CN111525584B - 基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其包括以下步骤：每电能质量治理周期内首先通过电能质量检测模块判定配用电系统是否需要进行电能质量治理，若是，则通过电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值，再通过节能量最大化模块得到并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值，通过补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅，最后将预设补偿电压值和限幅后的补偿电流值分别作为串、并联电力电子变换装置控制信号。本发明采用节能量最大化算法，在从电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理等层面对系统电能质量进行优化治理，从而达到智能节电的目标，并且利于工程实现。

Description

基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法
技术领域
本发明属于智能节电技术领域，具体涉及一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法。
背景技术
节电技术是指采取先进的技术手段来实现节约电能的目的。具体可理解为，根据用电情况，分析能耗现状，找出电能浪费的节电空间，然后依此采取对应的措施减少电能浪费，达到节约电能的目的。近年来国民经济迅速发展，我国的电力能源在各省市地区反应出供电紧张的现象。因此，节约能源是我国的重要政策，研究配用电系统智能节电技术对我国电力行业具有重要意义。
节电技术主要包含功率因数补偿技术、闭环控制技术、能量回馈技术、相控调功技术、稳压调流技术、电能质量治理技术等。其中电能质量治理技术包含电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理等方面。
经对现有技术的文献检索发现，电能质量治理策略研究（邓恒，殷波，查晓明. 综合电能质量控制器[J]. 电网技术，2002(11):80-83.）讨论了综合电能质量控制器的电能质量优化原理。该控制器能满足大容量综合补偿的要求。并联滤波器补偿负序电流和谐波电流，串联滤波器补偿谐波电压和不对称电压。然而，该方法忽略了控制器自身容量限制，并没有考虑到控制器无法满足所有电能质量治理需求的情况，同时，也没有衡量电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理这四个不同电能质量治理层面对节能效果的影响。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目是解决上述现有技术中存在的不足之处，一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其适用于由串联电力电子变换装置及并联电力电子变换装置组成的电能质量优化治理的配用电系统中，采用节能量最大化算法，在从电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理等层面对系统电能质量进行优化治理，从而达到智能节电的目标。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，适用于由串联电力电子变换装置及并联电力电子变换装置组成的电能质量优化治理的配用电系统中，包括以下步骤：每电能质量治理周期内首先通过电能质量检测模块判定配用电系统是否需要进行电能质量治理，若否，等待进入下一电能质量治理周期；若是，则通过电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值；再通过节能量最大化模块得到并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值；通过补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅；最后将预设补偿电压值和限幅后的补偿电流值分别作为串、并联电力电子变换装置控制信号。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述判定配用电系统是否需要进行电能质量治理是指，电能质量治理周期内采集变压器出口侧三相电压与电流、负载侧三相电压与电流，进行电能质量的检测；若该电能质量治理周期内存在负载侧基波电压不等于负载额定电压、变压器出口侧电流与电压相位不同、变压器出口侧电压或电流出现谐波、三相电压或电流不平衡中的一种或多种情况，判定配用电系统是需要进行电能质量治理，否，则等待进入下一电能质量治理周期。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值包括以下步骤：
步骤一：进行补偿电压检测，得到各相预设补偿电压值
Figure 195131DEST_PATH_IMAGE001
，作为串联电力电子变换装置的控制信号；
步骤二：进行补偿电流检测，得到各相预设无功补偿电流
Figure 685019DEST_PATH_IMAGE002
，预设谐波补偿电流
Figure 480936DEST_PATH_IMAGE003
，预设三相不平衡补偿电流
Figure 968549DEST_PATH_IMAGE004
。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述节能量最大化模块得到并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值包括以下步骤：
步骤a）：初始化设定参数k 1=0，k 2=0，k 3=0，断开限幅环节；
步骤b）：计算各项加权预设补偿电流
Figure 646655DEST_PATH_IMAGE005
，算式如下：
Figure 612337DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤c）：将各项加权预设补偿电流
Figure 59499DEST_PATH_IMAGE005
，作为基本电流控制量，同时实时采集直流电容器电压
Figure 232860DEST_PATH_IMAGE007
，将其与给定直流电容器电压指令
Figure 335946DEST_PATH_IMAGE008
共同作为PI控制的输入，通过该PI控制算法得到并联电力电子变换装置的基本电流修正量
Figure 167635DEST_PATH_IMAGE009
，令
Figure 406987DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 298720DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 889101DEST_PATH_IMAGE012
，作为并联电力电子变换装置的控制信号；采集该信号下变压器出口总有功功率P；记录参数组合｛k 1,k 2,k 3｝对应的并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 258902DEST_PATH_IMAGE013
和变压器出口总有功功率P，给定直流电容器电压指令
Figure 634651DEST_PATH_IMAGE008
为300V；
步骤d）：将参数k 1、k 2、k 3在给定参数集合
Figure 634968DEST_PATH_IMAGE014
中进行遍历与组合，重复步骤b）-c），直到遍历组合结束；
