基于智能软开关的非同步电网互联三相不平衡治理方法与流程

1.本发明涉及配电网三相不平衡治理技术领域，具体是指基于智能软开关的非同步电网互联三相不平衡治理方法。


背景技术：

2.现代电力系统是一个复杂的输配电系统，担负着多个地区输送、分配电能的重任，发电、输电、配电和用电环环相扣，密不可分。如今，人们对供电量需求逐渐增加的同时，也对供电可靠性、连续性和电能质量等有了更高的要求。未来配电网需同时具备较大灵活性、可靠性、连续性和高电能质量等优势，才能为社会飞速进步提供坚实有力的保障。
3.近年来，随着国家乡村振兴战略实施，乡村工业、农业负荷不断增长，农村地区对供电质量要求越来越高。在我国，农村地区大多处于辐射供电线路末端，位于非同步电网交界地区。由于不同地区电网非同期，部分农村地区无法就近接入主电网，只能通过本地区电网长距离供电，电能质量难以保证。同时非线性负荷与大容量负荷的日益增加容易导致电网出现三相不平衡。sop作为一种新型电力电子装置，可替代传统的联络开关接于馈线之间，通过控制馈线间的有功和无功功率分布来控制负载转移并调节网络电压分布，可实现故障隔离与供电恢复。以此构建柔性配电网，实现多种系统控制目标。将智能软开关应用于配电网之中，可有效应对交界区非同步配电网有效互联的问题，也可以实现潮流的双向调节。此外，将sop设备应用于治理配电系统三相不平衡，可以充分发挥智能软开关的潜能以及提高配电网可靠性和电能质量。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出一种基于智能软开关的非同步电网互联三相不平衡治理方法及装置，仅需要获取智能软开关两侧互联配电网的三相电压、电流信号，便可有效治理非同步电网交界区配电网的三相不平衡，避免非同步配电网互联造成的电网解列事故。
5.为解决上述技术问题，实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明提供的技术方案为，第一方面：
6.一种基于智能软开关的非同步电网互联三相不平衡治理方法，包括如下步骤：
7.步骤1)获取软开关两侧非同步互联配电网的三相电压、电流信号，解耦出频率为ω的正负序电压、电流分量，计算软开关两侧配电网的三相不平衡度；
8.步骤2)对比软开关两侧配电网的三相不平衡度，三相不平衡度较低的一侧配电网作为功率送端，输送功率至三相不平衡度较高的一侧；
9.步骤3)三相不平衡度低的一侧采取udc
‑
q控制策略，引入电压、电流双闭环控制，稳定sop直流侧电压，为三相不平衡度高的一侧配电网提供无功功率；
10.步骤4)三相不平衡度高的一侧采取负序电流抑制控制策略，设置该侧负序电流d、q轴分量参考值为零，引入电压前馈、电流反馈补偿环节，抑制该侧配电网负序电流；
11.步骤5)根据实时获取的三相不平衡度，改变sop控制策略，重复步骤3)及步骤4)至
sop两侧配电网三相不平衡度均在系统允许小于10％的范围内。
12.进一步的，所述步骤1)中，信号获取装置读取电网数据，在中央处理平台上获取电压、电流原始信号，使用对称分量法得到频率为ω的正负序电压、电流分量；利用正负序电压、电流分量计算软开关两侧互联配电网的三相不平衡度。
13.进一步的，所述步骤2)中，对比软开关两侧互联配电网的三相不平衡度，将三相不平衡度较低的一侧作为功率送端，输送功率值三相不平衡度较高的一侧。
14.进一步的，所述步骤3)中，三相不平衡度低的一侧采用udc
‑
q控制，将直流侧电压实际值和参考值的误差送入pi控制器，得到id的参考值；将交流侧线电压有效值误差经pi控制器得到iq的参考值，引入电压电流双闭环控制，稳定sop直流侧电压，为三相不平衡度高的一侧配电网提供无功功率。
15.进一步的，所述步骤4)中，三相不平衡度低的一侧采用负序电流抑制控制策略，将三相不平衡度高的一侧解耦出的电压、电流正负序分量经过clark/park变换，滤波后得到信号的d/q轴分量，与参考值做差送入pi控制模块，引入电压前馈、电流反馈补偿环节，信号经过dq0/abc控制模块处理生成sop控制信号。
