一种高频变压器能量调度与负载均衡方法及系统与流程

本发明涉及变压器控制，尤其涉及一种高频变压器能量调度与负载均衡方法及系统。

背景技术：

1、高频变压器能量调度与负载均衡方法是指面向工作于高频电能变换场景下的变压器，对其输入侧、输出侧以及负载侧之间的能量分配关系和负载承载关系进行控制管理的方法。

2、传统的高频变压器能量调度与负载均衡方法，虽然能够依据输入功率、输出功率或负载电流对能量传递进行常规控制，但是，在光伏输入侧供能快速下降、直流母线电压同步下跌且负载侧电流需求继续上升的情况下，单纯依赖固定分配比例或静态额定电流边界，容易出现调度依据与实际工况脱节的问题。具体而言，输入侧能量收缩会使可调度功率空间变小，负载侧需求增加又会推动各并联支路继续增流，而不同并联支路在温度、等效电阻、等效漏感和电流响应速度上存在差异，传统方式难以及时区分哪些支路仍具备承载裕量，哪些支路已经接近承载边界，哪些支路在驱动信号下发后没有达到预期响应。因此，在受限工况下，容易造成部分支路被继续分配较大的电流增量，部分支路实际响应偏差被忽略，进而使负载均衡结果与各并联支路的实时承载能力不一致。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高频变压器能量调度与负载均衡方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种高频变压器能量调度与负载均衡方法，包括以下步骤：

3、获取变压器能量调度的控制周期内的变压器运行参数集合；

4、根据变压器运行参数集合确定每项变压器运行特征，整合为变压器运行特征集合；

5、基于变压器运行特征集合判定变压器是否处于受限运行工况，在判定为受限运行工况时，根据变压器运行参数集合确定变压器总可分配电流增量上限；

6、根据变压器运行参数集合和变压器运行特征集合，确定变压器每个并联支路的动态承载裕量，结合变压器总可分配电流增量上限，计算每个并联支路的电流增量；

7、参照每个并联支路的电流增量和变压器运行特征集合生成每个并联支路的驱动信号，计算下发驱动信号后每个并联支路的实际电流斜率和电流爬升斜率；

8、根据每个并联支路的实际电流斜率和电流爬升斜率计算每个并联支路的实际响应斜率偏差，结合每个并联支路的动态承载裕量调整每个并联支路的电流增量，得到负载均衡调度结果。

9、作为本发明的进一步方案，所述获取变压器能量调度的控制周期内的变压器运行参数集合包括：

10、获取变压器能量调度的控制周期内的变压器光伏阵列的输出电压、变压器光伏阵列的输出电流、变压器直流母线的瞬时电压、变压器负载总电流以及变压器每个并联支路的实际流过电流和驱动电压，得到变压器电气参数；

11、采集控制周期内变压器每个并联支路的局部温度，得到变压器温度参数；

12、整合全部所述变压器电气参数和所述变压器温度参数，得到变压器运行参数集合。

13、作为本发明的进一步方案，所述根据变压器运行参数集合确定每项变压器运行特征，整合为变压器运行特征集合包括：

14、计算所述变压器运行参数集合中变压器光伏阵列的输出电压与变压器光伏阵列的输出电流的乘积，得到光伏阵列输出功率，获取控制周期起始采样时刻的上一采样时刻作为控制周期前的数据，以及控制周期结束采样时刻作为控制周期后的数据，计算光伏阵列输出功率在控制周期前和控制周期后的功率差值，并计算功率差值与控制周期的比值，得到光伏阵列输出功率变化率，计算变压器直流母线的瞬时电压与变压器负载总电流的乘积，得到总有功功率，计算变压器直流母线的瞬时电压在控制周期前和控制周期后的电压差值，并计算电压差值与控制周期的比值，得到直流母线电压瞬时导数，计算变压器负载总电流在控制周期前和控制周期后的电流差值，并计算电流差值与控制周期的比值，得到负载总电流瞬时上升斜率，计算总有功功率在控制周期前和控制周期后的跃变差值，得到总有功功率跃变幅度；

15、参照所述变压器运行参数集合，计算预设磁芯基准饱和温度与每个并联支路的局部温度的温度差值，并计算温度差值与预设基准饱和温差的比值，得到每个并联支路的温度修正系数，计算每个并联支路的实际流过电流在控制周期前和控制周期后的支路电流差值，并计算支路电流差值与控制周期的比值，得到每个并联支路的电流瞬时变化率；