步骤e)：寻找在所有参数组合｛k 1,k 2,k 3｝对应的变压器出口总有功功率P中的最小值，记作P min，其对应的并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 509383DEST_PATH_IMAGE015
分别记为节能量最大化算法下的并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值
Figure 886138DEST_PATH_IMAGE016
。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅是指，令预设补偿电流
Figure 365661DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 599196DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 147858DEST_PATH_IMAGE019
，通过以节能量最大化算法得到的
Figure 859462DEST_PATH_IMAGE020
为幅值的补偿电流限幅环节，最终作为此电能质量治理周期下并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 459071DEST_PATH_IMAGE021
。
有益效果：本发明的节电方法尤其适用于由串联电力电子变换装置及并联电力电子变换装置组成的电能质量优化治理的配用电系统中，并且采用节能量最大化算法，在从电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理等层面对系统电能质量进行优化治理，从而达到智能节电的目标。该方法相比于普通电能质量优化算法而言，从节能层面权衡了进行电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理的优化程度，且利于工程实现。
附图说明
图1是本发明基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明公开了一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，适用于由串联电力电子变换装置及并联电力电子变换装置组成的电能质量优化治理的配用电系统中，包括以下步骤：每电能质量治理周期内首先通过电能质量检测模块判定配用电系统是否需要进行电能质量治理，若否，则等待进入下一电能质量治理周期；若是，则通过电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值，再通过节能量最大化模块得到并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值，通过补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅，最后将预设补偿电压值和限幅后的补偿电流值分别作为串、并联电力电子变换装置控制信号。
如图1所示，所述判定配用电系统是否需要进行电能质量治理的判断过程为：采集变压器出口侧三相电压与电流、负载侧三相电压与电流；若该电能质量治理周期内存在负载侧基波电压不等于负载额定电压、变压器出口侧电流与电压相位不同、变压器出口侧电压或电流出现谐波、三相电压或电流不平衡中的一种或多种情况，判定配用电系统需要进行电能质量治理，否则等待进入下一电能质量治理周期。判断配用电系统是否需要进行电能质量治理具体分为以下情况：1. 负载侧基波电压不等于负载额定电压、变压器出口侧电流与电压相位不同、变压器出口侧电压或电流出现谐波、三相电压或电流不平衡中，这四个判定条件按照流程图中依次判断，若均为否，则等待进入下一电能质量治理周期；2. 负载侧基波电压不等于负载额定电压、变压器出口侧电流与电压相位不同、变压器出口侧电压或电流出现谐波、三相电压或电流不平衡中，这四个判定条件按照流程图中依次判断，若任意一个判定为是，则判定配用电系统是需要进行电能质量治理。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述电能质量检测模块判定配用电系统是否需要进行电能质量治理是指，电能质量治理周期内采集变压器出口侧三相电压与电流、负载侧三相电压与电流，进行电能质量的检测；若该电能质量治理周期内存在负载侧基波电压高出负载额定电压、变压器出口侧电流与电压相位不同、变压器出口侧电压或电流出现谐波、三相电压或电流不平衡中的一种或多种情况，判定配用电系统是需要进行电能质量治理，否，则等待进入下一电能质量治理周期。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值包括以下步骤：
步骤一：进行补偿电压检测，得到各相预设补偿电压值
Figure 801190DEST_PATH_IMAGE001
，作为串联电力电子变换装置的控制信号。
步骤二：进行补偿电流检测，得到各相预设无功补偿电流
Figure 650198DEST_PATH_IMAGE002
，预设谐波补偿电流
Figure 103176DEST_PATH_IMAGE003
，预设三相不平衡补偿电流
Figure 308023DEST_PATH_IMAGE004
。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述节能量最大化模块得到并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值包括以下步骤：
步骤a）：初始化设定参数k 1=0，k 2=0，k 3=0，断开限幅环节；
步骤b）：计算各项加权预设补偿电流
Figure 883361DEST_PATH_IMAGE005
，算式如下：
Figure 157348DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤c）：将各项加权预设补偿电流
Figure 476333DEST_PATH_IMAGE005
，作为基本电流控制量，同时实时采集直流电容器电压
Figure 519376DEST_PATH_IMAGE007
，将其与给定直流电容器电压指令
Figure 265615DEST_PATH_IMAGE008
共同作为PI控制的输入，通过该PI控制算法得到并联电力电子变换装置的基本电流修正量
Figure 26897DEST_PATH_IMAGE009
，令
Figure 336525DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 296391DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 151214DEST_PATH_IMAGE012
，作为并联电力电子变换装置的控制信号；采集该信号下变压器出口总有功功率P；记录参数组合｛k 1,k 2,k 3｝对应的并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 462110DEST_PATH_IMAGE013
和变压器出口总有功功率P，给定直流电容器电压指令
Figure 60581DEST_PATH_IMAGE008
为300V；
步骤d）：将参数k 1、k 2、k 3在给定参数集合
Figure 874954DEST_PATH_IMAGE014
中进行遍历与组合，重复步骤b）-c），直到遍历组合结束；
步骤e)：寻找在所有参数组合｛k 1,k 2,k 3｝对应的变压器出口总有功功率P中的最小值，记作P min，其对应的并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 166258DEST_PATH_IMAGE015
