CN117767357A - 一种配网台区运行态势感知及自治管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网自治管理系统技术领域，且公开了一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，包括智能化电力电子技术，所述智能化电力电子技术包括自适应的混沌免疫控制方法、超短反馈与滞环控制方法和研制串联接线下电气隔离式的能源传输，依据配网台区用户级线路首、中、末端等支线功率感知数据，形成配网台区用户级线路整线电能分配调理策略。本发明中，基于混沌免疫遗传算法与PI控制相结合的电压压降检测算法，对dq轴间交叉祸合量进行解祸控制，并采用混沌免疫遗传算法，根据混沌变量的随机性、遍历性和规律性结合免疫遗传算法对PI控制器参数进行优化，达到了满足电压检测精度与补偿性能要求的效果。
Description
技术领域
本发明涉及配电网自治管理系统技术领域，尤其涉及一种配网台区运行态势感知及自治管理系统。
背景技术
海南电网肩负网公司赋予的“电力企业改革创新试验区、新型电力系统建设先行地”神圣使命，在网省公司新型电力系统建设方案的规划指导下，大力推进新型电力系统相关技术研究，近年来在清洁能源岛及2030全面禁售燃油车政策背景下，分布式光伏等新能源大规模并网，整县光伏有序推进，电动汽车发展迅速，占比位居全国前列。
目前电网乡镇配网线路仍然存在供电半径长，线径小，网架结构薄弱，大量用户低电压、过电压、配变过载问题未能解决；同时电动汽车充电桩无序充电，导致配网台区运行情况复杂多变，极易引起倒送电、电压波动等电能质量新问题。
为此，我们提出一种配网台区运行态势感知及自治管理系统。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种配网台区运行态势感知及自治管理系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，包括智能化电力电子技术，所述智能化电力电子技术包括自适应的混沌免疫控制方法、超短反馈与滞环控制方法和研制串联接线下电气隔离式的能源传输，所述智能化电力电子技术中装置不含铁芯、绕组，使装置接入点前后端的线路产生根本隔离，依据配网台区用户级线路首、中、末端等支线功率感知数据，形成配网台区用户级线路整线电能分配调理策略，结合端边协同控制联接交互技术，最终形成配网台区用户级线路运行的整线电能平衡与分配，实现运行态势感知。
作为优选，所述自适应的混沌免疫控制方法，将自适应的混沌免疫控制方法应用于SAPF电压压降检测的PI控制器参数优化中，根据基于dq变换的电压补偿指令获取方法，畸变电压值即为SAPF补偿电压指令，运用混沌免疫算法对PI参数进行优化。
作为优选，所述超短反馈技术，根据三相负载电流的基波分量即表示三相负载电流即表示三相补偿电流，输入至超短控制器，通过超短反馈PI控制后生成电流，超短反馈控制器分PI控制单元和超短反馈处理单元，常规PI控制单元的输出信号，经过超短反馈处理单元的非线性函数处理后，与PI控制单元的输出信号组合产生电流，再经过滞环控制输出PWM信号，由PAPF的功率驱动模块输出补偿电流进行谐波补偿。
作为优选，所述滞环控制方法是工程控制常用的PWM控制技术，广泛应用于电能质量治理控制，但传统滞环比较器的环宽h固定，电流跟随误差也就固定不变，为了使得输出的实际补偿电流可以对指令电流产生作用，使得两者之间的差值减小，使补偿效果更加好，通过改进滞环比较器环宽调节设计用于电压补偿控制与谐波控制。
作为优选，所述滞环控制方法加入了电压反馈与母线电压反馈构成环宽调节环节，使得滞环比较器的环宽成为一个变量。
作为优选，所述研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法，将220V的电源侧的电流先整流为直流，再将直流逆变为工频电流供给于用电负荷，使用户层负荷与10kV配变台区低压侧之间形成电气隔离。
作为优选，所述研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法，采用三相四线制结构，硬件设计架构分为SAPF，PAPF和直流侧发电三个子系统，PAPF主要由指令检测调理电路和补偿电路组成，其中指令检测调理电路包括负载电流检测电路、调理电路，电流补偿电流包括DSP信号处理电路、驱动电路、功率模块以及交流侧连接电感等部分电路组成，PAPF硬件总体框图如图所示，由DSP最小系统板，电压电流采集电路、调理电路、隔离模块、驱动电路、继电器软启动电路等模块构成。
