一种基于模糊PI控制器的电能质量分析与抑制方法与流程

一种基于模糊pi控制器的电能质量分析与抑制方法
技术领域
1.本发明涉及一种电能质量分析与抑制方法，尤其涉及一种基于模糊pi控制器的电能质量分析与抑制方法。


背景技术：

2.随着有源电力滤波器的提出，目前这种装置已经成为谐波治理的主要手段。截止目前为止，有源电力滤波器的结构已经基本固定，主要的研究主要集中于控制算法上。在控制策略的研究中，谐波电流检测是核心的研究内容，主要分为负荷侧电流检测和网侧电流检测两大类，在这两种控制算法中，又细分了多种不同的控制策略，这些控制策略对谐波的治理效果有着直接的影响。
3.负荷侧谐波电流检测存在时滞性较为严重的问题，由于延时作用，导致生成的补偿电流和电网中的实际谐波电流难以保持同相位，进而导致谐波补偿残差出现，甚至在某些特殊情况下加剧电能质量的恶化。虽然网侧电流检测算法较为简单,补偿精度相对于负荷侧电流检测算法来说,补偿精度较高,但是当电源发生畸变时,对这种控制算法的影响较大。
4.为解决燃油车消耗能源和污染环境的问题，世界各国开始大力推动电动汽车的发展，电动汽车可将电能存储到储能单元中，在行驶过程中可为电机提供电能，实现零排放，清洁高效，在汽车市场上广受欢迎。但是受制于电动车的续航能力，必须为电动车提供大量的充电站来解决电动车的充电问题。目前我国市区和高速服务器普遍配置了充电站，但是充电站本身呈现较强的非线性特征，导致在运行过程中产生大量的谐波电流，危害地区电网运行。而有源电力滤波器(apf，active power filter)可以动态补偿电网中的诸波，但是由于电网缺乏apf的使用经验，加上目前apf在控制算法上还有很多缺陷，需要进一步改进。
5.纯电动汽车可将电能存储到储能单元中，在行驶过程中可为电机提供电能，实现零排放，清洁高效，并且相对于高额的油价，电能的价格相对较低，加上部分限牌城市，开放了电动车的上牌权限，导致电动车在我国市场受到了高度欢迎。但是受制于电动车的续航能力，必须为电动车提供大量的充电站来解决电动车的充电问题。目前我国市区和高速服务器普遍配置了充电站，但是电动车充电过程中将会产生谐波，这些谐波注入电网后将会影响地区电网的运行，具体的危害如下：
6.(1)降低电能的质量。在谐波注入配电网后，在谐波电流的作用下，将会导致电流产生畸变，对部分电能质量要求较高的企业生产造成严重的影响，降低产品合格率。
7.(2)增加电能的损耗。当谐波电流在配电网中流动时，将会增加电能的传输损耗，同时容易使得输电线路表面的温度升高，降低线路使用寿命。
8.(3)影响配电网安全。谐波在电网中流动时，由于耦合作用，将会产生干扰信号，将会对保护装置造成影响，导致保护装置产生误动。
9.目前常用的谐波分析治理方法主要有：
10.(1)负荷侧谐波电流检测
11.负荷侧谐波电流检测是目前有源电力滤波器常用的检测方式，这种控制使用范围较广，主要是通过采集负荷的电流，进而提取出相应的谐波电流，再生成相应的脉冲驱动信号，驱动变流器动作，生成相应的谐波补偿电流，在该谐波补偿电流的作用下，有效的提升谐波治理的质量，推动电网系统的净化。在负荷侧谐波电流检测算法中较早采用的主要是傅里叶积分变换法，这种控制算法能够从负载电流中提取出谐波电流，但是这种算法的时滞性较为严重，由于延时作用，导致生成的补偿电流和电网中的实际谐波电流难以保持同相位，进而导致谐波补偿残差出现，甚至在某些特殊情况下加剧电能质量的恶化。
12.(2)网测电流检测
13.网侧电流检测方法主要通过采集电源侧的电流，在电流的采集上较为集中，相对于负荷侧电流采集上更为容易。目前网侧电流检测方法主要包括传统的检测方法、功率平衡法以及单周期法。传统的检测方法和负荷侧电流检测方法类似，在谐波补偿过程中，可以看成受控电流源，这种在采集电源侧的电流时，主要利用检测环节将谐波分析提取出来，并生成相应的补偿电流参考信号，进而生成驱动变流器动作的脉冲信号，驱动变流器产生相应的补充电流。


