CN110048433B

CN110048433B - 一种基于智能软开关的智能配电网控制方法

Info

Publication number: CN110048433B
Application number: CN201910439187.8A
Authority: CN
Inventors: 由蕤
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: CN110048433A

Abstract

本申请涉及一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，对配置为控制有功功率流动的一侧变换器进行控制，包括：根据变换器流过有功功率目标值和实际值的差值，获得变换器的有功电流目标值；根据变换器输出无功功率目标值和实际值的差值，获得变换器的无功电流目标值；获取电网三相电压的相位信息，求得变换器三相电流目标值；根据负载侧三相电流实际值对变换器三相电流目标值进行补偿，获得变换器三相电流最终目标值；根据变换器三相电流最终目标值与变换器三相电流实际值的差值，控制变换器开关管的通断。本申请可以对电网负载电流不平衡进行补偿，使得该侧电网三相电压之间趋向平衡。

Description

一种基于智能软开关的智能配电网控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种基于智能软开关的智能配电网控制方法。

背景技术

目前，面向配电层面的智能软开关SOP(Soft Open Point)技术正引发新一轮的研究热潮。SOP技术旨在以可控电力电子变换器代替传统基于断路器的馈线联络开关，从而实现馈线间常态化柔性“软连接”，能够提供灵活、快速、精确的功率交换控制与潮流优化能力。

SOP的基本结构可以通过由大功率全控型电力电子元件(如绝缘栅双极型晶体管IGBT等)组成的背靠背型AC/DC/AC变换器来描述，图1示出了典型的SOP结构，其中，VSC1、VSC2为电压源变换器。一般来说，SOP两侧变换器在结构上完全对称，通过实施适当的控制策略，可按照调度指令实现功率的双向灵活流动与精确控制。采用SOP代替配电网中的联络开关后，能够通过控制两侧馈线的功率交换来影响或改变整个系统的潮流分布，使配电网的运行调度更加“柔性”。

图2示出了通过SOP代替传统联络开关的配电网的典型应用，与基于联络开关的常规网络连接方式相比，SOP实现了馈线间常态化柔性互联，避免了开关频繁变位造成的安全隐患，大大提高了配电网控制的灵活性和快速性，使配电网同时具备了开环运行与闭环运行的优势。

由于配电网中的负载很难达到平衡，因此，SOP两侧的电压是不平衡的，目前的解决方案是通过SOP模块其中一侧变换器控制直流母线电压稳定，通过SOP模块另一侧变换器控制流动的有功功率，实现对SOP模块两侧电压的趋近调整，即对一侧的三相电压同步减小，对另一侧的三相电压同步增大，使两侧电压趋向相同，但这种控制策略只能对两侧的三相电压进行同步调大或者调小，每一侧三相电压之间的不平衡并没有被治理。三相电压不平衡会增加线路的电能损耗，增加配电变压器的电能损耗，影响用电设备的安全运行。

因此，在满足SOP模块两侧的电压平衡的前提下，实现三相电压之间的平衡，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，解决了现有技术中SOP模块单侧的三相电压之间不平衡的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，对配置为控制有功功率流动的一侧变换器进行控制，包括：

根据变换器流过有功功率目标值和实际值的差值，获得变换器的有功电流目标值；

根据变换器输出无功功率目标值和实际值的差值，获得变换器的无功电流目标值；

获取电网三相电压的相位信息，根据电网三相电压的相位信息将有功电流目标值和无功电流目标值由dq轴变换至abc轴，求得变换器三相电流目标值；

根据负载侧三相电流实际值对变换器三相电流目标值进行补偿，获得变换器三相电流最终目标值；

根据变换器三相电流最终目标值与变换器三相电流实际值的差值，控制变换器开关管的通断。

可选地，所述获取电网三相电压的相位信息，包括：提取电网电压的正序分量，经锁相环锁相后获得电网三相电压的相位信息。

可选地，所述根据负载侧三相电流实际值对变换器三相电流目标值进行补偿，获得变换器三相电流最终目标值，包括：

获取负载侧三相电流实际值；

根据电网三相电压的相位信息对负载侧三相电流实际值进行abc轴至dq轴的变换，再经过低通滤波和PI调节，获得变换器需要提供的补偿电流的dq轴分量；

根据电网三相电压的相位信息对补偿电流的dq轴分量进行dq轴至abc轴的坐标变换，获得三相补偿电流值；

根据三相补偿电流值和变换器三相电流目标值，获得变换器三相电流最终目标值。

可选地，所述根据电网三相电压的相位信息对负载侧三相电流实际值进行abc轴至dq轴的变换，包括：将电网三相电压的相位信息取反后，作为负载侧三相电流实际值由abc轴变换至dq轴的相位信息。