分别记为节能量最大化算法下的并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值
Figure 698870DEST_PATH_IMAGE016
。
所述初始化设定参数k 1=0，k 2=0，k 3=0，当中的k1、k2、k3分别是无功补偿参与因子、谐波补偿参与因子与三相不平衡补偿参与因子，k 1=0，k 2=0，k 3=0即是使得各项加权预设补偿电流初始值为0。
所述参数集合
Figure 586186DEST_PATH_IMAGE014
为预先给定，在整个案例实施前可以提前设定。
所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其中，所述补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅是指，令预设补偿电流
Figure 520644DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 982849DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 737179DEST_PATH_IMAGE019
，通过以节能量最大化算法得到的
Figure 208611DEST_PATH_IMAGE020
为幅值的补偿电流限幅环节，最终作为此电能质量治理周期下并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 935259DEST_PATH_IMAGE021
。
本发明的节电方法尤其适用于由串联电力电子变换装置及并联电力电子变换装置组成的电能质量优化治理的配用电系统中，并且采用节能量最大化算法，在从电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理等层面对系统电能质量进行优化治理，从而达到智能节电的目标。该方法相比于普通电能质量优化算法而言，从节能层面权衡了进行电压调节、无功补偿、谐波抑制、与三相不平衡治理的优化程度，且利于工程实现。
以上对本发明所提供的一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法进行了详细介绍，本文中通过具体实施例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。
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其特征在于，适用于由串联电力电子变换装置及并联电力电子变换装置组成的电能质量优化治理的配用电系统中，包括以下步骤：每电能质量治理周期内首先通过电能质量检测模块判定配用电系统是否需要进行电能质量治理，若否，等待进入下一电能质量治理周期；若是，则通过电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值；再通过节能量最大化模块得到并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值；通过补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅，最后将预设补偿电压值和限幅后的补偿电流值分别作为串、并联电力电子变换装置控制信号；
所述节能量最大化模块得到控制信号限幅环节的幅值，具体包括以下步骤：
步骤a）：初始化设定参数k 1=0，k 2=0，k 3=0，断开限幅环节；
步骤b）：计算各项加权预设补偿电流i ac0 、i bc0 、i cc0 ，算式如下：
Figure 332485DEST_PATH_IMAGE001
；
式中，i aq0 、i bq0 、i cq0 为各相预设无功补偿电流，i ah0 、i bh0 、i ch0 为预设谐波补偿电流，i ab0 、 i bb0 、i cb0 为预设三相不平衡补偿电流；
步骤c）：将各项加权预设补偿电流i ac0 、i bc0 、i cc0 ，作为基本电流控制量，同时实时采集直流电容器电压u dc ，将其与给定直流电容器电压指令u dcref 共同作为PI控制的输入，通过该PI控制算法得到并联电力电子变换装置的基本电流修正量i comp ，令
Figure 452888DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 560521DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 768780DEST_PATH_IMAGE004
,作为并联电力电子变换装置的控制信号；采集该信号下变压器出口总有功功率P；记录参数组合｛k 1,k 2,k 3｝对应的并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 176628DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 202352DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 813593DEST_PATH_IMAGE007
和变压器出口总有功功率P；
步骤d）：将参数k 1、k 2、k 3在给定参数集合｛n 1,n 2…n i …n m |0≤n i ≤1｝中进行遍历与组合，重复步骤b）-c），直到遍历组合结束；
步骤e)：寻找在所有参数组合｛k 1,k 2,k 3｝对应的变压器出口总有功功率P中的最小值，记作P min，其对应的并联电力电子变换装置的控制信号
Figure 481335DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 743689DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 471474DEST_PATH_IMAGE010
分别记为节能量最大化算法下的并联电力电子变换装置的控制信号限幅环节的幅值i aclim 、i bclim 、i cclim；m是为求k 1、k 2、k 3最佳组合的遍历集合中的元素个数。
2.根据权利要求1所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其特征在于，所述电压电流检测模块得到预设补偿电压与电流值包括以下步骤：
步骤一：进行补偿电压检测，得到各相预设补偿电压值 u ac 、u bc 、u dc ，作为串联电力电子变换装置的控制信号；
步骤二：进行补偿电流检测，得到各相预设无功补偿电流i aq0 、i bq0 、i cq0 ，预设谐波补偿电流i ah0 、i bh0 、i ch0 ，预设三相不平衡补偿电流i ab0 、i bb0 、i cb0 。
3.根据权利要求1所述的基于全方位电能质量优化治理的配用电系统智能节电方法，其特征在于，所述补偿电流限幅模块对预设补偿电流进行限幅是令预设补偿电流
Figure 570011DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 775864DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 627146DEST_PATH_IMAGE013
，通过以节能量最大化算法得到的i aclim 、i bclim 、i cclim为幅值的补偿电流限幅环节，最终作为此电能质量治理周期下并联电力电子变换装置的控制信号i ac 、i bc 、i cc 。
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