16、建立配置有预设初始漏感参数和预设初始电阻参数的变压器支路等效电路模型，将所述每个并联支路的电流瞬时变化率、每个并联支路的实际流过电流以及每个并联支路驱动电压代入变压器支路等效电路模型，结合预设初始漏感参数和预设初始电阻参数对变压器支路等效电路模型进行参数拟合运算，得到每个并联支路漏感基础值和电阻基础值，计算漏感基础值与对应温度修正系数的乘积，得到每个并联支路等效漏感，计算电阻基础值与对应温度修正系数的乘积，得到每个并联支路等效电阻；

17、整合所述光伏阵列输出功率、所述光伏阵列输出功率变化率、所述直流母线电压瞬时导数、所述负载总电流瞬时上升斜率、所述总有功功率跃变幅度、所述每个并联支路的等效漏感和等效电阻，分别作为每项变压器运行特征，构建变压器运行特征集合。

18、作为本发明的进一步方案，所述基于变压器运行特征集合判定变压器是否处于受限运行工况，在判定为受限运行工况时，根据变压器运行参数集合确定变压器总可分配电流增量上限包括：

19、当所述变压器运行特征集合中的光伏阵列输出功率变化率小于预设光伏功率收缩阈值、直流母线电压瞬时导数小于预设母线电压跌落阈值、负载总电流瞬时上升斜率大于预设负载电流上升阈值且总有功功率跃变幅度大于预设功率跃变阈值时，判定变压器处于输入能量收缩与负载需求增加重合的受限运行工况；

20、当变压器处于所述受限运行工况时，获取变压器母线电容容量，计算所述变压器运行特征集合中光伏阵列输出功率变化率与控制周期的乘积，得到光伏阵列输出功率变化量，计算光伏阵列输出功率变化量与光伏阵列输出功率的和，得到光伏阵列预测注入功率；同时计算所述变压器运行参数集合中变压器直流母线的瞬时电压的平方、变压器母线电容容量和预设能量系数的乘积，得到母线瞬时电容能量，计算母线瞬时电容能量与控制周期的比值，得到母线瞬时放电功率，计算母线瞬时放电功率与所述光伏阵列预测注入功率的和，得到总可调度预测功率，计算总可调度预测功率与变压器直流母线的瞬时电压的比值，得到总可调度预测电流，计算总可调度预测电流与变压器负载总电流的电流差值，作为变压器总可分配电流增量上限。

21、作为本发明的进一步方案，所述根据变压器运行参数集合和变压器运行特征集合，确定变压器每个并联支路的动态承载裕量，结合变压器总可分配电流增量上限，计算每个并联支路的电流增量包括：

22、获取变压器每个并联支路的额定电流上限，计算所述变压器运行特征集合中每个并联支路的等效电阻与每个并联支路的等效漏感的比值，得到每个并联支路的瞬态增流敏感度，计算所述变压器运行参数集合中每个并联支路的额定电流上限与每个并联支路的实际流过电流的电流差值，作为每个并联支路的基础承载裕量；

23、计算预设降额基准温度与所述变压器运行参数集合中每个并联支路的局部温度的比值，作为每个并联支路的温度降额补偿系数，计算所述每个并联支路的基础承载裕量与温度降额补偿系数的乘积，得到每个并联支路的动态承载裕量，对每个并联支路的瞬态增流敏感度和动态承载裕量分别进行归一化处理，得到归一化后的每个并联支路的瞬态增流敏感度和动态承载裕量；

24、计算归一化后的每个并联支路的所述瞬态增流敏感度与归一化后的每个并联支路的所述动态承载裕量的乘积，得到每个并联支路的支路综合评价值；计算全部并联支路的支路综合评价值之和，得到支路综合评价总值；计算每个并联支路的支路综合评价值与所述支路综合评价总值的比值，作为每个并联支路的支路综合分配权重系数，分别计算每个并联支路的支路综合分配权重系数与所述变压器总可分配电流增量上限的乘积，得到每个并联支路的电流增量。

25、作为本发明的进一步方案，所述参照每个并联支路的电流增量和变压器运行特征集合生成每个并联支路的驱动信号，计算下发驱动信号后每个并联支路的实际电流斜率和电流爬升斜率包括：

26、根据所述每个并联支路的电流增量以及所述变压器运行特征集合中的每个并联支路的等效漏感和每个并联支路的等效电阻，生成每个并联支路的驱动信号；

27、监测变压器下发所述每个并联支路的驱动信号后在控制周期内的变压器每个并联支路的实际流过电流，计算实际流过电流在控制周期前和控制周期后的爬升差值，计算爬升差值与控制周期的比值，得到每个并联支路的实际电流斜率；

