CN113285462A - 一种输电线路的智能稳压装置及控制方法、设备、介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种输电线路的智能稳压装置及控制方法、设备、介质，装置包括：双向电压源型功率变换器和非敏感负载、第一电容和电感；双向电压源型功率变换器的第一端与电感的第一端相连，电感的第二端与第一电容的第一端相连，第一电容的第二端与非敏感负载的第一端相连；双向电压源型功率变换器的第二端与第一电容的第二端以及非敏感负载的第一端相连；智能稳压装置并联于输电线路上；并通过本申请改进的控制方法对其控制，使得各智能稳压装置协调工作。从而解决了现有技术体积大、成本高、且无法协调工作的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种输电线路的智能稳压装置及控制方法、设备、介质。
背景技术
随着电网规模的不断扩大，传统能源供应日益紧张，用户用电需求不断提高，在电源侧，分布式发电开始接入电网，太阳能，风能等间断性新能源在电网中的渗透率不断增加；在负荷侧，大量电力电子器件以及大功率非线性负载的使用，如电弧炉以及冷轧钢机，还有大容量的单相负荷，使得低压配电网的电压不稳定，供电质量参差不齐。
为改善电压的波动，传统技术技术通过电力储能来实现瞬时电力的供需平衡，然而其经济成本和功能瓶颈限制了其规模化发展。而现有技术通过无功补偿器来实现无功平衡以稳定电压，但是由于无功补偿不能连续可调，使得会产生较多谐波，并且装置体积较大，成本较高；进一步地，用于控制无功补偿器的控制系统的成本高，具体的，由于对控制系统中的多个无功补偿器(稳压装置)的基准电压一般直接采用线路额定电压，并且各无功补偿器独立运行，并不协调工作。
发明内容
本申请提供了一种输电线路的智能稳压装置及控制方法、设备、介质，用于解决现有技术体积大、成本高、且无法协调工作的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种输电线路的智能稳压装置，所述装置包括：
所述双向电压源型功率变换器的第一端与所述电感的第一端相连，所述电感的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述非敏感负载的第一端相连；
所述双向电压源型功率变换器的第二端与所述第一电容的第二端以及所述所述非敏感负载的第一端相连；
所述智能稳压装置并联于输电线路上。
可选地，所述双向电压源型功率变换器，包括：双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、控制系统、第二电容、储能电源；
所述双向AC/DC变换器的第一端与所述电感的第一端相连，第二端与所述第一电容的第二端以及所述非敏感负载的第一端相连；
所述双向AC/DC变换器与所述双向DC/DC变换器、储能电源依次串联，所述第二电容并联于所述双向AC/DC变换器与所述双向DC/DC变换器之间；
所述控制系统用于：控制所述双向DC/DC变换器和双向AC/DC控制模块，在充电时对交流侧的电压进行转换，使得转换后得到的直流电压满足对所述储能电源进行充电，在放电时对储能电源的电压进行转换，使得储能电源对电网进行充电。
可选地，所述控制系统包括：双向AC/DC控制模块、双向DC/DC控制模块、主控制器；
所述双向AC/DC控制模块并联于所述双向AC/DC变换器，所述双向DC/DC控制模块并联于所述双向DC/DC变换器；
所述双向AC/DC控制模块通过所述主控制器与所述双向DC/DC控制模块串联连接；
所述主控器用于：协调所述双向AC/DC控制模块和所述双向DC/DC控制模块之间的工作。
可选地，所述储能电源为：储能直流电源。
可选地，所述智能稳压装置与敏感负载并联连接。
可选地，所述第一电容和所述电感构成低通无源滤波器。
本申请第二方面提供一种输电线路的智能稳压装置的控制方法，应用于由第一方面提供的智能稳压装置并联于输电线构成的电网系统，所述方法包括：
获取输电线公共节点的测量电压、输电线路的额定电压；
基于智能稳压装置的控制框图，根据所述测量电压、额定电压建立智能稳压装置的基准控制电压关系式；
设定所述电压关系式的控制误差、电压幅值调制系数，根据所述基准控制电压关系式计算智能稳压装置的基准控制电压；
将所述基准控制电压加入到对应的智能稳压装置，使得各智能稳压装置协调工作。
可选地，所述基准控制电压关系式为：
vmx-emx＝vm *-MK+vmx-ref；
式中，vmx为输电线公共节点的测量电压；emx为控制误差；vm *为输电线路的额定电压；M为电压幅值调制系数；K为常数；vmx-ref为基准控制电压。
