Δt为取样及控制的时间间隔。
采用线性加权和法解决上述多目标优化问题，给予网损Eloss以及三相负荷不平衡程度ε不同的权重系数α，β。内层优化模型的目标函数为：minαEloss+βε α≥0，β≤0。
作为一种可选的实施例，根据第一权重和第二权重对三相网损和不平衡度进行加权，得到最小化目标函数，包括：根据萤火虫算法求解最小化目标函数，得到补偿器件的器件参数。
在一种可选的实施例中，萤火虫算法对目标函数的优化过程可以如下，首先说明下述优化过程应用到的公式：
1、荧光素更新。
li(t)＝(1-ρ)li(t-1)+γJ(xi(t)) 式(3)
其中，J(xi(t))为每只萤火虫i在t迭代的位置xi(t)对应的目标函数值；li(t)代表当前萤火虫的荧光素值；γ为荧光素更新率。
2、概率选择选择移向领域集Ni(t)内个体j的概率pij(t)。
Figure GDA0002012334560000061
其中，领域集
Figure GDA0002012334560000062
rs为萤火虫个体的感知半径。
3、位置更新。
Figure GDA0002012334560000063
其中s为移动步长。
4、动态决策域半径更新。
Figure GDA0002012334560000064
具体的优化步骤可以包括：初始化各个参数；随机初始化第i(i＝1,2,…,n)个萤火虫在目标函数搜索范围内的位置；使用公式(3)把萤火虫i在第t次迭代的位置xi(t)对应的目标函数值J(xi(t))转化为荧光素值li(t)；每只萤火虫在其动态决策域半径rid(t)内，选择荧光素值比自己高的个体组成其邻域集Ni(t)，其中
Figure GDA0002012334560000065
rs为萤火虫个体的感知半径；利用公式(4)计算萤火虫i移向邻域集内个体j的概率pij(t)；利用轮盘赌的方法选择个体j，然后移动，根据公式(5)更新位置；根据公式(6)更新动态决策域半径的值；是否到达指定的代数，如果达到则转向输出结果，程序结束。,否则每只萤火虫在其动态决策域半径rid(t)内，选择荧光素值比自己高的个体组成其邻域集Ni(t)，其中
Figure GDA0002012334560000071
rs为萤火虫个体的感知半径。
1、通过控制充电桩充电，将充电桩作为补偿装置对三相负荷不平衡进行调节，该方法能够实现对三相负荷不平衡进行调节，不需要额外安装补偿调节装置，节省成本。
2、根据三相不平衡度计算结果，结合充电桩所在相位，通过控制充电桩充电电流的方法调节三相负荷不平衡度达到目标值。
3、根据整个充电桩网络实际负荷大小，以配电网网损和三相负荷平衡度为目标，用萤火虫算法进行多目标优化，求解出最优控制策略。
实施例2
根据本发明实施例，提供了一种充电桩的三相负荷调节装置的实施例，图是根据本发明实施例的充电桩的三相负荷调节装置的示意图，如图2所示，该装置包括：
采集模块20，用于采集目标对象中三相电幅值和相位。
第一确定模块22，用于根据三相电的幅值和相位确定三相电的不平衡度。
第二确定模块24，用于根据配电网的三相网损和不平衡度确定最小化目标函数。
第三确定模块26，用于根据最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，补偿装置包括补偿器件。
作为一种可选的实施例，第一确定模块包括：第一确定子模块，用于根据三相电的幅值和相位通过对称分量法得到三相电的正序分量、负序分量和零序分量；第二确定子模块，用于根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度。
作为一种可选的实施例，第二确定子模块包括：第一运算单元，用于通过如下公式根据三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定三相电的不平衡度：
Figure GDA0002012334560000072
其中，εu2和εu0表示三相电不平衡度，U1表示三相电压的正序分量方均根值，U2表示三相电压的负序分量方均根值，U3表示三相电压的零序分量方均根值。
作为一种可选的实施例，第二确定子模块包括：第二运算单元，用于通过如下公式根据三相电的三向量确定三相电的不平衡度：
Figure GDA0002012334560000081
其中，L＝(a4+b4+c4)/(a2+b2+c2)2，ε2表示三相电的负序不平衡度，a、b、c为三相电的三向量。
作为一种可选的实施例，第二确定模块包括：获取子模块，用于获取三相网损的第一权重和不平衡度的第二权重；加权子模块，用于根据第一权重和第二权重对三相网损和不平衡度进行加权，得到最小化目标函数。
作为一种可选的实施例，第三确定模块包括：求解子模块，用于根据萤火虫算法求解最小化目标函数，得到补偿器件的器件参数。
实施例3
根据本发明实施例，提供了一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行实施例1中所述的三相负荷的调节方法。
实施例4
