CN115173441A - 基于直流配电模态下的电压控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于直流配电模态下的电压控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN115173441A CN202211007303.7A CN202211007303A CN115173441A CN 115173441 A CN115173441 A CN 115173441A CN 202211007303 A CN202211007303 A CN 202211007303A CN 115173441 A CN115173441 A CN 115173441A
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金莉
雷二涛
马凯
张浚坤
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Abstract

本发明公开了一种基于直流配电模态下的电压控制方法、装置及存储介质，适用于低压双端交直流配电系统，包括：通过将低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；基于经典理论正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。本发明实施例能够有效提高电压控制的效果。

Description

基于直流配电模态下的电压控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及一种基于直流配电模态下的电压控制方法、装置及存储介质。
背景技术
以广东电网为例，粤西、粤北山区用户多零星分布，这种负荷分散的特点为保证末端用户电压合格率的工作带来了很大的挑战。现有400V三相交流的供电方式如果供电半径较大(超过2.5km)，在重负荷下，线路压降较大，容易造成线路末端用户电压偏低(低于160V)，影响电器设备的正常工作，造成低电压问题投诉。
现有的电压控制方法主要为通过安装无功补偿和调压装置提升线路末端的电压，但是现有的电压控制方法难以将线路末端的电压提升到满足要求的电压值，导致电压控制的效果较差。
发明内容
本发明提供了一种基于直流配电模态下的电压控制方法、装置及存储介质，以解决现有的电压控制方法难以将线路末端的电压提升到满足要求的电压值，导致电压控制的效果较差的技术问题。
本发明的实施例提供了一种基于直流配电模态下的电压控制方法，适用于低压双端交直流配电系统，包括：
通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；
在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；
基于经典理论所述正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除所述低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。
进一步的，所述在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量，包括：
通过一个工频周期求积分滤除所述两相坐标系下的谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量。
进一步的，在所述通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中之前，还包括：
将三相静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系得到负序旋转变换矩阵；
将静止坐标系下的电压量进行负序旋转变换。
进一步的，所述低压双端交直流配电系统包括：
送端变流器、受端变流器和若干个切换断路器；
所述送端变流器的三个端子分别与配电线路的三相连接；
所述受端变流器的三个端子分别与配电线路的三相连接；
所述送端变流器的两端均设置有一个切换断路器，所述受端变流器的两端均设置有一个切换断路器，所述送端变流器两端之间的配电线路设置有一个切换断路器，所述受端变流器两端之间的配电线路设置有一个切换断路器。
进一步的，所述电压控制方法还包括：
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系；
将三相对称静止坐标系中的基波正弦量转换成同步旋转坐标系中的直流变量。
本发明的一个实施提供了一种基于直流配电模态下的电压控制装置，包括：
电压变换模块，用于通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；
电压滤除模块，用于在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；
电压调控模块，用于基于经典理论所述正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除所述低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。
进一步的，所述电压滤除模块，具体用于：
通过一个工频周期求积分滤除所述两相坐标系下的谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量。
进一步的，所述电压控制装置还包括旋转变换模块，用于：
将三相静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系得到负序旋转变换矩阵；
将静止坐标系下的电压量进行负序旋转变换。
进一步的，所述电压控制装置还包括坐标转换模块，用于：
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系；
将三相对称静止坐标系中的基波正弦量转换成同步旋转坐标系中的直流变量。
本发明的一个实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的直流配电模态下的电压控制方法的步骤。
本发明实施例本通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压，在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量，基于经典理论所述正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除所述低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变，能有效抑制负序分量引起的输出电压畸变，在不平衡负载条件下仍能维持三相对称的电压输出，使得线路末端电压符合要求，从而能够有效提高电压控制的效果
附图说明
图1是本发明实施例提供的直流配电模态下的电压控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的直流配电状态下的正序分离控制框图
图3是本发明实施例提供的三相受端变流器在不平衡负载条件下传统双环控制和改进双环控制仿真波形对比图；
图4是本发明实施例提供的受端变流器在直流配电状态下的控制图；