本申请第三方面提供一种输电线路的智能稳压装置的控制设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第二方面所述的输电线路的智能稳压装置的控制方法的步骤。
本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第二方面所述的输电线路的智能稳压装置的控制方法。
本申请提供了一种输电线路的智能稳压装置，包括：双向电压源型功率变换器和非敏感负载、第一电容和电感；双向电压源型功率变换器的第一端与电感的第一端相连，电感的第二端与第一电容的第一端相连，第一电容的第二端与非敏感负载的第一端相连；双向电压源型功率变换器的第二端与第一电容的第二端以及非敏感负载的第一端相连；智能稳压装置并联于输电线路上；并通过本申请改进的控制方法对其控制，使得各智能稳压装置协调工作。
本申请的输电线路的智能稳压装置，由双向电压源型功率变换器和非敏感负载构成，无需远程通信辅助，装置体积小，自身成本及后期维护成本远低于大容量电能存储设备，响应速度快，可分相独立运行。同时由于功率变换器为电压源型功率变换器，利用功率变换器中储能单元使得智能稳压装置工作在多种模式，以实现在补偿电网无功功率与有功功率的同时，也可以作为分布式储能设备缓冲电能，实现可同时实现稳压与储能的功能，稳压精度高，并且第一电容和电感构成的低通无源滤波器能够滤除谐波的干扰。
进一步地，在原智能稳压控制器的基础上，加入了一个新的基准电压，使得该稳压装置通过自动基准电压控制方法对其进行控制，从而使同一线路上多个控制器可以协调合作，优化智能稳压装置容量资源配置，减少成本，并对智能稳压装置在电网中的大规模分布式应用提供了协调控制的方法；同时由于智能稳压装置的自动基准电压协调统一控制可以使各智能稳压装置中的非敏感负载较均匀地承担多余的荷载量(或者较均匀的减载)，使系统的运行更加安全平稳。从而解决了现有技术体积大、成本高、且无法协调工作的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的系统架构图；
图2为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的结构图；
图3为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的控制设备的控制框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，图1为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的系统架构图。
本申请实施例提供的一种输电线路的智能稳压装置，包括：双向电压源型功率变换器和非敏感负载、第一电容和电感；
所述双向电压源型功率变换器的第一端与所述电感的第一端相连，所述电感的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述非敏感负载的第一端相连；所述双向电压源型功率变换器的第二端与所述第一电容的第二端以及所述所述非敏感负载的第一端相连；所述智能稳压装置并联于输电线路上。
需要说明的是，图1是在同时含有交流电源与新能源发电的电力系统中，智能稳压装置在系统中的位置框图。其中，智能稳压装置由一个双向的电压源型功率变换器与一个对电压不敏感的负载串联组成，无需远程通信辅助，装置体积小，自身成本及后期维护成本远低于大容量电能存储设备，响应速度快，可分相独立运行。对电压变动敏感的负载并联在智能稳压装置上，其中主要电气量包含了交流电源的源阻抗，输电线路的线阻抗，以及负载端公共节点处与非敏感负载上的电压。
在一条输电线路上，因线路阻抗的存在，在离电源的不同距离处，其实际电压与该输电线路的额定电压并不相等；同时，由于电源端新能源并网比例的增加以及负载端大型非线性负荷的存在，会使得输电线上的电压产生一定范围内的波动，电压的较大范围波动对整个电力系统的稳定运行会产生严重影响，而本实施例提出的智能稳压装置可以自动稳定线路上不同安装位置处的电压，同时，也可以利用双向功率变换器来实现电网与该装置之间的能量转换。
请参阅图2，图2为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的结构图。
进一步地，在一个可选的实施方式中，双向电压源型功率变换器，包括：双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、控制系统、第二电容、储能电源；
