一种配网末端低电压综合治理装置及其控制方法与流程

本发明涉及配网末端低电压治理，尤其是一种配网末端低电压综合治理装置及其控制方法。

背景技术：

1、电能作为一种清洁高效的能源，己经广泛应用到各行各业，配电网处于整个电力系统的末端,其电能质量的好坏直接关系到用户电气设备特别是精密仪器能否正常运行。一般来说，电力系统中的电能质量问题可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问题，随着用电负荷多元化发展和用电需求的不断增长，对电能质量的要求也在不断提高，电压骤降、突升或闪变等电能质量动态波动问题己经成为影响用电设备和性能的主要问题。

2、以计算机和精密医疗设备为例，计算机作为当今社会重要而普遍的办公设备，其稳定的工作电压范围为0.9-1.1pu，当供电电压跌落到0.7pu以下，持续时间超过20ms时计算机设备将无法正常运行，对电压质量非常敏感的伽玛刀、核磁共振等精密医疗仪器也会因电压质量问题直接影响手术效果，可能发生中途停机，可能造成巨大的经济损失；

3、为了解决电压骤降、突升或闪变等电能质量动态波动问题，业内提出了多种解决方案。例如，静态无功补偿器(svc)通过自动调节无功功率来维持电压稳定，但对于瞬态波动的快速反应能力有限；电压源变换器(vsc)可灵活控制输出电能，用于电压控制，但其控制策略复杂。超导磁能储存(smes)系统虽然能快速应对电压波动，但其高成本和技术要求使其在应用中受到阻碍。此外，电力质量监测设备和配电自动化系统虽然能提供实时监测和智能调度，但缺乏主动补偿能力。因此，虽然现有方案在一定程度上改善了电能质量，但仍未能充分满足电力系统日益增长的电能质量需求。

4、基于此，本发明提供一种配网末端低电压综合治理装置及其控制方法，以提高电力系统的可靠性和稳定性，改善供电质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种配网末端低电压综合治理装置及其控制方法，以提高电力系统的可靠性和稳定性，改善供电质量。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种配网末端低电压综合治理装置控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1、通过检测模块检测负载侧的实时三相电压信号，并将检测到的信号输出给中控模块；

5、步骤2、通过人机交互模块在中控模块中设置三相电压预期值，中控模块计算所述实时三相电压信号与三相电压预期值的当前差值，并将计算出的差值输出给调节模块；

6、步骤3、在调节模块的pid控制器上预设pid控制算法；pid控制器使用中控模块输出的当前差值作为pid控制算法的输入量，计算出当前调节模块输出的调制系数，调节模块依据调制系数控制svpwm产生电路输出控制信号；

7、步骤4、控制信号控制逆变模块将储能模块输出的直流电转化为交流电；

8、步骤5、重复执行步骤1到步骤4，以最小化当前差值。

9、优选地，所述pid控制算法包括以下步骤：

10、步骤a、误差计算与滤波；

11、读取当前误差：

12、e＝ut-uo；

13、进行低通滤波以平滑误差：

14、f＝a·fprev+(1-a)·e；

15、其中，ut为三相电压预期值，uo为实时三相电压信号，e为当前误差；f为滤波后的误差，a为滤波系数，fprev为上次滤波误差；

16、步骤b、计算输出增量；其公式为：

17、δu＝kp·(f-e1)+ki·f+kd·(f-2e1+e2)；

18、其中，δu为输出增量，e1，e2为之前两个时间点的误差，kd为微分增益；

19、步骤c、输出更新；

20、u＝u1+δu；

21、其中u为当前输出，u1为上次输出；

22、步骤d、更新历史误差和输出值；

23、e2＝e1；

24、e1＝f；

25、u1＝u；

26、其中，e2，e1为更新后的历史误差；u1为更新后的控制输出。

27、优选地，所述所述步骤b中计算输出增量前进行pid增益调整；

28、kp＝kp0+b·∣f∣；

29、ki＝ki0+c·(1-∣f∣)；

30、kd＝kd0+d·∣f∣；

31、其中，kp，ki，kd为调整后的增益，kp0，ki0为基础增益，b，c，d为动态调整系数。

32、优选地，所述步骤c中输出更新后进行输出范围限制：

33、

34、其中，u为经过限幅处理后的输出值，minu，maxu为输出的上下限。

35、优选地，所述步骤a中滤波系数a根据误差变化率自适应调整，包括以下步骤：

36、步骤s1、计算当前误差e和前一个误差eprev的差值，得到误差变化率δe＝∣e-eprev∣；

37、步骤s2、设定最大滤波系数amax和最小滤波系数amin，以及误差变化率阈值δethreshold；

38、步骤s3、根据误差变化率δe调整滤波系数a：

39、当δe＞δethreshold时，滤波系数a通过以下公式减小，以提高响应速度：

40、

41、当δe≤δethreshold时，滤波系数a增大至amax，以增加平滑度。

42、优选地，所述步骤3中调节模块将svpwm产生电路输出的脉宽值乘以调制系数得到控制信号。

43、本发明的另一目的在于，提供一种配网末端低电压综合治理装置，包括：检测模块、整流模块、储能模块、逆变模块、隔离变压模块、中控模块、调节模块以及人机交互模块；整流模块、储能模块、逆变模块、隔离变压模块依次连接，整流模块的输入端与三相电网连接，隔离变压模块输出端与负载侧连接；

44、所述检测模块，检测负载侧的实时三相电压信号，并将检测到的信号输出给中控模块；

45、所述整流模块，将三相电网电压整流为直流电压，存储在储能模块中；

46、所述储能模块，当负载侧电压发生跌落时储能模块中储存的电能传输给逆变模块；

47、所述逆变模块，将储能模块输出的直流电转换为交流电，并输出给隔离变压模块；

48、所述隔离变压模块，将逆变模块输出的电压经隔离放大后补偿到到电网三相电压中，保证负载侧电压的稳定；

49、所述人机交互模块，与中控模块连接，用于设置三相电压预期值；

50、所述中控模块，与调节模块及检测模块连接，依据检测模块输出的实时三相电压信号，计算三相电压预期值与实时三相电压信号的当前差值电压，并将计算出的差值输出给调节模块；

51、所述调节模块包括：svpwm产生电路以及pid控制器；svpwm产生电路用于给逆变模块提供控制信号；pid控制器根据中控模块输入的当前差值，使用pid控制算法计算出当前调节模块输出的调制系数，并利用调制系数控制svpwm产生电路输出的控制信号，控制信号控制逆变模块将储能模块输出的直流电转换为交流电。

52、优选地，所述逆变模块与隔离变压模块之间设有lc滤波器。

53、优选地，所述逆变模块采用三相逆变桥电路。

54、本发明公开一种配网末端低电压综合治理装置及其控制方法具有以下有益效果。

55、本发明整流模块、储能模块、逆变模块、隔离变压模块依次连接，整流模块的输入端与三相电网连接，隔离变压模块输出端与负载侧连接，通过实时监测和调整负载侧的三相电压信号，保证电压维持在预期范围内，从而提高电力系统的稳定性，减少因电压波动引起的设备故障；利用pid控制算法和svpwm控制逆变模块动作，能够快速响应电压波动，实现动态调整；通过储能模块在电压稳定时期存储电能，并在电压跌落时快速释放，保证负载侧的电压稳定，同时提高能量利用率，在电压正常时储能模块仅做滤波使用。通过在逆变模块与隔离变压模块之间设置lc滤波器，提高电能质量，提升配电网末端的电压可靠性。