作为优选，所述研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法中SAPF模块主要包括DSP控制板、信号采集板、驱动电路板及主电路。
作为优选，所述自治管理系统中，以线路最优运行为目标，通过感知配电网线路首、中、末端实时运行状态，获取线路负载(含分布式电源)曲线规律，结合变压器容量、三相负荷不平衡度、无功电压、线损等数据，计算当期的运行状态与最优状态之间的差距，通过比例公平能量分配策略计算方法形成最优运行策略，形成配网用户级线路运行的功率平衡与分配，满足配网台区运行态势感知及自治管理需要，并预留后期外部通讯接口，以智能Agent算法协同构建基于智能Agent的协同ICAI虚拟环境。
有益效果
本发明提供了一种配网台区运行态势感知及自治管理系统。具备以下有益效果：
(1)、该配网台区运行态势感知及自治管理系统，对采用传统PI控制器无法兼顾良好的电压检测动态性能与精度问题，先对dq轴间交叉祸合量进行解祸控制，提高了控制性能，基于混沌免疫遗传算法与PI控制相结合的电压压降检测算法，对dq轴间交叉祸合量进行解祸控制，并采用混沌免疫遗传算法，根据混沌变量的随机性、遍历性和规律性结合免疫遗传算法对PI控制器参数进行优化，达到了满足电压检测精度与补偿性能要求的效果。
(2)、该配网台区运行态势感知及自治管理系统，根据三相负载电流的基波分量即表示三相负载电流即表示三相补偿电流，输入至超短控制器，通过超短反馈PI控制后生成电流。超短反馈控制器分PI控制单元和超短反馈处理单元，常规PI控制单元的输出信号，经过超短反馈处理单元的非线性函数处理后，与PI控制单元的输出信号组合产生电流，再经过滞环控制输出PWM信号，由PAPF的功率驱动模块输出补偿电流进行谐波补偿，达到了提出超短反馈控制的效果。
(3)、该配网台区运行态势感知及自治管理系统，将不同装置管理下的三相负荷不平衡度、无功电压、线损等数据结合变压器容量，有机地融入到端边协同控制环境中去，结合多节点协同优化技术，形成整线功率分配调理策略。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其他的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明混沌免疫控制方法流程图；
图2为本发明超短反馈控制结构框图；
图3为本发明滞环控制方法流程图；
图4为本发明串联接线下电气隔离式的能源传输方法结构图；
图5为本发明PAPF硬件系统原理图；
图6为本发明自治管理系统技术路线框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例：一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，如图1-图6所示，包括智能化电力电子技术，所述智能化电力电子技术包括自适应的混沌免疫控制方法、超短反馈与滞环控制方法和研制串联接线下电气隔离式的能源传输；
智能化电力电子技术中装置不含铁芯、绕组，使装置接入点前后端的线路产生根本隔离，通过自适应的混沌免疫控制方法，有效解决传统线路调压器的上述缺陷，使得装置具备双向电压调控能力，大幅稳定提升用户侧供电电压和配变新能源消纳能力，开展配网台区用户级线路自主治理策略算法研究，依据配网台区用户级线路首、中、末端等支线功率感知数据，形成配网台区用户级线路整线电能分配调理策略，结合端边协同控制联接交互技术，最终形成配网台区用户级线路运行的整线电能平衡与分配，实现运行态势感知及自治管理能力，支撑新能源消纳和高质量供电，以高效、可靠、经济、轻便的手段治理用户侧低电压，同时还可解决电压波动和闪变、无功损耗、谐波干扰等问题；
所述自适应的混沌免疫控制方法，将自适应的混沌免疫控制方法应用于SAPF电压压降检测的PI控制器参数优化中，根据基于dq变换的电压补偿指令获取方法，畸变电压值即为SAPF补偿电压指令，运用混沌免疫算法对PI参数进行优化，如图1所示，运用基于混沌免疫遗传算法得到PI控制器优化参数，根据SAPF电压压降检测与控制方法，经由滞环比较器生成PWM信号，采用滞环比较法控制策略驱动逆变桥输出补偿电压，进行电压压降补偿；
超短反馈与滞环控制方法中的反馈控制理论与人体神经内分泌的功能调节原理非常类似，受腺体激素超短反馈机制启发，提出超短反馈控制器应用于电能转换核心控制，如图2所示，根据三相负载电流的基波分量即表示三相负载电流即表示三相补偿电流，输入至超短控制器，通过超短反馈PI控制后生成电流，超短反馈控制器分PI控制单元和超短反馈处理单元，常规PI控制单元的输出信号，经过超短反馈处理单元的非线性函数处理后，与PI控制单元的输出信号组合产生电流，再经过滞环控制输出PWM信号，由PAPF的功率驱动模块输出补偿电流进行谐波补偿；