双向AC/DC变换器的第一端与电感的第一端相连，第二端与第一电容的第二端以及非敏感负载的第一端相连；双向AC/DC变换器与双向DC/DC变换器、储能电源依次串联，第二电容并联于双向AC/DC变换器与双向DC/DC变换器之间；控制系统用于：控制双向DC/DC变换器和双向AC/DC控制模块，在充电时对交流侧的电压进行转换，使得转换后得到的直流电压满足对储能电源进行充电，在放电时对储能电源的电压进行转换，使得储能电源对电网进行充电。
需要说明的是，在电网中，可以将智能稳压装置看成是一种分布式的储能电源与可控负载，本实施直流端的储能电源采用储能直流电源，可使系统工作在多种模式，可同时实现有功与无功功率与和整个电网的交换；双向DC/DC变换器为保护储能电池而设计，充电时，使从交流端整流过来的直流电压满足给储能电池充电的电压条件，使其接收从电网过来的能量；放电时，使从储能电源端输出的电压满足双向逆变器的逆变条件，从而对电网输出能量。
进一步地，在一个可选的实施方式中，所述控制系统包括：双向AC/DC控制模块、双向DC/DC控制模块、主控制器；
所述双向AC/DC控制模块并联于所述双向AC/DC变换器，所述双向DC/DC控制模块并联于所述双向DC/DC变换器；所述双向AC/DC控制模块通过所述主控制器与所述双向DC/DC控制模块串联连接；所述主控器用于：协调所述双向AC/DC控制模块和所述双向DC/DC控制模块之间的工作。
需要说明的是，本实施例的双向AC/DC控制模块和双向DC/DC控制模块由同一个主控制器协调控制。该控制系统的特性是可以将电网电压稳定在给定参考值，而不受外界扰动的干扰，同时直流储能电源的存在，也可以向电网输出有功功率。
进一步地，在一个可选的实施方式中，本实施例的智能稳压装置与敏感负载并联连接。如图1所示。
进一步地，第一电容和所述电感构成低通无源滤波器。需要说明的是，本申请中智能稳压装置基本电路采用了LC低通无源滤波，可滤除低次谐波的干扰。
以上为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的实施例，以上为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的控制方法的实施例。
请参阅图3，图3为本申请实施例中提供的一种输电线路的智能稳压装置的控制设备的控制框图。
需要说明的是，在传统的单一稳压控制器设计中，是直接将离电源端X处的电压与(即线路额定电压)作差来形成误差e，但是在对一条线路上的不同位置处多个稳压控制器同时进行设计时，这种方法并不可取，因为会造成各控制器之间独立工作而不相互协调配合，功率与负荷在各控制器上的分配并不均匀，造成资源的浪费，比如，在一条线路上，某一个控制器产生电压支持，另一个控制器产生电压抑制，两者之间相互独立工作，这种情况虽然在智能稳压装置容量足够的情况下仍然可以稳定运行，但现实际运行中，智能稳压装置的容量会因降低成本而受到限制，该工作模式的稳定运行就会受到影响；因此，需要协调统一控制各个控制器，使其相互合作，共同出力来平衡线路上有功与无功，这样，各个装置的容量都会得到充分利用，非敏感负载上的负荷分配会更加均匀。
而本申请的控制方法，在原智能稳压控制器的基础上，加入了一个新的基准电压vmx-ref，如图3所示，该基准电压是一个随着智能稳压装置安装位置的不同而变化的量，其关系由基准控制电压关系式表示。在该控制器中，vmx为实际线路公共节点的测量电压，v* m为线路额定电压，vmx-ref为经过调节的公共节点基准电压，将新得的误差emx经过PI控制环，得到M(是对误差进行比例与积分运算之后的结果)，可以看成是脉宽调制系统中调节电压幅值的调制系数，M的正负极性表示输出功率的无功特性，该调制系数与常数K相乘后的数值再与线路额定电压作差来得到线路上不同智能稳压装置安装位置处新的基准控制电压。
因此，本申请提供了以下的智能稳压装置的控制方法。
本申请实施例提供的一种输电线路的智能稳压装置的控制方法，应用于由上述装置实施例中任意一种输电线路的智能稳压装置并联于输电线构成的电网系统，包括：
步骤101、获取输电线公共节点的测量电压、输电线路的额定电压。
步骤102、基于智能稳压装置的控制框图，根据所述测量电压、额定电压建立智能稳压装置的基准控制电压关系式。
其中，基准控制电压关系式为：
vmx-emx＝vm *-MK+vmx-ref；
式中，vmx为输电线公共节点的测量电压；emx为控制误差；vm *为输电线路的额定电压；M为电压幅值调制系数；K为常数；vmx-ref为基准控制电压。
步骤103、设定所述电压关系式的控制误差、电压幅值调制系数，根据所述基准控制电压关系式计算智能稳压装置的基准控制电压。
步骤104、将所述基准控制电压加入到对应的智能稳压装置，使得各智能稳压装置协调工作。
