CN110323767B - 一种配电台区不平衡治理方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电台区不平衡治理方法及治理方法，通过在配电变压器用户侧就地接入三相四线NPC三电平拓扑结构的不平衡治理装置，一方面采集用户侧负荷电流信息并进行负序/零序电流补偿，另一方面采用网侧电压/频率信息，根据电网频率波动自主产生有功支撑，参与系统一次调频。本发明所提出的配电台区不平衡治理装备与控制方案实现了对台区不平衡电流中的负序和零序电流的补偿，同时可自主响应电网频率波动，灵活方便。

Description

一种配电台区不平衡治理方法、系统及存储介质
技术领域
本发明属于电力治理技术领域，尤其涉及一种配电台区不平衡治理方法及系统。
背景技术
我国农村地域广阔、电力用户众多且较分散，存在大量的时空分布不平衡的单相负荷，导致多数配电台区存在不同程度的三相负荷不平衡问题。三相负荷不平衡对配电台区的影响主要包括：1)造成配电变压器和线路损耗增加；2)配电台区中重载相的供电电压质量大大下降；3)造成配电变压器的出力降低，电能转换效率下降；4)三相负荷不平衡运行造成配电变压器零序电流增大，引起的涡流损耗使得配电变压器运行温度升高，危机其安全与寿命。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种配电台区不平衡治理方法及系统，能够有效对台区不平衡电流中的负序和零序电流进行补偿，同时可自主响应电网频率波动。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
第一方面，提供了一种配电台区不平衡治理方法及治理方法，包括如下步骤：
对采集到的电网电压、负荷电流以及逆变器的输出电流进行正、负序分离；
对正、负序分离后的电网电压进行锁相、锁频得到正、负序电网电压的相位及频率；
根据正、负序电网电压相位对正、负序逆变器输出电流进行派克变换得到变换后的正、负序逆变器输出电流；
根据负序电网电压相位对负序负荷电流进行派克变换得到变换后的负序负荷电流；
根据电网正序电压频率经过计算得到正序有功电流；
根据正序有功电流、经派克变换后的正序逆变器输出电流得到正序电流控制信号；
根据经派克变换后的负序负荷电流以及负序逆变器输出电流得到负序电流控制信号；
根据采集到的直流侧分压电容电压得到零序参考电流；
根据零序参考电流和采集到的中线电流得到零序电流调制信号；
根据正序电流控制信号、负序电流控制信号以及零序电流调制信号得到逆变器功率控制信号。
结合第一方面，进一步的，通过式(1)计算得到正序有功电流，式(1)如下：
iLdref+＝[fn-fg+]·Dp(1)
其中，fn为额定电网频率，Dp为正序有功电流下垂系数，fg+为正序电网电压频率。
由此，根据电网频率波动自主产生有功支撑，参与系统一次调频，自主响应电网频率波动。
结合第一第一方面，进一步的，根据分压电容电压得到零序参考电流具体为：
通过式(2)计算得到零序有功参考电流i0ref，式(2)如下：
Figure BDA0002152153700000021
式中：Kp为均压控制模块中比例调节因子，Ki为均压控制模块中的积分调节因子，ωo为均压控制模块中的谐振角频率因子，s为拉普拉斯算子，UDC1、UDC2分别为直流侧两个分压电容电压。
第二方面，提供了一种配电台区不平衡治理系统，包括：
计算模块：用于对采集到的电网电压、负荷电流以及逆变器的输出电流进行正、负序分离；
对正、负序分离后的电网电压进行锁相、锁频得到正、负序电网电压的相位及频率；
根据正、负序电网电压相位对正、负序逆变器输出电流进行派克变换得到变换后的正、负序逆变器输出电流；
根据负序电网电压相位对负序负荷电流进行派克变换得到变换后的负序负荷电流；
根据电网正序电压频率经过计算得到正序有功电流；
控制模块：
用于根据正序有功电流、经派克变换后的正序逆变器输出电流得到正序电流控制信号；