滞环控制方法是工程控制常用的PWM控制技术，广泛应用于电能质量治理控制，但传统滞环比较器的环宽h固定，电流跟随误差也就固定不变，为了使得输出的实际补偿电流可以对指令电流产生作用，使得两者之间的差值减小，使补偿效果更加好，传统滞环控制法己经无法达到这样的要求，通过改进滞环比较器环宽调节设计用于电压补偿控制与谐波控制，与传统型滞环比较法相比较，改进滞环比较器是将传统的滞环比较器固定环宽改变成可变环宽滞环比较器，根据滞环比较器的输出特性，电流在电感上通过时，脉动一次需要一个周期，开关周期的时间T是由电流上升的时间与电流下降时间的累加，设计可变环宽的滞环控制原理图如图3所示，与传统滞环法不同的是，加入了电压反馈与母线电压反馈构成环宽调节环节，使得滞环比较器的环宽成为一个变量；
研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法，如下图4所示，将220V的电源侧的电流先整流为直流，再将直流逆变为工频电流供给于用电负荷，使用户层负荷与10kV配变台区低压侧之间形成电气隔离；
智能化电力电子技术中硬件总体设计根据新拓扑结构，如图5所示，采用三相四线制结构，硬件设计架构分为SAPF，PAPF和直流侧发电三个子系统，PAPF主要由指令检测调理电路和补偿电路组成，其中指令检测调理电路包括负载电流检测电路、调理电路，电流补偿电流包括DSP信号处理电路、驱动电路、功率模块以及交流侧连接电感等部分电路组成，PAPF硬件总体框图如图所示，由DSP最小系统板，电压电流采集电路、调理电路、隔离模块、驱动电路、继电器软启动电路等模块构成，SAPF很多模块跟PAPF类似，主要包括DSP控制板、信号采集板、驱动电路板及主电路，其硬件结构框图如5图所示，选用闭环式霍尔器件用于电压、电流的信号检测，检测信号经过调理电路送入到DSP中处理得到相应的PWM控制波形，通过驱动电路来驱动智能功率器件生成相应的控制策略，从而实现电网电压、电流的实时监测与补偿；
根据自适应的混沌免疫控制方法、超短反馈与滞环控制方法和研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法确定以下技术路线，最终形成端边协同控制的运行态势感知及自治装置，如图6所示，以线路最优运行为目标，通过感知配电网线路首、中、末端实时运行状态，获取线路负载(含分布式电源)曲线规律，结合变压器容量、三相负荷不平衡度、无功电压、线损等数据，计算当期的运行状态与最优状态之间的差距，通过比例公平能量分配策略计算方法形成最优运行策略，形成配网用户级线路运行的功率平衡与分配，满足配网台区运行态势感知及自治管理需要，并预留后期外部通讯接口，以智能Agent算法协同构建基于智能Agent的协同ICAI虚拟环境；
所述比例公平能量分配策略计算方法考虑到瞬时的用户数据和平均用户数据，使一段时间的平均电压的对数和最大化，为了保证380V线路首、中、末端用户的公平性，研究计算用户和功率分配因子最优解，利用Matlab软件对功率比例公平分配结果进行测试仿真，将目标函数中的非凸优化问题转化成凸优化问题，通过KKT约束优化条件，得出最优值；
所述智能Agent算法来自分布式人工智能，具有自治性、可通信性、反应能力及自发行为等特点，非常适合于协同环境，其中自治性是对于自身的行为和内部状态具有一定的控制权，使实体自主完成某项任务或者一系列任务，在感知周围环境改变的基础之上，自发地作出基于目标的行为，在配网台区用户层级现场，依据网架结构、负荷特性及时空分配情况，通过安装应用多点端边协同控制的运行态势感知及自治装置，构建基于智能Agent的协同ICAI虚拟环境，各个装置智能Agent之间是平等协作的关系，以协同操作来共同完成给定的电能自治任务，其中一个装置智能Agent包含了感知、通信和控制等功能模块，因此可以将不同装置管理下的三相负荷不平衡度、无功电压、线损等数据结合变压器容量，有机地融入到端边协同控制环境中去，结合多节点协同优化技术，形成功率分配调理策略。
对采用传统PI控制器无法兼顾良好的电压检测动态性能与精度问题，先对dq轴间交叉祸合量进行解祸控制，提高了控制性能，基于混沌免疫遗传算法与PI控制相结合的电压压降检测算法，对dq轴间交叉祸合量进行解祸控制，并采用混沌免疫遗传算法，根据混沌变量的随机性、遍历性和规律性结合免疫遗传算法对PI控制器参数进行优化，满足电压检测精度与补偿性能要求。仿真验证该方法的有效性与可行性。
根据三相负载电流的基波分量即表示三相负载电流即表示三相补偿电流，输入至超短控制器，通过超短反馈PI控制后生成电流，超短反馈控制器分PI控制单元和超短反馈处理单元，常规PI控制单元的输出信号，经过超短反馈处理单元的非线性函数处理后，与PI控制单元的输出信号组合产生电流，再经过滞环控制输出PWM信号，由PAPF的功率驱动模块输出补偿电流进行谐波补偿。
