CN113659583A - 一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，首先提取电网电流的基波分量作为控制的参考值i2ref 1；然后推导变换器侧电感电流参考值i1 *(k)；预测下一时刻变换器侧电感电流值i1(k+1)；然后计算矢量所作用时间t(k)；最终筛选最优矢量，控制逆变器动作，实现输出电流对参考电流的无误差跟踪。本发明通过SOGI针对采样得到的参考电流进行基波电流的提取，利用所提取的基波电流作为控制器的参考，可在设备处于临界满载或满载运行工况下，最大限度的避免因限幅导致变换器输出电压出现削峰现象，提高系统的运行性能。

Description

一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法
技术领域
本发明涉及电力电子及其控制技术领域，尤其涉及一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法。
背景技术
近年来，伴随着现代电力电子技术的飞速发展和人类生活水平的日益提高，家用电器的迅速增加，诸多用电设备对供电系统的性能、容量、可靠性等提出的要求日益增高。多年来，电网建设主要以骨干线路为建设重点，农村及偏远山区电网的建设一直处于滞后状态，近年来甚至出现农村自己出资配电的现象。相对于城域电网偏远山区及农村电网更加复杂，其线路漫长、覆盖地区较为广泛、负荷种类复杂且变化不定、用电呈现明显的季节性变化、供电线路半径长，在输配电过程中损耗较为严重，造成末端用户出现电压降低的现象。这也造成了农村及偏远山区的电网不仅电能质量差而且较为脆弱，电量不足、技术和设备落后、安全性差，低电压现象频繁。以上因素均会对农村及偏远地区人民的生产生活带来诸多不便，这也将严重影响该地区的经济发展。
目前常规解决末端用户低电压问题的解决方案为在输配电过程中增加架设的变压器数量，降低输配电过程中的电能损耗，从而提高末端用户的输入电压。但该方案成本过高，在偏远山区由于交通不便，变压器架设难度极大。低压配电网末端低电压治理补偿装置可有效解决这一问题。
目前针对低压配电网末端低电压治理补偿装置逆变级多采用全电流补偿方式，在设备工作在临界或超容量状态下，会出现输出电流给定值超过限幅值导致输出电流削峰的问题，从而将导致系统引入谐波污染电网，且逆变级的动态响应能力将直接影响整个系统的补偿效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，旨在于根据用户侧的需要进行基波电流补偿，本专利所提出的末端低电压并联补偿方案在设备工作在临界或超容量状态下，可有效改善电流给定值超过限幅值导致输出电流削峰的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
步骤1：提取电网电流的基波分量作为控制的参考值i2ref 1；
步骤2：推导变换器侧电感电流参考值i1 *(k)；
步骤3：预测下一时刻变换器侧电感电流值i1(k+1)；
步骤4：计算下一个控制周期实现电流的无误差跟踪各矢量所作用时间t(k)；
步骤5：筛选最优矢量，按照所选最优矢量及最优矢量作用时间控制逆变器动作，实现输出电流对参考电流的无误差跟踪。
进一步地，所述步骤1中提取电网电流基波分量作为参考值，其公式为：
Figure BDA0003242388240000021
其中，i2ref 1为网侧电感电流的基波参考值，i2为网侧电感电流，ig为电网电流，k为SOGI的增益系数，ω'为谐振角频率这里设置为100πrad/s。
进一步地，无差拍控制的控制目标为实现(k+1)时刻网侧电流误差Vi2为零，为便于实现对逆变器的控制可通过控制逆变器侧电感电流差值Vi1为零实现网侧电流的无误差跟踪，步骤2中推导变换器侧电感电流参考值i1 *(k)利用的变换器数学模型为：
Figure BDA0003242388240000022
其中，i1 *(k)为变换器侧电流参考值，L1、L2分别为变换器侧电感和网侧电感，Cf为交流侧滤波电容，C为变换器侧支撑电容，Rf为无源阻尼电阻，r1、r2分别为变换器侧电感寄生电阻和网侧电感寄生电阻，t为与变换器开关状态对应的矢量作用时间，Ts为采样周期。
进一步地，采用后向差分法对变换器数学模型的前两个公式进行离散化可得：
Figure BDA0003242388240000023
其中，u2(k+1)可用当前时刻电网电压u2(k)替换。
进一步地，为实现电流的无误差跟踪，应有i2(k+1)＝i2 *(k)及i1(k+1)＝i1 *(k)，其中i1 *与i2 *分别为k时刻电流参考值，可得
Figure BDA0003242388240000024
进一步地，将上式中网侧电流值替换为步骤1中提取的其基波电流分量值，即可得到基波电流分量对应的下一时刻变换器侧电感电流参考值。
Figure BDA0003242388240000031
进一步地，为得到步骤3中所述为预测下一时刻变换器侧电感电流值i1(k+1)，采用前向差分法对变换器数学模型的第三个公式进行离散化可得：
Figure BDA0003242388240000032
进一步地，步骤4中为实现下一个控制周期电流的无误差跟踪，令i1(k+1)＝i1 *(k)，可得矢量作用时间为：
Figure BDA0003242388240000033
进一步地，矢量作用时间按以下规则进行取值：
(1)如果t(k)≤0，令其取值为零，即t(k)＝0；
(2)如果t(k)≥Ts，令其取值为Ts，即t(k)＝Ts；
(3)如果0＜t(k)＜Ts，则在一个控制周期内作用一个有效矢量和一个零矢量。
进一步地，步骤5中由于H桥逆变器所对应矢量数较少，这里可省略利用价值函数选取最优矢量的步骤，最优矢量的选取按照以下规则：
(1)优先选取矢量作用时间符合0＜t(k)＜Ts的矢量为最优矢量，若存在不止一个矢量的作用时间符合0＜t(k)＜Ts则选取开关管动作次数最少的矢量为最优矢量；
(2)若无则选择矢量作用时间为Ts的矢量为最优矢量，若存在不止一个矢量的作用时间等于Ts则选取开关管动作次数最少的矢量为最优矢量；
(3)否则选择零矢量进行作用，零矢量的选取原则以开关管动作次数最少为原则。
进一步地，以上3个规则中若开关管需要动作的次数也一样则可以设定一定规则如开关管温度等条件进行优先顺序排列。