根据本发明实施例，提供了一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行实施例1中所述的三相负荷的调节方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种充电桩的三相负荷调节方法，其特征在于，包括
采集目标对象中三相电幅值和相位；
根据所述三相电的幅值和相位确定所述三相电的不平衡度；
根据配电网的三相网损和所述不平衡度确定最小化目标函数；
根据所述最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，所述充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，所述补偿装置包括所述补偿器件；
其中，根据所述三相电的幅值和相位确定所述三相电的不平衡度，包括：根据所述三相电的幅值和相位通过对称分量法得到所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量；根据所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定所述三相电的不平衡度；
其中，根据所述最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，包括：根据萤火虫算法求解所述最小化目标函数，得到所述补偿器件的器件参数；
其中，根据所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定所述三相电的不平衡度，包括：通过如下公式根据所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定所述三相电的不平衡度：
Figure FDA0003027463390000011
其中，εu2和εu0表示所述三相电不平衡度，U1表示三相电压的正序分量方均根值，U2表示三相电压的负序分量方均根值，U3表示三相电压的零序分量方均根值；
其中，通过下式根据配电网的三相网损和所述不平衡度确定最小化目标函数：
minαEloss+βε；
其中，Eloss为所述三相网损，ε为所述不平衡度，α，β分别为权重系数，α≥0，β≤0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述三相电的幅值和相位确定所述三相电的不平衡度，包括：
通过如下公式根据所述三相电的三向量确定所述三相电的不平衡度：
Figure FDA0003027463390000021
其中，L＝(a4+b4+c4)/(a2+b2+c2)2，ε2表示所述三相电的负序不平衡度，a、b、c为所述三相电的三向量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据配电网的三相网损和所述不平衡度确定最小化目标函数，包括：
获取所述三相网损的第一权重和所述不平衡度的第二权重；
根据所述第一权重和所述第二权重对所述三相网损和所述不平衡度进行加权，得到所述最小化目标函数。
4.一种充电桩的三相负荷调节装置，其特征在于，包括
采集模块，用于采集目标对象中三相电幅值和相位；
第一确定模块，用于根据所述三相电的幅值和相位确定所述三相电的不平衡度；
第二确定模块，用于根据配电网的三相网损和所述不平衡度确定最小化目标函数；
第三确定模块，用于根据所述最小化目标函数确定补偿器件的器件参数，其中，所述充电桩的不平衡部位设置有补偿装置，所述补偿装置包括所述补偿器件；
其中，所述第一确定模块包括：第一确定子模块，用于根据所述三相电的幅值和相位通过对称分量法得到所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量；
第二确定子模块，用于根据所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定所述三相电的不平衡度；
其中，所述第三确定模块还用于根据萤火虫算法求解所述最小化目标函数，得到所述补偿器件的器件参数；
其中，所述第二确定子模块包括：第二运算单元，用于通过如下公式根据所述三相电的正序分量、负序分量和零序分量确定所述三相电的不平衡度：
Figure FDA0003027463390000031
其中，εu2和εu0表示所述三相电不平衡度，U1表示三相电压的正序分量方均根值，U2表示三相电压的负序分量方均根值，U3表示三相电压的零序分量方均根值；
其中，所述第二确定模块用于通过下式根据配电网的三相网损和所述不平衡度确定最小化目标函数：
minαEloss+βε；
其中，Eloss为所述三相网损，ε为所述不平衡度，α，β分别为权重系数，α≥0，β≤0。
5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至3中任意一项所述的三相负荷的调节方法。
6.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至3中任意一项所述的三相负荷的调节方法。
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