16.进一步的，所述步骤5)中，根据实时获取的三相不平衡度，改变sop控制策略，重复以上步骤至sop两侧配电网三相不平衡度均在系统允许小于10％的范围内。
17.第二方面：一种基于智能软开关的非同步电网互联三相不平衡治理装置，包括：
18.获取单元，用于获取软开关两侧非同步互联配电网的三相电压、电流信号；
19.第一计算单元，用于对所述软开关两侧非同步互联配电网的三相电压、电流信号进行解耦，得到频率为ω的正负序电压、电流分量；
20.第二计算单元，用于计算两侧配电网三相不平衡度；
21.第三计算单元，用于将软开关两侧解耦出的正负序电压、电流分量经过clark/park变换，得到正负序电压、电流的d/q轴分量；
22.逻辑控制单元，用于判断软开关两侧非同步互联配电网的三相不平衡度大小，依据三相不平衡度大小分配控制策略，并发出pwm控制信号；
23.执行单元，用于执行控制单元所发出信号的电力电子装置。
24.本发明具有如下优点：非同步电网交界区的中低压配电网往往离负荷中心较远，供电线路过长，由于交界区配电网两侧非同步运行，易出现此类问题的地区难以直接就近接入主电网，同时非线性负荷与大容量负荷的日益增加容易导致电网出现三相不平衡。本发明的本质是通过智能软开关技术将非同步运行的配电网有效互联，同时建立有效解决非同步电网互联问题及三相不平衡问题的控制策略及设备。本发明解决了现有非同步电网交界区配电网电能质量较低，三相不平衡治理困难的问题，提高了非同步电网交界区配电网的供电质量及可靠性，同时发挥了sop在三相不平衡中的治理潜力。
附图说明
25.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
26.图1为三相不平衡治理前后负序分量波形图；
27.图2为本发明一种实施例中sop设备及其控制模块仿真模型；
28.图3为本发明一种实施例中改进的ieee33节点配电系统图。
29.图4为本发明一种实施例中基于sop的非同步电网互联三相不平衡治理流程图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
31.下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
32.实施例1
33.本发明实施例中提供了一种基于智能软开关(sop)技术的非同步电网互联三相不平衡治理方法，包括以下步骤：
34.(1)获取软开关两侧非同步互联配电网的三相电压、电流信号，解耦出频率为ω的正负序电压、电流分量，计算软开关两侧配电网的三相不平衡度；
35.(2)对比软开关两侧配电网的三相不平衡度，三相不平衡度较低的一侧配电网作为功率送端，输送功率至三相不平衡度较高的一侧；
36.(3)三相不平衡度低的一侧采取udc
‑
q控制策略，引入电压、电流双闭环控制，稳定sop直流侧电压，为三相不平衡度高的一侧配电网提供无功功率；
37.(4)三相不平衡度高的一侧采取负序电流抑制控制策略，设置该侧负序电流d、q轴分量参考值为零，引入电压前馈、电流反馈补偿环节，抑制该侧配电网负序电流；
38.(5)根据实时获取的三相不平衡度，改变sop控制策略，重复步骤(3)及步骤(4)至sop两侧配电网三相不平衡度均在系统允许的范围内(三相不平衡度小于10％)。
39.在本发明实施例的一种具体实施方式中，信号获取装置读取电网数据，在中央处理平台上获取电压、电流原始信号，使用对称分量法得到频率为ω的正负序电压、电流分量；利用正负序电压、电流分量计算两侧互联配电网三相不平衡度。
40.在本发明实施例的一种具体实施方式中，对比软开关两侧互联配电网的三相不平衡度，将三相不平衡度较低的一侧作为功率送端，输送功率值三相不平衡度较高的一侧。
41.在本发明实施例的一种具体实施方式中，三相不平衡度较低的一侧采用udc
‑
