一种电子调压稳压器电压补偿方法及系统与流程

本发明属于稳压调压，具体地说是一种电子调压稳压器电压补偿方法及系统。

背景技术：

1、当前电子调压稳压器多采用固定补偿系数与单级调压控制方案，适配负载类型单一，面对阻性、感性、容性、非线性混合负载时无法动态匹配补偿参数，难以兼顾负载波动、线路阻抗损耗、器件谐波温升多重干扰；传统稳压策略未区分轻载、常载、重载、满载梯度工况，补偿量计算偏差大，输出电压稳压精度不足；现有抽头调压装置仅依据电压偏差直接切换挡位，跨级切换时无缓冲措施，易产生电压突变冲击，损伤双向可控硅与后端用电设备；同时常规补偿算法仅单一采集电压、电流信号，未融合绕组温度、谐波幅值多维度参量，无法量化谐波热应力对调压效果的干扰；此外，传统调压控制缺少周期性迭代校正机制，在电网工况持续变化后补偿误差累积，难以长期将输出电压稳定在额定区间，整体动态响应速度、抗扰动能力与工况适配性较差，无法满足复杂工业电网、多类型非线性负载场景下高精度、无冲击调压的实际使用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种电子调压稳压器电压补偿方法及系统，同步采集电网电压、回路电流、绕组温度、谐波数据并对齐时间戳生成多参量采样序列，提取三维判别因子，构建电网负载扰动智能分类辨识模型识别负载类型，依据功率数据划分负载区间；依托模糊逻辑建立联动补偿系数动态修正模型，迭代求解四元补偿分项并加权融合得到总目标补偿电压；按调压偏差划分三级区间匹配对应抽头步长，同步投切无源补偿支路输出缓冲电压抑制切换冲击，并通过双闭环校正将输出稳定在额定区间；本发明可适配多类型、多梯度负载工况，抑制谐波、温升、线路损耗带来的电压扰动，消除抽头跨档切换电压突变，稳压精度与动态响应性能显著提升。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种电子调压稳压器电压补偿方法，包括：

4、获取目标电网的同步多参量采样序列，基于所述同步多参量采样序列，提取三维判别因子，依据三维判别因子搭建电网负载扰动智能分类辨识模型；

5、基于电网负载扰动智能分类辨识模型甄别电网负载类型，划定四级梯度负载运行区间，构建适配不同负载工况的联动补偿系数动态修正模型；

6、通过联动补偿系数修正模型迭代求解电网前馈偏差、负载动态波动、线路阻抗损耗、谐波温升干扰四元补偿分项，融合得到总目标补偿电压；

7、根据总目标补偿电压划分三级调压偏差区间并匹配对应抽头调压步长，执行调压操作且出现抽头挡位跨级切换需求时，基于实时采集的电网输入电压，解析电压过零点时序特征，以电压过零点时序特征为同步控制基准，同步驱动无源补偿支路输出微缓冲电压、管控双向可控硅的导通与关断；

8、完成本轮电压同步调压后，以半个电网工频周期为迭代间隔重新采集稳压器实际输出电压，迭代修正四元补偿分项对应的修正系数，通过电压双闭环校正机制，将稳压器输出电压收敛校正至额定工作区间。

9、具体地，所述获取目标电网的同步多参量采样序列，包括：

10、基于嵌入式数据采集终端，以预设采样频率同步采集电压互感器二次侧输出的电网输入电压波形数据和稳压器输出电压波形数据，以及电流互感器二次侧输出的回路瞬时电流波形数据；

11、同步接收分布式光纤测温装置输出的器件绕组温度值，以及谐波分析仪基于快速傅里叶变换算法对各相电压电流波形解析后生成的电网次谐波幅值集合；

12、将采集得到的电网输入电压波形数据、稳压器输出电压波形数据和回路瞬时电流波形数据与接收得到的器件绕组温度值、电网次谐波幅值集合按照统一时间戳对齐并打包，生成同步多参量采样序列。

13、具体地，所述提取三维判别因子的过程包括：

14、读取所述同步多参量采样序列中的电网输入电压波形数据、稳压器输出电压波形数据、回路瞬时电流波形数据、器件绕组温度值和电网次谐波幅值集合；

15、采用瞬时功率理论算法依据电网输入电压波形与回路瞬时电流波形计算负载有功功率和无功功率，依据有功功率与无功功率的比值定义第一维判别因子即负载功率因数角；

16、采用电压幅值比较法依据电网输入电压波形和稳压器输出电压波形计算电压跌落深度与电压畸变率，依据电压跌落深度与电压畸变率加权求和的结果定义第二维判别因子即电压质量劣化指数；