图5是本发明实施例提供的负载端电压电流波形图；
图6是本发明实施例提供的低压直流配电系统的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的直流配电模态下不加负序补偿的负载侧电压波形图；
图8是本发明实施例提供的直流配电模态下加负序补偿的负载侧电压波形图；
图9是本发明实施例提供的直流配电模态下的电压控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，本发明的实施例提供了一种基于直流配电模态下的电压控制方法，适用于低压双端交直流配电系统，包括：
S1、通过将低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；
在本发明实施例中，在通过将低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中之前，还包括：
将三相静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系得到负序旋转变换矩阵；
在本发明实施例中，三相静止abc坐标系可以同步到两相正序旋转dq坐标系，也可以同步到两相负序旋转dq坐标系下。将abc静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系的公式为：
Figure BDA0003809376460000051
其中，Tn为负序旋转变换矩阵。
将静止坐标系下的电压量进行负序旋转变换。
Figure BDA0003809376460000061
S2、在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；
在本发明实施例中，通过一个工频周期求积分滤除两相坐标系下的谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量。
S3、基于经典理论正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。
在本发明实施例中，由经典控制论可知，在同步旋转坐标系下，闭环反馈P I 控制器的积分作用能迫使正、负序输出电压无静差地跟踪参考量，可有效地抑制受端变流器输出电压的基波扰动。基于此结论，可利用传统双环控制策略对输出电压中的正序分量、负序分量分别加以调控和控制，其中，整体控制框图如图2 所示。
请参阅图3，为本发明实施例的三相受端变流器在不平衡负载条件下传统双环控制和改进双环控制仿真波形对比图。
请继续参阅图3，可知在传统双环控制在不平衡负载条件下，输出三相电压不平衡度较大，为1.89％，波形有一定畸变；而本发明实施例提供的改进双环控制输出三相电压不平衡度小，为0.61％，波形畸变小，且对称性好，即本发明实施例能够有效抑制负序分量引起的输出电压畸变，在不平衡负载条件下仍能维持三相对称的输出电压。
请参阅图6，在一个实施例中，低压双端交直流配电系统包括：
送端变流器、受端变流器和若干个切换断路器；
送端变流器的三个端子分别与配电线路的三相连接；
受端变流器的三个端子分别与配电线路的三相连接；
送端变流器的两端均设置有一个切换断路器，受端变流器的两端均设置有一个切换断路器，送端变流器两端之间的配电线路设置有一个切换断路器，受端变流器两端之间的配电线路设置有一个切换断路器。
在本发明实施例中，送端变流器和受端变流器均采用二极管箝位式的三电平拓扑结构。送端变流器的A-B-C三个端子分别与现有配电线路的A、B、C三相连接，送端变流器的其正极端子连接现有线路的A相，负极端子连接现有线路的C 相，N端子连接现有三相四线线路的N线。相应的，受端变流器与此对应，受端变流器的A-B-C三个端子与负载A、B、C三相线路连接，受端变流器的正极端子连接A相，负极端子连接C相，N端子连接N线。需要说明的是，上述低压双端交直流配电系统的具体结构只是其中的一个实施例，实际中受线路相序影响，送端变流器和受端变流器的正极端子和负极端子只要与现有三相线路中的任意两个不相邻的相连接即可，并不一定指定必须是A相和C相。
在一个实施例中，电压控制方法还包括：
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系；
在本发明实施例中，受端变流器在直流配电状态下的充当电压源为负载提供电压支撑，即控制三相交流电压输出。在三相静止坐标系的数学模型中，交流侧均为时变交流量，不利于控制系统设计。本发明实施例通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系，在经过经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦量将转化成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统设计。
将三相对称静止坐标系中的基波正弦量转换成同步旋转坐标系中的直流变量。
在本发明实施例中，具体的：
经过派克变换后得到在两相(dq)旋转坐标系下的网侧低频数学模型：
Figure BDA0003809376460000071
式中：isd、isq——变流器交流侧电流矢量的d、q轴分量；w——电网基波角频率；usd、usq——负载端电压矢量的d、q轴分量；udn、uqn——变流器输出电压矢量的d、q轴分量。
经过坐标变换，三相坐标系统下的三相状态方程变成了两相，状态方程降阶了，便于控制器的设计，但是在两相旋转坐标系下，状态方程之间产生了耦合，即任何一轴方向上电流的变化都会引起另外一轴方向电流的变化。本发明实施例为达到理想的控制效果，降低控制器设计的难度，本发明实施例通过检测到的实际电流补偿两相电流间的耦合，从而消除电流之间的相互影响，实现电流的解耦控制。
在本发明实施例中，当采用P I控制器时，可得到如下方程：
Figure BDA0003809376460000081
式中：kPi、kIi——电流环控制器的比例、积分系数。
电流内环的指令值
Figure BDA0003809376460000082
为电压外环控制器的输出，电压外环控制器同样采用PI控制器：
Figure BDA0003809376460000083
式中：kPu、kIu——电流环控制器的比例、积分系数。
本发明实施例根据公式(3)-(5)得到图4所示的受端变流器在直流配电状态下的控制图，并在此基础上通过引入电流反馈和电压前馈后，能够有效消除电流耦合及负载扰动电压影响，其中，图4对应的仿真波形图如图5所示。
请参阅图5，在t＝1s时，受端变流器的负载增大，交流侧电压依然能稳定在给定值附近，经过频谱分析可得输出电压基波值为311.01V，THD为1.11％，满足要求。本发明实施例能够实现指定电压信号的输出，其输出的电压误差小，从而能够有效提高电压控制的效果。
在一个实施例中，为了验证本发明实施例的有效性，通过搭建物理样机进行试验验证。其中，负载为三相不平衡负载，A、C相负载阻值约为13Ω，B相负载断线。低压双端交直流配电系统处于直流配电模态，图7为直流配电模态下不加负序补偿的负载侧三相电压波形，图8为直流配电模态下加负序补偿的负载侧三相电压波形。由图7-8可以看出，加了负序补偿后，负载侧三相电压不平衡度减小，且波形畸变小，对称性好。即本发明实施例的受端变流器在直流配电状态下加负序补偿的控制策略能有效抑制负序分量引起的输出电压畸变，在不平衡负载条件下仍能维持三相对称的输出电压，从而能够有效提高电压控制的效果。