根据经派克变换后的负序负荷电流以及负序逆变器输出电流得到负序电流控制信号；
根据零序参考电流和采集到的中线电流得到零序电流调制信号；
根据正序电流控制信号、负序电流控制信号以及零序电流调制信号得到逆变器功率控制信号。
结合第二方面，进一步的，所述计算模块还包括正序有功电流计算模块：
用于根据电网正序电压频率计算得到正序有功电流，具体为：
通过式(1)计算得到正序有功电流，式(1)如下：
iLdref+＝[fn-fg+]·Dp (1)
其中，fn为额定电网频率，Dp为正序有功电流下垂系数，fg+为正序电网电压频率。
结合第二方面，进一步的，所述计算模块包括分压电容电压计算模块：
用于根据分压电容电压计算得到零序参考电流，具体为：
通过式(2)计算得到零序有功参考电流i0ref，式(2)如下：
Figure BDA0002152153700000031
式中：Kp为均压控制模块中比例调节因子，，Ki为均压控制模块中的积分调节因子，ωo为均压控制模块中的谐振角频率因子，s为拉普拉斯算子，UDC1、UDC2分别为直流侧两个分压电容电压。
第三方面，提供一种配电台区不平衡治理系统，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面任一项所述方法的步骤。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
有益效果：本发明通过在配电变压器用户侧就地接入三相四线NPC三电平拓扑结构的不平衡治理装置，一方面采集用户侧负荷电流信息并进行负序/零序电流补偿，另一方面采用网侧电压/频率信息，根据电网频率波动自主产生有功支撑，参与系统一次调频。本发明所提出的配电台区不平衡治理装备与控制方案实现了对台区不平衡电流中的负序和零序电流的补偿，同时可自主响应电网频率波动，适应能力更强。
附图说明
图1为本发明的整体结构控制框图；
图2为本发明中仿真时三相入网电流和三相负荷电流波形图；
图3为本发明中仿真时不对称负荷电流和入网电流负序分量波形图；
图4位本发明中仿真时不对称负荷零序电流和入网电流零序分量波形图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
本发明的配电台区不平衡治理方法主要是基于三相四线NPC三电平拓扑结构的，对于降低配电台区三相负荷不平衡度，提高配电台区经济运行水平和供电电压质量具有重要的理论意义和实用价值。
图1所示的是本发明的整体控制框图，包括：包含储能电池在内的三相四线NPC三电平逆变器主电路1、1个用于测量负荷电流模块2、1个用于测量逆变器输出电流模块3、1个用于测量电网电压模块4、1个中线电流采集模块5、1个直流电容电压采集模块6、第一7、二8、三正负序分离模块9，第一10、二派克变换模块11、1个电网电压锁相/频模块12、1个正序有功电流计算模块13、1个负序电流控制模块14、1个正序电流控制模块15、1个直流电压均压控制模块16、1个零序电流控制模块17、1个调制波生成及脉宽调制模块18。
该不平衡治理方法主要实施过程描述如下：
将采样获得的电网电压ugABC(电压采集模块4采集)、负荷电流ioABC、逆变器输出电流iLABC分别送入第一正负序分离模块7、第二正负序分离模块8、第三正负序分离模块9计算获得相应的正、负序电网电压ugABC+、ugABC-、负荷电流正、负序分量ioABC+、ioABC-以及逆变器输出电流正、负序分量iLABC+、iLABC-。将正、负序电网电压ugABC+、ugABC-送入锁相锁频模块12获得正负序电网电压相位θg+、θg-及正序电网电压频率fg+。