17、采用热累积效应模型依据器件绕组温度值计算绕组温升速率，依据绕组温升速率与电网次谐波幅值集合中各次谐波幅值的平方和的乘积定义第三维判别因子即谐波热应力因子；

18、将负载功率因数角、电压质量劣化指数和谐波热应力因子组合为三维判别因子。

19、具体地，所述电网负载扰动智能分类辨识模型的搭建过程为：

20、以三维判别因子中的负载功率因数角、电压质量劣化指数和谐波热应力因子作为输入特征向量，构建基于支持向量机算法的初始分类器；

21、从历史电网数据库中调取已标注负载类型的样本数据集，采用样本数据集对初始分类器进行训练，训练中采用网格搜索算法优化支持向量机的核函数参数和惩罚因子，并将训练后分类器记为电网负载扰动智能分类辨识模型。

22、具体地，所述基于电网负载扰动智能分类辨识模型甄别电网负载类型，划定四级梯度负载运行区间，包括：

23、将三维判别因子输入至已训练完成的电网负载扰动智能分类辨识模型，经电网负载扰动智能分类辨识模型前向计算后输出负载类型判别结果；根据判别结果确定当前电网所属的负载类型，生成与该负载类型唯一对应的负载类型标识码；所述负载类型包括阻性负载、感性负载、容性负载和非线性负载；

24、根据负载类型标识码调取对应的历史运行功率数据集，计算该历史运行功率数据集的功率中位值和功率标准差；

25、以功率中位值为基准，分别采用功率标准差的0.5倍、1倍和2倍作为区间边界阈值，划定轻载运行区间、常载运行区间、重载运行区间和满载运行区间四个梯度区间；

26、将当前计算得到的负载有功功率与四个梯度区间逐一比较，确定当前有功功率所属的梯度负载运行区间，生成区间等级码。

27、具体地，所述构建适配不同负载工况的联动补偿系数动态修正模型，包括：

28、根据区间等级码确定当前所属的梯度负载运行区间，调取与梯度负载运行区间匹配的基础补偿系数初始值；所述基础补偿系数初始值包括电压前馈基础系数、负载波动基础系数、线路阻抗基础系数和谐波温升基础系数；

29、采用模糊逻辑控制算法，以负载功率因数角和电压质量劣化指数作为模糊输入变量，以各基础补偿系数的修正量作为模糊输出变量，经模糊化处理、模糊推理和去模糊化运算后得到各基础补偿系数的动态修正量；

30、将各基础补偿系数初始值与对应的动态修正量叠加，生成联动补偿系数动态修正模型。

31、具体地，所述总目标补偿电压的生成过程包括：

32、将当前周期的电网输入电压波形、稳压器输出电压波形和回路瞬时电流波形输入至联动补偿系数动态修正模型，经联动补偿系数动态修正模型运算后分别得到前馈增益修正系数、波动抑制修正系数、阻抗补偿修正系数和温升衰减修正系数；

33、将电网输入电压波形与稳压器输出电压波形的差值作为电压偏差量，将前馈增益修正系数乘以电压偏差量得到电网前馈偏差补偿分项；将当前时刻负载有功功率与上一时刻负载有功功率的差值作为功率变化率，将波动抑制修正系数乘以功率变化率得到负载动态波动补偿分项；将回路瞬时电流波形经平方运算后乘以阻抗补偿修正系数得到线路阻抗损耗补偿分项；将器件绕组温度值与预设额定温度值的偏差值乘以温升衰减修正系数得到谐波温升干扰补偿分项；

34、从联动补偿系数动态修正模型读取与当前梯度负载运行区间对应的权重系数；所述权重系数包括前馈权重、波动权重、阻抗权重和温升权重；

35、将所述电网前馈偏差补偿分项、负载动态波动补偿分项、线路阻抗损耗补偿分项和谐波温升干扰补偿分项分别乘以对应的权重系数后相加，得到加权补偿总和，再将加权补偿总和与当前稳压器输出电压的瞬时采样值相加，得到总目标补偿电压并存储至缓存寄存器中。