q控制，将直流侧电压实际值和参考值的误差送入pi控制器，得到id的参考值；将交流侧线电压有效值误差经pi控制器得到iq的参考值，引入电压电流双闭环控制，稳定sop直流侧电压，为三相不平衡度高的一侧配电网提供无功功率。
42.在本发明实施例的一种具体实施方式中，三相不平衡度较高的一侧采用负序电流抑制控制策略，将三相不平衡度高的一侧解耦出的电压、电流正负序分量经过clark/park变换，滤波后得到信号的d/q轴分量，与参考值做差送入pi控制模块，引入电压前馈、电流反馈补偿环节，信号经过dq0/abc控制模块处理生成sop控制信号。
43.在本发明实施例的一种具体实施方式中，根据实时获取的三相不平衡度，改变sop控制策略，重复以上步骤至sop两侧配电网三相不平衡度均在系统允许的范围内(三相不平衡度小于10％)。
44.实施例2
45.基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种基于智能软开关
(sop)技术的非同步电网互联三相不平衡治理装置，包括：
46.获取单元，用于获取软开关两侧非同步配电网的三相电压、电流信号；
47.第一计算单元，用于对所述软开关两侧非同步配电网的三相电压、电流信号进行解耦，频率为ω的正负序电压、电流分量；
48.第二计算单元，用于计算两侧配电网三相不平衡度；
49.第三计算单元，用于将软开关两侧解耦出的正负序电压、电流分量经过clark/park变换，得到正负序电压、电流的d/q轴分量；
50.逻辑控制单元，用于判断软开关两侧非同步配电网三相不平衡度大小，依据三相不平衡度大小分配控制策略，并发出pwm控制信号；
51.执行单元，用于执行控制单元所发出信号的电力电子装置。
52.其余部分均与实施例1相同。
53.搭建的sop设备及其控制模块仿真模型如图2所示，改进的ieee33节点配电系统图如图3所示，基于sop的非同步电网互联三相不平衡治理流程图4所示，本发明的一种基于智能软开关(sop)技术的非同步电网互联三相不平衡治理方法及装置，包括如下步骤：
54.(1)获取软开关两侧非同步互联配电网的三相电压、电流信号，解耦出频率为ω的正负序电压、电流分量，计算软开关两侧配电网的三相不平衡度；
55.(2)对比软开关两侧配电网的三相不平衡度，三相不平衡度较低的一侧配电网作为功率送端，输送功率至三相不平衡度较高的一侧；
56.(3)三相不平衡度低的一侧采取udc
‑
q控制策略，引入电压、电流双闭环控制，稳定sop直流侧电压，为三相不平衡度高的一侧配电网提供无功功率；
57.(4)三相不平衡度高的一侧采取负序电流抑制控制策略，设置该侧负序电流d、q轴分量参考值为零，引入电压前馈、电流反馈补偿环节，抑制该侧配电网负序电流；
58.(5)根据实时获取的三相不平衡度，改变sop控制策略，重复步骤(3)及步骤(4)至sop两侧配电网三相不平衡度均在系统允许的范围内(三相不平衡度小于10％)。
59.仿真验证
60.为了验证本发明的有效性与可靠性，在pscad/emtdc中搭建sop设备及其控制模块仿真模型，采样频率为3khz。对ieee33节点拓扑结构进行改进，将节点17与节点32之间的联络开关替换成sop设备，且将电源首端基准电压改为10.5kv。将节点25处和节点32处的负荷命名为load1和load2，并设定0至0.5s时，系统处于三相平衡态；0.5s至1.5s时，load1变为不平衡负荷；而1.0s至2.0s时，距离load1处19.8km的load2变为不平衡负荷。
61.从图1中可以看出，三个负荷不平衡场景的切换点处清晰可见，但在每一个负荷不平衡阶段，其负序电流分量均得到了有效地抑制，其负序分量可以稳定于零值附近。说明基于智能软开关(sop)的非同步电网互联三相不平衡治理方法能有效抑制非同步互联配电网的三相不平衡问题。
62.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。