将获得的正、负序电网电压相位θg+、θg-以及负荷电流正、负序分量iLABC+、iLABC-送入第二派克变换模块11进行派克变换获得到其变换后的正、负序电流iLdq+、iLdq-，将负序电网电压相位θg-以及负荷电流负序分量ioABC-送入第一派克变换模块10获得负荷电流变换后的负序电流iodq-，将正序电网电压频率fg+送入正序有功电流计算模块13获得正序有功电流指令iLdref+，将正序有功电流iLdref+、给定的电流iLqref+(可以给定指令0或者由上层无功调度指令送入)、负荷电流正序分量经派克变换后的正序电流iLdq+送入正序电流控制模块15获得正序电流调制信号M+，将经派克变换后的负荷电流负序分量iodq-、负荷电流负序分量经派克变换后的负序电流iLdq-送入负序电流控制模块14获得负序电流调制信号M-，通国直流电容电压采集模块6采集直流侧的两个分压电容的电压UDC1UDC2并送入直流电压均压控制模块获得零序电流参考指令i0ref，将序电流参考指令i0ref和中线电流采集模块5采集到得的中线电流i0送入零序电流控制模块17获得零序电流调制信号M0，最后将M+M-M0送入逆变器调制波生成及脉宽调制模块18获得产生控制逆变器功率开关的控制信号D。
其中，正序有功电流计算公式如式(1)所示：
iLdref+＝[fn-fg+]·Dp (1)
式中：fn为额定电网频率，Dp为正序有功电流下垂系数。
零序电流参考指令i0ref计算公式如(2)所示
Figure BDA0002152153700000041
式中：Kp为均压控制模块中比例调节因子，Ki为均压控制模块中的积分调节因子，ωo为均压控制模块中的谐振角频率因子，s为拉普拉斯算子。
本发明实施例提供的配电台区不平衡治理系统，可用于加载上述配电台区不平衡治理方法，包括：
计算模块：用于对采集到的电网电压、负荷电流以及逆变器的输出电流进行正、负序分离；
对正、负序分离后的电网电压进行锁相、锁频得到正、负序电网电压的相位及频率；
根据正、负序电网电压相位对正、负序逆变器输出电流进行派克变换得到变换后的正、负序逆变器输出电流；
根据负序电网电压相位对负序负荷电流进行派克变换得到变换后的负序负荷电流；
根据电网正序电压频率经过计算得到正序有功电流；
控制模块：
用于根据正序有功电流、经派克变换后的正序逆变器输出电流得到正序电流控制信号；
根据经派克变换后的负序负荷电流以及负序逆变器输出电流得到负序电流控制信号；
根据零序参考电流和采集到的中线电流得到零序电流调制信号；
根据正序电流控制信号、负序电流控制信号以及零序电流调制信号得到逆变器功率控制信号。
具体而言，计算模块还包括正序有功电流计算模块：
用于根据电网正序电压频率计算得到正序有功电流，具体为：
通过式(1)计算得到正序有功电流，式(1)如下：
iLdref+＝[fn-fg+]·Dp (1)
其中，fn为额定电网频率，Dp为正序有功电流下垂系数，fg+为正序电网电压频率。
所述计算模块还包括分压电容电压计算模块：
用于根据分压电容电压计算得到零序参考电流，具体为：
通过式(2)计算得到零序有功参考电流i0ref，式(2)如下：
Figure BDA0002152153700000051
式中：Kp为均压控制模块中比例调节因子，，Ki为均压控制模块中的积分调节因子，ωo为均压控制模块中的谐振角频率因子，s为拉普拉斯算子，UDC1、UDC2分别为直流侧两个分压电容电压。
本发明还提供了一种配电台区不平衡治理系统，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述配电台区不平衡治理方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行前述配电台区不平衡治理方法的步骤。
为说明本发明的正确性和可行性，对所提出的基于三相四线NPC三电平拓扑的配电台区不平衡治理装置及其控制方法进行了仿真实验验证，其中初始时刻：配电台区接入的三相负荷分别为满载、空载和空载，0.2s时有一相空载切为满载，各信号波形如图2所示。