可选地，所述根据电网三相电压的相位信息对补偿电流的dq轴分量进行dq轴至abc轴的坐标变换，包括：将电网三相电压的相位信息取反后，作为补偿电流的dq轴分量由dq轴变换至abc轴的相位信息。

可选地，所述根据三相电流最终目标值与三相电流实际值的差值，控制变换器开关管的通断，包括：将三相电流最终目标值与三相电流实际值的差值通过滞环控制，将比较结果转换为变换器开关管门极信号，控制开关管的通断。

可选地，所述根据电网有功功率目标值和实际值的差值，获得变换器的有功电流目标值，包括：将电网有功功率目标值和实际值的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的有功电流目标值。

可选地，所述有功功率流动方向通过有功功率目标值的正负来控制。

可选地，所述根据变换器输出无功功率目标值和实际值的差值，获得变换器的无功电流目标值，包括：将变换器输出无功功率目标值和实际值的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的无功电流目标值。

本发明的有益效果是：

(1)可以对电网负载电流不平衡进行补偿，获得该侧变换器三相电流最终的目标值，使得该侧电网三相电流趋向平衡，进而使得该侧电网三相电压之间趋向平衡。

(2)保证电网的稳定性，提高供电质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为典型SOP结构示意图；

图2为采用SOP的配电网的结构示意图；

图3为基于智能软开关的智能配电网的一个可选实施结构示意图；

图4为本发明的基于智能软开关的智能配电网控制方法的原理框图；

图5为本发明的基于智能软开关的智能配电网控制系统的原理框图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

图3示出了基于智能软开关的智能配电网的一个可选实施结构。

V_1a、V_1b、V_1c为SOP模块变换器VSC1连接的其中一侧电网的三相电压，i_s1,a、i_s1,b、i_s1,c为变换器VSC1的三相电流，V_2a、V_2b、V_2c为SOP模块变换器VSC2连接的另一侧电网的三相电压，i_s2,a、i_s2,b、i_s2,c为变换器VSC2的三相电流，VSC控制器输出门极信号到VSC1和VSC2，控制开关管的通断。

图4示出了基于智能软开关的智能配电网控制方法的一个可选实施例。

该实施例中，SOP模块的其中一侧变换器VSC1配置为控制有功功率流动，SOP模块的另一侧变换器VSC2配置为控制直流母线电压，本公开实施例中，基于智能软开关的智能配电网控制方法对配置为控制有功功率流动的一侧变换器进行控制，对该侧电网负载电流不平衡进行补偿，进而使得该侧电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c之间趋向平衡。当然，在其他实施例中，也可以将SOP模块的变换器VSC2配置为控制有功功率流动，SOP模块的另一侧变换器VSC1配置为控制直流母线电压。

在一些实施例中，基于智能软开关的智能配电网控制方法，包括：根据变换器VSC1流过有功功率目标值P^*和实际值P的差值，获得变换器VSC1的有功电流目标值i_d ^*；根据变换器VSC1输出无功功率目标值Q^*和无功功率实际值Q的差值，获得变换器VSC1的无功电流目标值i_q ^*；获取电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息，根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息将有功电流目标值i_d ^*和无功电流目标值i_q ^*由dq轴变换至abc轴(帕克逆变换)，求得变换器VSC1三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*；根据负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c对VSC1三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*进行补偿，获得变换器VSC1三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*；根据变换器VSC1三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*与变换器VSC1三相电流实际值i_s1,a、i_s1,b、i_s1,c的差值，控制变换器VSC1开关管的通断。

例如，变换器VSC1配置为控制有功功率流动，对VSC1侧电网三相不平衡电压进行不平衡补偿，就在该侧电网负载侧Load1安装电流传感器，测其负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c，根据负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c对变换器VSC1三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*进行补偿，使得该侧电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c之间趋向平衡。