实施本发明实施例，具有以下有益效果：
本发明实施例本通过将低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压，在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量，基于经典理论正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变，能有效抑制负序分量引起的输出电压畸变，在不平衡负载条件下仍能维持三相对称的电压输出，使得线路末端电压符合要求，从而能够有效提高电压控制的效果。
请参阅图9，基于与上述实施例相同的发明构思，本发明的一个实施提供了一种基于直流配电模态下的电压控制装置，包括：
电压变换模块10，用于通过将低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；
电压滤除模块20，用于在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；
电压调控模块30，用于基于经典理论正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。
在一个实施例中，电压滤除模块20，具体用于：
通过一个工频周期求积分滤除两相坐标系下的谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量。
在一个实施例中，电压控制装置还包括旋转变换模块，用于：
将三相静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系得到负序旋转变换矩阵；
将静止坐标系下的电压量进行负序旋转变换。
在一个实施例中，电压控制装置还包括坐标转换模块，用于：
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系；
将三相对称静止坐标系中的基波正弦量转换成同步旋转坐标系中的直流变量。
本发明的一个实施例提供了一种计算机存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的直流配电模态下的电压控制方法的步骤。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于直流配电模态下的电压控制方法，适用于低压双端交直流配电系统，其特征在于，包括：
通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；
在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；
基于经典理论所述正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除所述低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。
2.如权利要求所述的基于直流配电模态下的电压控制方法，其特征在于，所述在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量，包括：
通过一个工频周期求积分滤除所述两相坐标系下的谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量。
3.如权利要求所述的基于直流配电模态下的电压控制方法，其特征在于，在所述通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中之前，还包括：
将三相静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系得到负序旋转变换矩阵；
将静止坐标系下的电压量进行负序旋转变换。
4.如权利要求所述的基于直流配电模态下的电压控制方法，其特征在于，所述低压双端交直流配电系统包括：
送端变流器、受端变流器和若干个切换断路器；
所述送端变流器的三个端子分别与配电线路的三相连接；
所述受端变流器的三个端子分别与配电线路的三相连接；
所述送端变流器的两端均设置有一个切换断路器，所述受端变流器的两端均设置有一个切换断路器，所述送端变流器两端之间的配电线路设置有一个切换断路器，所述受端变流器两端之间的配电线路设置有一个切换断路器。
5.如权利要求所述的基于直流配电模态下的电压控制方法，其特征在于，还包括：
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系；
将三相对称静止坐标系中的基波正弦量转换成同步旋转坐标系中的直流变量。
6.一种基于直流配电模态下的电压控制装置，其特征在于，包括：
电压变换模块，用于通过将所述低压双端交直流配电系统中的三相不平衡电压经过正序旋转坐标和负序旋转坐标变换到两相同步旋转坐标系中，将三相静止坐标系中的正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成直流电压，将正序基波交流电压和负序基波交流电压变换成二次谐波电压；
电压滤除模块，用于在两相坐标系中滤除若干次谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量；
电压调控模块，用于基于经典理论所述正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量进行调控，消除所述低压双端交直流配电系统中的受端变流器在不平衡负载下的电压畸变。
7.如权利要求6所述的直流配电模态下的电压控制装置，其特征在于，所述电压滤除模块，具体用于：
通过一个工频周期求积分滤除所述两相坐标系下的谐波电压，得到正序基波的输出电压分量和负序基波的输出电压分量。
8.如权利要求6所述的直流配电模态下的电压控制装置，其特征在于，还包括旋转变换模块，用于：
将三相静止坐标系下的电气量变换到负序旋转坐标系得到负序旋转变换矩阵；
将静止坐标系下的电压量进行负序旋转变换。
9.如权利要求6所述的直流配电模态下的电压控制装置，其特征在于，还包括坐标转换模块，用于：
通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以交流侧基波频率同步旋转的坐标系；
将三相对称静止坐标系中的基波正弦量转换成同步旋转坐标系中的直流变量。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的直流配电模态下的电压控制方法的步骤。
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CN116169696A (zh) * 2023-04-21 2023-05-26 杭州洲钜电子科技有限公司 一种无电压传感器的电网pfc控制方法与设备

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CN116169696A (zh) * 2023-04-21 2023-05-26 杭州洲钜电子科技有限公司 一种无电压传感器的电网pfc控制方法与设备
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