28、分别计算所述每个并联支路的电流增量与控制周期的比值，得到每个并联支路的电流爬升斜率。

29、作为本发明的进一步方案，所述根据每个并联支路的实际电流斜率和电流爬升斜率计算每个并联支路的实际响应斜率偏差，结合每个并联支路的动态承载裕量调整每个并联支路的电流增量，得到负载均衡调度结果包括：

30、计算所述每个并联支路的实际电流斜率与所述每个并联支路的电流爬升斜率的斜率差值，得到每个并联支路的实际响应斜率偏差，计算实际响应斜率偏差与控制周期的乘积，得到每个并联支路的支路偏差电流；

31、当所述实际响应斜率偏差小于预设健康响应容差阈值时，判定每个并联支路响应正常并标记为健康支路，当实际响应斜率偏差大于或等于健康响应容差阈值时，判定每个并联支路响应异常并标记为异常支路进行剔除，针对筛选出的健康支路，提取归一化后的每个并联支路的动态承载裕量作为健康支路对应的健康支路动态承载裕量，结合健康支路动态承载裕量计算健康支路在控制周期内的健康支路最大电流增量步长，计算所有健康支路对应的健康支路动态承载裕量的和，得到总健康动态承载裕量，计算健康支路动态承载裕量与总健康动态承载裕量的裕量比值，作为理论补偿份额系数，计算健康支路对应的每个并联支路的支路偏差电流与理论补偿份额系数的乘积，得到理论补偿电流；

32、当所述理论补偿电流大于所述健康支路最大电流增量步长时，计算所述理论补偿电流与所述健康支路最大电流增量步长的补偿差值，得到剩余补偿电流并将剩余补偿电流存入变压器剩余补偿延迟队列，当所述理论补偿电流小于或等于所述健康支路最大电流增量步长时，判定无剩余补偿电流，并停止向变压器剩余补偿延迟队列存入数据的操作，根据所有所述并联支路的实际响应斜率偏差和所述变压器剩余补偿延迟队列，统一调整所述每个并联支路的电流增量，得到负载均衡调度结果，用于在高频变压器面临输入能量收缩与负载需求增加重合的工况时动态调配每个并联支路的承载电流边界。

33、一种高频变压器能量调度与负载均衡系统，所述系统包括：

34、参数采集模块，获取变压器能量调度的控制周期内的变压器运行参数集合；

35、特征提取模块，根据变压器运行参数集合确定每项变压器运行特征，整合为变压器运行特征集合；

36、增量确定模块，基于变压器运行特征集合判定变压器是否处于受限运行工况，在判定为受限运行工况时，根据变压器运行参数集合确定变压器总可分配电流增量上限；

37、支路调配模块，根据变压器运行参数集合和变压器运行特征集合，确定变压器每个并联支路的动态承载裕量，结合变压器总可分配电流增量上限，计算每个并联支路的电流增量；

38、斜率计算模块，参照每个并联支路的电流增量和变压器运行特征集合生成每个并联支路的驱动信号，计算下发驱动信号后每个并联支路的实际电流斜率和电流爬升斜率；

39、均衡调度模块，根据每个并联支路的实际电流斜率和电流爬升斜率计算每个并联支路的实际响应斜率偏差，结合每个并联支路的动态承载裕量调整每个并联支路的电流增量，得到负载均衡调度结果。

40、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

41、本发明通过在同一控制周期内同时提取输入侧供能变化、母线电压变化、负载电流变化和支路承载状态，先判断是否进入输入能量收缩与负载需求增加重合的受限运行工况，再在该工况下计算变压器总可分配电流增量上限，使后续电流分配先受到整体可调度能量边界约束。随后，本发明将每个并联支路的温度修正、等效阻抗特征和剩余承载空间结合起来，得到更贴近支路实际状态的动态承载裕量，并据此分配每个并联支路的电流增量；在驱动信号下发后，又通过比较实际电流斜率与理论电流爬升斜率，识别支路响应偏差，对响应异常的支路进行剔除，对健康支路按承载裕量继续承担补偿，并将超出当前步长的补偿量存入延迟队列。由此，本发明能够在输入能量不足和负载需求上升同时发生时，动态约束总增流规模，并使每个并联支路的电流承担量随温度、阻抗和响应状态变化而调整，起到减少局部支路过度承载、提高并联支路负载分担一致性和增强受限工况下调度稳定性的作用。