将不同装置管理下的三相负荷不平衡度、无功电压、线损等数据结合变压器容量，有机地融入到端边协同控制环境中去，结合多节点协同优化技术，形成整线功率分配调理策略。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：包括智能化电力电子技术，所述智能化电力电子技术包括自适应的混沌免疫控制方法、超短反馈与滞环控制方法和研制串联接线下电气隔离式的能源传输，所述智能化电力电子技术中装置不含铁芯、绕组，使装置接入点前后端的线路产生根本隔离，依据配网台区用户级线路首、中、末端等支线功率感知数据，形成配网台区用户级线路整线电能分配调理策略，结合端边协同控制联接交互技术，最终形成配网台区用户级线路运行的整线电能平衡与分配，实现运行态势感知。
2.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述自适应的混沌免疫控制方法，将自适应的混沌免疫控制方法应用于SAPF电压压降检测的PI控制器参数优化中，根据基于dq变换的电压补偿指令获取方法，畸变电压值即为SAPF补偿电压指令，运用混沌免疫算法对PI参数进行优化。
3.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述超短反馈技术，根据三相负载电流的基波分量即表示三相负载电流即表示三相补偿电流，输入至超短控制器，通过超短反馈PI控制后生成电流，超短反馈控制器分PI控制单元和超短反馈处理单元，常规PI控制单元的输出信号，经过超短反馈处理单元的非线性函数处理后，与PI控制单元的输出信号组合产生电流，再经过滞环控制输出PWM信号，由PAPF的功率驱动模块输出补偿电流进行谐波补偿。
4.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述滞环控制方法是工程控制常用的PWM控制技术，广泛应用于电能质量治理控制，但传统滞环比较器的环宽h固定，电流跟随误差也就固定不变，为了使得输出的实际补偿电流可以对指令电流产生作用，使得两者之间的差值减小，使补偿效果更加好，通过改进滞环比较器环宽调节设计用于电压补偿控制与谐波控制。
5.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述滞环控制方法加入了电压反馈与母线电压反馈构成环宽调节环节，使得滞环比较器的环宽成为一个变量。
6.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知，其特征在于：所述研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法，将220V的电源侧的电流先整流为直流，再将直流逆变为工频电流供给于用电负荷，使用户层负荷与10kV配变台区低压侧之间形成电气隔离。
7.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法，采用三相四线制结构，硬件设计架构分为SAPF，PAPF和直流侧发电三个子系统，PAPF主要由指令检测调理电路和补偿电路组成，其中指令检测调理电路包括负载电流检测电路、调理电路，电流补偿电流包括DSP信号处理电路、驱动电路、功率模块以及交流侧连接电感等部分电路组成，PAPF硬件总体框图如图所示，由DSP最小系统板，电压电流采集电路、调理电路、隔离模块、驱动电路、继电器软启动电路等模块构成。
8.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述研制串联接线下电气隔离式的能源传输方法中SAPF模块主要包括DSP控制板、信号采集板、驱动电路板及主电路。
9.根据权利要求1所述的一种配网台区运行态势感知及自治管理系统，其特征在于：所述自治管理系统中，以线路最优运行为目标，通过感知配电网线路首、中、末端实时运行状态，获取线路负载(含分布式电源)曲线规律，结合变压器容量、三相负荷不平衡度、无功电压、线损等数据，计算当期的运行状态与最优状态之间的差距，通过比例公平能量分配策略计算方法形成最优运行策略，形成配网用户级线路运行的功率平衡与分配，满足配网台区运行态势感知及自治管理需要，并预留后期外部通讯接口，以智能Agent算法协同构建基于智能Agent的协同ICAI虚拟环境。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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