采用上述实施例，可以对该侧电网负载电流不平衡进行补偿，获得该侧变换器三相电流最终的目标值，使得该侧电网三相电流之间趋向平衡，进而使得该侧电网三相电压之间趋向平衡，保证电网的稳定性，提高供电质量。

可选地，上述根据负载侧三相电流实际值对变换器三相电流目标值进行补偿，获得变换器三相电流最终目标值，包括：获取负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c；根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息对负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c进行abc轴至dq轴的变换(帕克变换)，再经过低通滤波和PI调节，获得变换器需要提供的补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*；根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息对补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*进行dq轴至abc轴的坐标变换(帕克逆变换)，获得三相补偿电流值Δi_a ^*、Δi_b ^*、Δi_c ^*；根据三相补偿电流值Δi_a ^*、Δi_b ^*、Δi_c ^*和变换器三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*，获得变换器三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*。

可选地，上述获取电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息，包括：提取电网电压V_1a、V_1b、V_1c的正序分量，经锁相环PLL锁相后获得电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息。

可选地，上述根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息对负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c进行abc轴至dq轴的变换，包括：将电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息取反后，作为负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c由abc轴变换至dq轴的相位信息。

可选地，上述根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息对补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*进行dq轴至abc轴的坐标变换，包括：将电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息取反后，作为补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*由dq轴变换至abc轴的相位信息。

可选地，上述根据变换器三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*与变换器三相电流实际值i_s1,a、i_s1,b、i_s1,c的差值，控制变换器VSC1开关管的通断，包括：变换器三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*与变换器三相电流实际值i_s1,a、i_s1,b、i_s1,c的差值通过滞环控制，将比较结果转换为变换器VSC1开关管门极信号，控制开关管的通断。

可选地，上述根据电网有功功率目标值P^*和实际值P的差值，获得变换器的有功电流目标值i_d ^*，包括：将电网有功功率目标值P^*和实际值P的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的有功电流目标值i_d ^*。

可选地，有功功率流动方向可以通过有功功率目标值P^*的正负来控制，例如，P^*为正值表示控制有功功率从VSC1侧流向VSC2侧，P^*为负值表示控制有功功率从VSC2侧流向VSC1侧。

可选地，上述根据变换器输出无功功率目标值Q^*和无功功率实际值Q的差值，获得变换器的无功电流目标值i_q ^*，包括：将变换器无功功率目标值Q^*和无功功率实际值Q的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的无功电流目标值分量i_q ^*。

在另一些实施例中，本申请还提出了一种基于智能软开关的智能配电网控制系统，该系统对配置为控制有功功率流动的一侧变换器进行控制，对该侧电网负载电流不平衡进行补偿，进而使得该侧电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c之间趋向平衡。

在一些实施例中，如图5所示，基于智能软开关的智能配电网控制系统，包括：第一单元10，配置为根据变换器VSC1流过有功功率目标值P^*和实际值P的差值，获得变换器VSC1的有功电流目标值i_d ^*。第二单元20，配置为根据变换器VSC1输出无功功率目标值Q^*和无功功率实际值Q的差值，获得变换器VSC1的无功电流目标值i_q ^*。第三单元30，配置为获取电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息。第四单元40，配置为根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息将有功电流目标值i_d ^*和无功电流目标值i_q ^*由dq轴变换至abc轴(帕克逆变换)，求得变换器VSC1三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*。第五单元50，配置为根据负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c计算三相补偿电流值Δi_a ^*、Δi_b ^*、Δi_c ^*，用于对VSC1三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*进行补偿。第六单元60，配置为根据变换器三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*和三相补偿电流值Δi_a ^*、Δi_b ^*、Δi_c ^*，获得变换器VSC1三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*；根据变换器VSC1三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*与变换器VSC1三相电流实际值i_s1,a、i_s1,b、i_s1,c的差值，控制变换器VSC1开关管的通断。

例如，变换器VSC1配置为控制有功功率流动，对VSC1侧电网三相不平衡电压进行不平衡补偿，上述系统还包括在该侧电网负载侧Load1安装的电流传感器，测其负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c，根据负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c对变换器VSC1三相电流目标值i_a ^*、i_b ^*、i_c ^*进行补偿，使得该侧电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c之间趋向平衡。