进一步地，按照所选最优矢量及最优矢量作用时间控制逆变器动作，实现输出电流对参考电流的无误差跟踪。
本发明的优势在于，针对采样得到的参考电流进行基波电流的提取，利用所提取的基波电流作为控制器的参考，可在设备处于临界满载或满载运行工况下，最大限度的避免因限幅导致变换器输出削峰现象。对于逆变器的控制采用基于无差拍思想的预测控制，可在保持预测控制动态响应的同时，提升系统的稳态性能。
附图说明
图1是本发明低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法的应用场景图。
图2是本发明低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法的DC-AC模块控制框图。
图3是本发明低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法采用全电流补偿的仿真结果。
图4是本发明低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法采用基波电流补偿的仿真结果。
图5是本发明低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法主要技术特征流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，为一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法的应用场景，整体系统共包含两个部分：AC-DC模块、DC-AC模块。本发明主要针对DC-AC模块在临界满载或满载工况下因限幅导致削峰进而引入谐波污染电网的问题进行改善。
如图2所示，一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，包括以下环节：
步骤1：利用电流传感器采集电网电流，利用SOGI提取利用电流传感器采集得到的电网电流i2的基波分量i2ref 1。
步骤2：利用SOGI提取的电网电流基波分量i2ref 1，为实现精准的无差拍控制根据变换器数学模型将网侧电流的参考值的基波分量转换为变换器侧的电流参考值。
步骤3：将变换器数学模型利用前向差分法进行离散化处理，得到下一时刻即(k+1)时刻变换器侧的电感电流预测值，令通过变换器数学模型转换得到的变换器侧电流参考的基波分量等于(k+1)时刻变换器侧通过变换器数学模型预测得到的电感电流值，即可实现电网电流的无差拍预测控制。
步骤4：按照常规的无差拍预测控制，还需将利用无差拍原理得到的每个矢量为实现电感电流无差拍跟踪对应的作用时间计算下一时刻电感电流预测值，利用此时的预测值与参考值的差值构造价值函数，筛选出最优矢量作用于变换器。但考虑到实际电路拓扑为H桥电路，拓扑简单、矢量可选择范围小，故依据以下原则对矢量进行排序，优先选取矢量作用时间符合0＜t(k)＜Ts的矢量作用，若存在不止一个矢量的作用时间符合0＜t(k)＜Ts则选取开关次数最少的矢量，若无则选择矢量作用时间为Ts的矢量进行作用，否则选择零矢量进行作用，零矢量的选取原则以开关管动作次数最少为原则，以上规则中若开关管需要动作的次数也一样则可以设定一定规则如开关管温度等条件进行优先顺序排列。
步骤5：利用上述计算得到的最优矢量作用于变换器实现对网侧参考电流的无差拍跟踪。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：提取电网电流的基波分量作为控制的参考值i2ref 1；
步骤2：推导变换器侧电感电流参考值i1 *(k)；
步骤3：预测下一时刻变换器侧电感电流值i1(k+1)；
步骤4：计算下一个控制周期实现电流的无误差跟踪各矢量所作用时间；
步骤5：筛选最优矢量，按照所选的最优矢量及最优矢量的作用时间来控制逆变器动作，实现输出电流对参考电流的无误差跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于提取电网电流的基波分量的公式为：
Figure FDA0003242388230000011
其中，i2ref 1为网侧电感电流的基波参考值，i2为网侧电感电流，ig为电网电流，k为SOGI的增益系数，ω'为谐振角频率这里设置为100πrad/s。
3.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于，所述变换器侧电感电流参考值i1 *(k)利用变换器数学模型将网侧电流参考值变换到变换器侧，变换公式为：
Figure FDA0003242388230000012
4.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于，所述下一时刻变换器侧电感电流i1(k+1)利用变换器数学模型预测，公式为：
Figure FDA0003242388230000013
5.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于，所述下一个控制周期实现电流的无误差跟踪各矢量所作用时间计算是结合预测控制与无差拍控制实现对参考电流的无误差跟踪，公式为：
Figure FDA0003242388230000014
6.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于，所述筛选最优矢量的规则为：
(1)优先选取矢量作用时间符合0＜t(k)＜Ts的矢量为最优矢量，若存在不止一个矢量的作用时间符合0＜t(k)＜Ts则选取开关管动作次数最少的矢量为最优矢量；
(2)若无则选择矢量作用时间为Ts的矢量为最优矢量，若存在不止一个矢量的作用时间等于Ts则选取开关管动作次数最少的矢量为最优矢量；
(3)否则选择零矢量进行作用，零矢量的选取原则以开关管动作次数最少为原则。
7.根据权利要求6所述的一种低压配电网末端低电压治理装置并联补偿的方法，其特征在于，所述筛选最优矢量的规则中若开关管需要动作的次数相同则按照开关管温度由小到大进行排列，选择温度最低的开关管动作。
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