CN111525575B - 一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，包括首先采集输入侧与负载侧的电压、电流数据，通过提出的节能优化算法计算稳压节能收益与谐波抑制节能收益，同时考虑电能回馈进而计算优化节能收益；然后以优化节能收益最大化为目标，求解稳压节能与谐波抑制节能的最优补偿量，并以最优补偿量作为补偿信号发送至串联和并联电力电子变换器进行相应的补偿。本发明基于电能回馈原理综合考虑了稳压节能与谐波抑制节能两种方法的协调控制，相比于仅考虑一种节能方式的传统节能方法，具有更好的节能效果和工程实用价值。

Description

一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法

技术领域

本发明涉及节能控制技术领域，尤其是一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法。

背景技术

随着我国社会经济不断发展，对电能的需求也越来越大，因此保障电能安全稳定的运输也越发重要。然而相对于发达国家而言，我国电网网损相对较高，严重损害了社会经济效益，降低了电力资源的利用率。因此降低网络损耗、探究有效的节能手段对于提高经济效益、实现可持续发展具有重要意义。

针对配电网节能降耗的方法，国内外学者开展了大量工作。经过对现有技术文献的检索发现，文献《以降低网损为基础的全网节能优化方法的研究》（任晓俊. 以降低网损为基础的全网节能优化方法的研究[C]. 中国电力科学研究院有限公司、国网电投（北京）科技中心、《电子技术应用》杂志社，2017:390-395.）采用低压集中无功补偿的方式，通过改善线路功率因数从而实现节能。文献《基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法》（宋朋勋,郝丽丽,楼伯良,马骏超,黄弘扬,陆承宇,王朝明.基于配电网节能降损协调优化的电压控制方法[J].电力电容器与无功补偿,2019,40(02):101-107.）根据负荷与网损的电压特征，通过电压稳定控制的方式实现配电网的节能降耗。文献《大功率整流系统谐波功率特性及节能分析》（徐卉.大功率整流系统谐波功率特性及节能分析[J].黑龙江科技信息,2016(33):111.）对谐波功率特性加以分析，探究了其在节能降耗方面的应用。上述文献只考虑从单一方面进行电能治理节能，没有从多角度考虑综合电能治理节能，节能降耗的效益有待提高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，在出现电压波动和谐波的情况下同时考虑电能质量治理节能和电能回馈节能，设计了一种优化算法得到最优补偿量进行补偿，最大程度实现了该情况下的节能效果。

为实现上述的目的，本发明的技术方案为：一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其适用于含有串联电力电子变换器和并联电力电子变换器的节能设备，包括以下步骤：

步骤1，采集变压器低压侧与负载侧的电压、电流值；

步骤2，通过优化算法计算得到最优的补偿量，最优的补偿量包括最优补偿电压值和最优谐波补偿电流分量；

步骤3，将最优的补偿量作为补偿信号发送至串联与并联电力电子变换器进行相应的补偿；

步骤4，节能设备的串联和并联的电力电子变换器根据接收到的补偿信号进行相应的补偿，达到节能效果。

所述的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其中，所述优化算法包括以下步骤：

（1）计算串联稳压节能的收益，其计算公式为：

△P _CVR=P(U ₀, i )－P(U ₀, i,U _d ,γ)，

式中，△P _CVR为稳压节能功率，P(U ₀, i )为稳压前的系统损耗功率，其中U ₀ 为采集到的负载侧电压，i为负载侧电流，P(U ₀, i,U _d ,γ)为稳压后的系统损耗功率，U _d为计算差值，表征实时负载侧电压与目标电压的差值，γ为稳压系数，为实际补偿的电压差值与计算差值之比；

（2）计算并联谐波抑制的收益，其计算公式为：

△P _hs=P(U ₀,i )－P(U ₀,i, λ,i _d ) ，

式中，△P _hs为谐波抑制节能功率，P(U ₀,i, λ,i _d )为谐波补偿后系统损耗功率，其中λ为谐波频率补偿阈值，表征由谐波补偿策略确定的所需补偿的最高谐波次数，实际补偿时考虑补偿[3,λ]范围内的奇次谐波，