可选地，上述系统通过有功功率目标值P^*的正负来控制有功功率流动方向，例如，P^*为正值表示控制有功功率从VSC1侧流向VSC2侧，P^*为负值表示控制有功功率从VSC2侧流向VSC1侧。

可选地，上述第一单元10包括：PI调节器和限幅模块，变换器流过有功功率目标值P^*和有功功率实际值P的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的有功电流目标值i_d ^*。

可选地，上述第二单元20包括：PI调节器和限幅模块，变换器输出无功功率目标值Q^*和无功功率实际值Q的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的无功电流目标值分量i_q ^*。

可选地，上述第三单元30包括：正序提取模块，配置为提取电网电压V_1a、V_1b、V_1c的正序分量；锁相环PLL，将电网电压V_1a、V_1b、V_1c的正序分量锁相后，获得电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息。

可选地，上述第五单元50包括：在负载侧安装的电流传感器，配置为获取负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c；第一变换单元51，配置为根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息对负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c进行abc轴至dq轴的变换(帕克变换)；低通滤波器和PI调节器，对第一变换单元51的输出信号进行低通滤波和PI调节，获得变换器需要提供的补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*；第二变换单元52，配置为根据电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息对补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*进行dq轴至abc轴的坐标变换(帕克逆变换)，获得三相补偿电流值Δi_a ^*、Δi_b ^*、Δi_c ^*。

可选地，上述第一变换单元51包括：将电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息取反后，作为负载侧三相电流实际值i_l1,a、i_l1,b、i_l1,c由abc轴变换至dq轴的相位信息。

可选地，上述第二变换单元52包括：将电网三相电压V_1a、V_1b、V_1c的相位信息取反后，作为补偿电流的dq轴分量i_ld ^*和i_lq ^*由dq轴变换至abc轴的相位信息。

可选地，上述第六单元60包括：滞环比较器，将变换器三相电流最终目标值i_s1,a ^*、i_s1,b ^*、i_s1,c ^*与变换器三相电流实际值i_s1,a、i_s1,b、i_s1,c的差值通过滞环控制，滞环比较器输出的比较结果转换为变换器VSC1开关管门极信号，控制开关管的通断。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，对配置为控制有功功率流动的一侧变换器进行控制，包括：

根据变换器流过有功功率目标值和有功功率实际值的差值，获得变换器的有功电流目标值；

根据变换器输出无功功率目标值和无功功率实际值的差值，获得变换器的无功电流目标值；

根据变换器三相电流最终目标值与变换器三相电流实际值的差值，控制变换器开关管的通断；

所述根据负载侧三相电流实际值对变换器三相电流目标值进行补偿，获得变换器三相电流最终目标值，包括：

获取负载侧三相电流实际值；

2.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述获取电网三相电压的相位信息，包括：提取电网电压的正序分量，经锁相环锁相后获得电网三相电压的相位信息。

3.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述根据电网三相电压的相位信息对负载侧三相电流实际值进行abc轴至dq轴的变换，包括：将电网三相电压的相位信息取反后，作为负载侧三相电流实际值由abc轴变换至dq轴的相位信息。

4.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述根据电网三相电压的相位信息对补偿电流的dq轴分量进行dq轴至abc轴的坐标变换，包括：将电网三相电压的相位信息取反后，作为补偿电流的dq轴分量由dq轴变换至abc轴的相位信息。

5.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述根据三相电流最终目标值与三相电流实际值的差值，控制变换器开关管的通断，包括：将三相电流最终目标值与三相电流实际值的差值通过滞环控制，将比较结果转换为变换器开关管门极信号，控制开关管的通断。

6.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述根据电网有功功率目标值和有功功率实际值的差值，获得变换器的有功电流目标值，包括：将电网有功功率目标值和有功功率实际值的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的有功电流目标值。

7.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述有功功率流动方向通过有功功率目标值的正负来控制。

8.如权利要求1所述的一种基于智能软开关的智能配电网控制方法，其特征在于，

所述根据变换器输出无功功率目标值和无功功率实际值的差值，获得变换器的无功电流目标值，包括：将变换器输出无功功率目标值和无功功率实际值的差值送入PI调节器，PI调节器输出信号通过限幅模块后，获得变换器的无功电流目标值。