图2给出了上述仿真条件下，三相入网电流波形(上)和三相负荷电流(下)波形；图3给出了上述仿真条件下，不对称负荷负序电流(上)和入网电流负序分量波形(下)，图4给出了上述仿真条件下，不对称负荷零序电流(上)和入网电流零序分量波形(下)，波形显示：不对称负荷突变前后，在本专利所提出的不平衡治理装置控制下，入网电流均保持良好的三相对称。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种配电台区不平衡治理方法，其特征在于，包括：
对采集到的电网电压、负荷电流以及逆变器的输出电流进行正、负序分离；
对正、负序分离后的电网电压进行锁相、锁频得到正、负序电网电压的相位及频率；
根据正、负序电网电压相位对正、负序逆变器输出电流进行派克变换得到变换后的正、负序逆变器输出电流；
根据负序电网电压相位对负序负荷电流进行派克变换得到变换后的负序负荷电流；
根据电网正序电压频率经过计算得到正序有功电流，具体为：通过式(1)计算得到正序有功电流，式(1)如下：
iLdref+＝[fn-fg+]·Dp (1)
其中，fn为额定电网频率，Dp为正序有功电流下垂系数，fg+为正序电网电压频率；
根据正序有功电流、经派克变换后的正序逆变器输出电流得到正序电流控制信号；
根据经派克变换后的负序负荷电流以及负序逆变器输出电流得到负序电流控制信号；
根据采集到的直流侧分压电容电压得到零序参考电流，具体为通过式(2)计算得到零序参考电流i0ref，式(2)如下：
Figure FDA0002588905070000011
式中：Kp为均压控制模块中比例调节因子，Ki为均压控制模块中的积分调节因子，ωo为均压控制模块中的谐振角频率因子，s为拉普拉斯算子，UDC1、UDC2分别为直流侧两个分压电容电压；
根据零序参考电流和采集到的中线电流得到零序电流调制信号；
根据正序电流控制信号、负序电流控制信号以及零序电流调制信号得到逆变器功率控制信号。
2.一种配电台区不平衡治理系统，其特征在于，包括：
计算模块：用于对采集到的电网电压、负荷电流以及逆变器的输出电流进行正、负序分离；
对正、负序分离后的电网电压进行锁相、锁频得到正、负序电网电压的相位及频率；
根据正、负序电网电压相位对正、负序逆变器输出电流进行派克变换得到变换后的正、负序逆变器输出电流；
根据负序电网电压相位对负序负荷电流进行派克变换得到变换后的负序负荷电流；
根据电网正序电压频率经过计算得到正序有功电流；
控制模块：
用于根据正序有功电流、经派克变换后的正序逆变器输出电流得到正序电流控制信号；
根据经派克变换后的负序负荷电流以及负序逆变器输出电流得到负序电流控制信号；
根据零序参考电流和采集到的中线电流得到零序电流调制信号；
根据正序电流控制信号、负序电流控制信号以及零序电流调制信号得到逆变器功率控制信号；
所述计算模块包括正序有功电流计算模块：
用于根据电网正序电压频率计算得到正序有功电流，具体为：
通过式(1)计算得到正序有功电流，式(1)如下：
iLdref+＝[fn-fg+]·Dp (1)
其中，fn为额定电网频率，Dp为正序有功电流下垂系数，fg+为正序电网电压频率；
所述计算模块包括分压电容电压计算模块：
用于根据采集到的直流侧分压电容电压得到零序参考电流具体为，具体为：
通过式(2)计算得到零序有功参考电流i0ref，式(2)如下：
Figure FDA0002588905070000021
式中：Kp为均压控制模块中比例调节因子，Ki为均压控制模块中的积分调节因子，ωo为均压控制模块中的谐振角频率因子，s为拉普拉斯算子，UDC1、UDC2分别为直流侧两个分压电容电压。
3.一种配电台区不平衡治理系统，其特征在于：包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1所述方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。
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