为谐波补偿电流分量；

（3）计算优化节能收益函数，其计算公式为：

，

式中，W为节能优化指数，

为串联电力电子变换器实现稳压补偿所消耗的功率，

为并联电力电子变换器实现谐波抑制节能所消耗的功率；

（4）求解稳压系数γ、谐波频率补偿阈值λ、谐波补偿电流分量

所对应的最优补偿参数

、

、

，使步骤（3）中节能优化指数W取得最大值；

（5）基于步骤（4）的最优补偿参数，得到最优补偿电压U _c ^*=

U _d以及最优谐波补偿电流分量

，实现节能效果最大化。

所述的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其中，所述步骤（1）中计算差值U _d 的计算方法公式为：

U _d =U ₀ － U _t ，

式中，U _t 为调整的目标电压值，可参考但不限于负载的额定工作电压值。

所述的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其中，所述步骤（2）中谐波补偿电流分量

的计算公式为：

，

式中，i _2n+1为负载侧电流i的第2n+1次谐波分量。

有益效果：本发明在出现电压波动和谐波的情况下同时考虑电能质量治理节能和电能回馈节能，设计了一种优化算法得到最优补偿量进行补偿，最大程度实现了该情况下的节能效果；经优化算法计算得到最优补偿电压值，并将其作为补偿信号发送至串联电力电子变换器；由上述优化算法计算谐波频率补偿阈值，针对需要滤除的谐波频率计算谐波补偿电流分量，并向并联电力电子变换器发送相应的补偿信号，所以在进行协调控制的时候，考虑节能设备电力电子变换器实现功率平衡，串联和并联电力电子变换器形成电能回馈回路，同时减少了治理电能质量时所需耗能。此外，由于该方法在治理电压波动和谐波两种电能质量问题的同时考虑电能回馈节能，所以能够有效降低了用户侧的电能损耗，具有很强的实际应用背景和工程价值。

附图说明

图1是本发明的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法流程图。

图2是使用本发明的控制方法框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明公开了一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其适用于含有串联电力电子变换器、并联电力电子变换器的节能设备，并联电力电子变换器并接在主电路配电变压器低压侧出口处且与串联电力电子变换器相连，串联电力电子变换器通过耦合变压器与负载串接。

如图1和2所示，本发明公开了一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，包括以下步骤：

步骤1，采集变压器低压侧与负载侧的电压、电流值；

步骤2，通过优化算法计算得到最优的补偿量，最优的补偿量包括最优补偿电压值和最优谐波补偿电流分量；

步骤3，将最优的补偿量作为补偿信号发送至串联与并联电力电子变换器进行相应的补偿；

步骤4，节能设备的串联和并联的电力电子变换器根据接收到的补偿信号进行相应的补偿，达到节能效果。

所述的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其中，所述优化算法包括以下步骤：

（1）计算串联稳压节能的收益，其计算公式为：

△P _CVR=P(U ₀, i )－P(U ₀, i,U _d ,γ)，

式中，△P _CVR为稳压节能功率，P(U ₀, i )为稳压前的系统损耗功率，其中U ₀ 为采集到的负载侧电压，i为负载侧电流，P(U ₀, i,U _d ,γ)为稳压后的系统损耗功率，U _d为计算差值，表征实时负载侧电压与目标电压的差值，γ为稳压系数，为实际补偿的电压差值与计算差值之比；

（2）计算并联谐波抑制的收益，其计算公式为：

△P _hs=P(U ₀,i )－P(U ₀,i, λ,i _d )，

式中，△P _hs为谐波抑制节能功率，P(U ₀,i, λ,i _d )为谐波补偿后系统损耗功率，其中λ为谐波频率补偿阈值，表征由谐波补偿策略确定的所需补偿的最高谐波次数，实际补偿时考虑补偿[3,λ]范围内的奇次谐波，

为谐波补偿电流分量；

（3）计算优化节能收益函数，其计算公式为：

，

式中， W为节能优化指数，

为串联电力电子变换器实现稳压补偿所消耗的功率，

为并联电力电子变换器实现谐波抑制节能所消耗的功率；

（4）采用遍历方法在区间[0，1]上求解稳压系数γ、在区间[3,11]上求解谐波频率补偿阈值λ与谐波补偿电流分量

所对应的最优补偿参数

、

、

，使步骤（3）中节能优化指数W取得最大值；

（5）基于步骤（4）的最优补偿参数，得到最优补偿电压U _c ^*=

U _d以及最优谐波补偿电流分量

，实现节能效果最大化。

所述的一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其中，所述步骤（1）中计算差值U _d 的计算方法公式为：