本申请的输电线路的智能稳压装置的控制方法，在原智能稳压控制器的基础上，加入了一个新的基准电压，使得该稳压装置通过自动基准电压控制方法对其进行控制，从而使同一线路上多个控制器可以协调合作，优化智能稳压装置容量资源配置，减少成本，并对智能稳压装置在电网中的大规模分布式应用提供了协调控制的方法；同时由于智能稳压装置的自动基准电压协调统一控制可以使各智能稳压装置中的非敏感负载较均匀地承担多余的荷载量(或者较均匀的减载)，使系统的运行更加安全平稳。从而解决了现有技术体积大、成本高、且无法协调工作的技术问题。
进一步地，本申请还提供了一种输电线路的智能稳压装置的控制设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述装置所述的输电线路的智能稳压装置的控制方法。
进一步地，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述装置述的输电线路的智能稳压装置的控制方法。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种输电线路的智能稳压装置，其特征在于，包括：双向电压源型功率变换器和非敏感负载、第一电容和电感；
所述双向电压源型功率变换器的第一端与所述电感的第一端相连，所述电感的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述非敏感负载的第一端相连；
所述双向电压源型功率变换器的第二端与所述第一电容的第二端以及所述所述非敏感负载的第一端相连；
所述智能稳压装置并联于输电线路上。
2.根据权利要求1所述的输电线路的智能稳压装置，其特征在于，所述双向电压源型功率变换器，包括：双向AC/DC变换器、双向DC/DC变换器、控制系统、第二电容、储能电源；
所述双向AC/DC变换器的第一端与所述电感的第一端相连，第二端与所述第一电容的第二端以及所述非敏感负载的第一端相连；
所述双向AC/DC变换器与所述双向DC/DC变换器、储能电源依次串联，所述第二电容并联于所述双向AC/DC变换器与所述双向DC/DC变换器之间；
所述控制系统用于：控制所述双向DC/DC变换器和双向AC/DC控制模块，在充电时对交流侧的电压进行转换，使得转换后得到的直流电压满足对所述储能电源进行充电，在放电时对储能电源的电压进行转换，使得储能电源对电网进行充电。
3.根据权利要求2所述的输电线路的智能稳压装置，其特征在于，所述控制系统包括：双向AC/DC控制模块、双向DC/DC控制模块、主控制器；
所述双向AC/DC控制模块并联于所述双向AC/DC变换器，所述双向DC/DC控制模块并联于所述双向DC/DC变换器；
所述双向AC/DC控制模块通过所述主控制器与所述双向DC/DC控制模块串联连接；
所述主控器用于：协调所述双向AC/DC控制模块和所述双向DC/DC控制模块之间的工作。
4.根据权利要求2所述的输电线路的智能稳压装置，其特征在于，所述储能电源为：储能直流电源。
5.根据权利要求1所述的输电线路的智能稳压装置，其特征在于，所述智能稳压装置与敏感负载并联连接。
6.根据权利要求1所述的输电线路的智能稳压装置，其特征在于，所述第一电容和所述电感构成低通无源滤波器。
7.一种输电线路的智能稳压装置的控制方法，应用于由权利要求1-5中任意一种输电线路的智能稳压装置并联于输电线构成的电网系统，其特征在于，
获取输电线公共节点的测量电压、输电线路的额定电压；
基于智能稳压装置的控制框图，根据所述测量电压、额定电压建立智能稳压装置的基准控制电压关系式；
设定所述电压关系式的控制误差、电压幅值调制系数，根据所述基准控制电压关系式计算智能稳压装置的基准控制电压；
将所述基准控制电压加入到对应的智能稳压装置，使得各智能稳压装置协调工作。
8.根据权利要求5所述的输电线路的智能稳压装置的控制方法，其特征在于，所述基准控制电压关系式为：
vmx-emx＝vm *-MK+vmx-ref；
式中，vmx为输电线公共节点的测量电压；emx为控制误差；vm *为输电线路的额定电压；M为电压幅值调制系数；K为常数；vmx-ref为基准控制电压。
9.一种输电线路的智能稳压装置的控制设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求6-7任一项所述的输电线路的智能稳压装置的控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求6-7任一项所述的输电线路的智能稳压装置的控制方法。
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