36、具体地，所述根据总目标补偿电压划分三级调压偏差区间并匹配对应抽头调压步长，包括：

37、从缓存寄存器读取总目标补偿电压，计算总目标补偿电压与当前稳压器输出电压的差值作为调压偏差值；

38、将调压偏差值的绝对值分别与预设的第一偏差阈值和第二偏差阈值进行比较；当调压偏差值的绝对值小于或等于第一偏差阈值时，判定为一级调压偏差区间并匹配第一抽头调压步长；当调压偏差值的绝对值大于第一偏差阈值且小于或等于第二偏差阈值时，判定为二级调压偏差区间并匹配第二抽头调压步长；当调压偏差值的绝对值大于第二偏差阈值时，判定为三级调压偏差区间并匹配第三抽头调压步长；输出调压偏差区间等级和对应的抽头调压步长至抽头切换执行器；所述第一偏差阈值小于所述第二偏差阈值。

39、具体地，所述执行调压操作且出现抽头挡位跨级切换需求时，基于实时采集的电网输入电压，解析电压过零点时序特征，包括：

40、抽头切换执行器接收调压偏差区间等级和抽头调压步长后，判断当前抽头挡位与目标抽头挡位之间的差值是否大于1，若大于1则判定为出现抽头挡位跨级切换需求；

41、在判定出现跨级切换需求时，实时采集电网输入电压波形，采用过零比较器检测电网输入电压波形从负半周跨越至正半周的时刻记为正向过零点时刻，检测从正半周跨越至负半周的时刻记为负向过零点时刻，依据连续多个工频周期的正向过零点时刻和负向过零点时刻计算电网电压的周期稳定度和频率偏移量；

42、将当前时刻之后最近的一个正向过零点时刻或负向过零点时刻记为同步过零点时刻；

43、将同步过零点时刻、周期稳定度和频率偏移量作为电压过零点时序特征。

44、一种电子调压稳压器电压补偿系统，包括：

45、多通道同步采集模块，用于生成同步多参量采样序列；

46、负载智能辨识模块，读取同步多参量采样序列，计算三维判别因子，以三维判别因子为输入运行训练完成的电网负载扰动智能分类辨识模型，输出负载类型并生成标识码，再结合历史功率数据划分四级梯度负载运行区间并输出区间等级码；

47、补偿电压模块，依据区间等级码调取基础补偿系数初始值，采用模糊逻辑控制算法求解各系数动态修正量，搭建联动补偿系数动态修正模型，依托联动补偿系数动态修正模型分别求解四元补偿分项，叠加生成总目标补偿电压；

48、调压偏差区间判定模块，读取缓存寄存器内总目标补偿电压，划分调压偏差区间并匹配对应抽头调压步长，判断是否存在抽头跨级切换需求；

49、缓冲调压控制模块，实时采集电网输入电压，通过过零比较器解析过零点时序特征，以半个工频周期为驱动窗口，同步驱动双向可控硅在过零点导通接入无源补偿支路输出微缓冲电压，窗口结束后撤除脉冲使可控硅电流过零自然关断切除补偿支路。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

51、1.本发明提出一种电子调压稳压器电压补偿方法，本发明通过多参量同步采样融合电压、电流、绕组温度、谐波数据，构建三维判别因子与svm智能分类模型，可精准识别四类负载并划分四级梯度负载区间，结合模糊逻辑动态修正补偿系数，拆分电网前馈偏差、负载波动、线路阻抗损耗、谐波温升四元补偿分项加权计算补偿电压，区别于传统固定补偿参数方案，能够适配不同负载工况动态调整补偿量，有效抵消线路压降、负载突变、谐波发热带来的电压偏移，提升复杂电网下电压补偿计算精度；同时采用半工频周期迭代更新修正系数搭配电压双闭环校正机制，持续收敛输出电压误差，避免工况变化造成补偿误差累积，长期维持输出电压处于额定工作区间，提升稳压器稳态稳压精度与抗扰动能力。

52、2.本发明提出一种电子调压稳压器电压补偿方法，本发明针对抽头跨级切换冲击问题，提取电网电压过零点时序特征作为同步控制基准，在过零点同步投切无源补偿支路输出微缓冲电压，配合双向可控硅过零导通、自然关断控制，有效抑制挡位切换瞬间的电压突变，降低器件冲击损耗，延长可控硅与调压设备使用寿命；另外依据调压偏差划分三级区间匹配差异化抽头调压步长，小偏差小幅调节、大偏差快速调压，兼顾调压平稳性与响应速度，整套控制逻辑兼顾稳态补偿精度与动态切换无冲击特性，适配工业非线性、多梯度混合负载场景，综合稳压性能与设备可靠性较传统调压方案大幅优化。