U _d =U ₀ － U _t ，

式中，U _t 为调整的目标电压值，可参考但不限于负载的额定工作电压值。

所述的一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其中，所述步骤（2）中谐波补偿电流分量

的计算公式为：

，

式中，i _2n+1为负载侧电流i的第2n+1次谐波分量。

本发明总体包括两部分；分别是稳压节能方法和谐波抑制节能方法，其中稳压节能方法是通过采集变压器低压侧与负载侧的电压、电流值，与电压目标值进行对比，经优化算法计算得到最优补偿电压值，并将其作为补偿信号发送至串联电力电子变换器实现稳压节能控制；所述谐波抑制方法通过采集负载的电流，由上述优化算法计算谐波频率补偿阈值，针对需要滤除的谐波频率计算谐波补偿电流分量，并向并联电力电子变换器发送相应的补偿信号，将幅值相同、极性相反的谐波补偿电流分量输入负载侧，实现谐波抑制节能控制。此外，在进行协调控制的时候，考虑节能设备电力电子变换器实现功率平衡，串联和并联电力电子变换器形成电能回馈回路，同时减少了治理电能质量时所需耗能，达到节能的目的。

以上对本发明所提供的一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法进行了详细介绍，本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

以上是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，不付出创造性劳动对本发明技术方案的修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其特征在于，适用于含有串联电力电子变换器和并联电力电子变换器的节能设备，包括以下步骤：

步骤1，采集变压器低压侧与负载侧的电压、电流值；

步骤2，通过优化算法计算得到最优的补偿量，最优的补偿量包括最优补偿电压值和最优谐波补偿电流分量；

步骤3，将最优的补偿量作为补偿信号发送至串联与并联电力电子变换器进行相应的补偿；

步骤4，节能设备的串联和并联的电力电子变换器根据接收到的补偿信号进行相应的补偿，达到节能效果；

其中，所述优化算法包括以下步骤：

（1）计算串联稳压节能的收益，其计算公式为：

△P _CVR=P(U ₀, i )－P(U ₀, i,U _d ,γ)，

式中，△P _CVR为稳压节能功率，P(U ₀, i )为稳压前的系统损耗功率，其中U ₀ 为采集到的负载侧电压，i为负载侧电流，P(U ₀, i,U _d ,γ)为稳压后的系统损耗功率，U _d为计算差值，表征实时负载侧电压与目标电压的差值，γ为稳压系数，为实际补偿的电压差值与计算差值之比；

（2）计算并联谐波抑制的收益，其计算公式为：

△P _hs=P(U ₀,i )－P(U ₀,i, λ,i _d ) ，

式中，△P _hs为谐波抑制节能功率，P(U ₀,i, λ,i _d )为谐波补偿后系统损耗功率，其中λ为谐波频率补偿阈值，表征由谐波补偿策略确定的所需补偿的最高谐波次数，实际补偿时考虑补偿[3,λ]范围内的奇次谐波，

为谐波补偿电流分量；

（3）计算优化节能收益函数，其计算公式为：

，

式中，W为节能优化指数，

为串联电力电子变换器实现稳压补偿所消耗的功率，

为并联电力电子变换器实现谐波抑制节能所消耗的功率；

（4）求解稳压系数γ、谐波频率补偿阈值λ、谐波补偿电流分量

所对应的最优补偿参数

、

、

，使步骤（3）中节能优化指数W取得最大值；

（5）基于步骤（4）的最优补偿参数，得到最优补偿电压U _c ^*=

U _d以及最优谐波补偿电流分量

，实现节能效果最大化。

2.根据权利要求1所述的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其特征在于，所述步骤（1）中计算差值U _d 的计算方法公式为：

U _d =U ₀ － U _t ，

式中，U _t 为调整的目标电压值，等于负载的额定工作电压值。

3.根据权利要求1所述的稳压节能与谐波抑制节能协调控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中谐波补偿电流分量

的计算公式为：

，

式中，i _2n+1为负载侧电流i的第2n+1次谐波分量。

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