技术实现要素：

14.本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种基于模糊pi控制器改进了外环电压的控制策略，通过内环的电流解耦控制与外环的模糊控制相结合,有效提高了apf的控制精度，改善了电能质量的一种基于模糊pi控制器的电能质量分析与抑制方法。
15.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
16.dg并网接入前、dg并网接入后实时运行和未来时段不同场景下，pq预警具有各自不同的意义和特征。
17.一种基于模糊pi控制器的电能质量分析与抑制方法，按以下步骤进行：
18.(1)首先设置pq预警等级的阈值：
19.根据目标adn电压等级，依据对应等级的国家标准和专家经验，设置pq预警阈值，并设置阈值呆滞区，以改善pq数据因在阈值附近波动导致的预警信息频繁变化的缺陷；
20.(2)dg并网前的pq预警：
21.在dg并网前，需预评估其并入电网后对pq的影响，并将结果与目标配电网的pq标准进行对比；如果符合标准则同意dg并网，如果不符合标准则发出警报，要求对dg的运行方式和接入位置进行重新规划；
22.(3)dg并网后的实测和预测pq预警：
23.dg并网后，在接入点设置pq监测装置获取实时数据，对未来时段的pq进行预测；将接入点的pq实测和预测数据与所设置的预警阈值进行对比，判断当前和未来时段的预警等级，对pq指标不合格的节点发出告警或预警；
24.(4)预警等级分析：
25.在10kv配电网中，综合国家标准和专家经验将四项pq稳态指标划分为四个预警等级，前三级预警阈值均在国家标准的限定值内，第四级预警阈值表示pq指标已超出国家标准，需立刻对不合格的节点和线路采取相应措施；
26.表1、各稳态pq指标预警等级阈值划分(10kv)
[0027][0028]
当采集到的pq数据恰好在预警阈值上轻微波动时，可能会引起预警等级反复变更。因此对预警阈值添加越限呆滞区，设置阈值上、下限，若pq指标仍处于越限呆滞区内，则预警等级不变：
[0029]
①
阈值下限δx1：当pq数据首次超过当前预警等级阈值时，预警系统的预警等级随之升高；之后若pq数据在阈值上轻微波动，则仅当pq数据值低于阈值下限δx1的保护范围，预警等级才可降低；
[0030]
②
阈值上限δx2：当pq数据首次低于当前预警等级阈值时，预警系统的预警等级随之降低；之后若pq数据在阈值上轻微波动，则仅当pq数据值超出阈值上限δx2的保护范围，预警等级才可升高；
[0031]
设定阈值下限为-5％，阈值上限为 5％；在a点后，pq数据首次超过预警阈值，预警等级升高，之后虽然pq数据频繁变化，甚至低于预警阈值x1，但并没有超过的保护范围，因此保持当前预警等级；在b点后，pq数据超出其保护范围，预警等级才随之降低；同理，在c点后，pq数据首次低于预警阈值，预警等级降低，之后虽然pq数据频繁变化甚至高于预警阈值x2，但并没有超过的保护范围，因此保持当前预警等级；在d点后，pq数据超出其保护范围，预警等级才随之升高；
[0032]
(5)dg并网可能会对adn的电能质量造成影响，但在规划时期或dg尚未并网时，难以取得adn电能质量监测数据；可利用adn的各项参数，构建等效模型，通过潮流计算获取dg并网点在并网前、后的电压差，进而对dg并网的影响进行预评估。计算公式如下式所示：
[0033][0034]
其中，δu为dg并网点并网前、后的电压差，r0为adn发电机到dg并网点的等效电
阻，p
pv
为dg预计并网容量，un为并网点额定电压；
[0035]
将预评估预警的计算结果与国家标准对比，得到相应预警等级；处于一级预警等级时，允许dg并网；处于二级预警等级时，在适当监控和关注的情况下允许dg并网；处于三四级预警等级时，不允许并网，并发出预警告示，并要求对dg运行方式和并网方案进行重新规划。
[0036]
有益效果：
[0037]
(1)根据目标adn电压等级，依据对应等级的国家标准和专家经验，设置了pq预警阈值，并设置阈值呆滞区，以改善pq数据因在阈值附近波动导致的预警信息频繁变化的缺陷。
[0038]
(2)在配电网中，综合国家标准和专家经验将pq稳态指标划分为四个预警等级，并对pq指标已超出国家标准、不合格的节点和线路采取相应措施。
[0039]
(1)目前的电能质量综合评估方法大多采用单一方法赋权,容易受赋权方法的影响,具有局限性。主观赋权法受到主观因素影响较大,容易使判断标准不客观,无法综合考虑各个方面。客观赋权法虽然判断结果不依赖于人的主观判断,有较强的数学理论依据。但需要依赖于足够的样本数据和实际的问题域,且不能体现评判者对不同属性指标的重视程度,有时候定的权重会与属性的实际重要程度相差较大。本技术能够克服主观因素和样本数据量依赖的弊端。
[0040]
(2)现有的薄弱点方法研究大多是针对传统的配电网,在发电机出力和负荷固定的情况下对配电网节点进行薄弱点分析。而对于含有分布式能源的主动配电网来说,负荷波动、发电机出力变化、及新能源发电渗透率的不断提高,会导致电网系统在运行过程中面临更多复杂多变的情况。本技术可以进一步分析系统薄弱点电压的分布规律,从而识别系统电压薄弱点。
附图说明
[0041]
图1为本发明的多时段pq综合预警机制整体框架图；
[0042]
图2为本发明的预警阈值的越限呆滞区设置图；
[0043]
图3为本发明的dg并网前的pq预警图。
具体实施方式
[0044]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0045]
实施例1：如图所示，一种基于模糊pi控制器的电能质量分析与抑制方法，按以下步骤进行：
[0046]
(1)首先设置pq预警等级的阈值：
[0047]
根据目标adn电压等级，依据对应等级的国家标准和专家经验，设置pq预警阈值，并设置阈值呆滞区，以改善pq数据因在阈值附近波动导致的预警信息频繁变化的缺陷；
[0048]
(2)dg并网前的pq预警：
[0049]
在dg并网前，需预评估其并入电网后对pq的影响，并将结果与目标配电网的pq标准进行对比；如果符合标准则同意dg并网，如果不符合标准则发出警报，要求对dg的运行方式和接入位置进行重新规划；
[0050]
(3)dg并网后的实测和预测pq预警：
[0051]
dg并网后，在接入点设置pq监测装置获取实时数据，对未来时段的pq进行预测；将接入点的pq实测和预测数据与所设置的预警阈值进行对比，判断当前和未来时段的预警等级，对pq指标不合格的节点发出告警或预警；
[0052]
(4)预警等级分析：
[0053]
在10kv配电网中，综合国家标准和专家经验将四项pq稳态指标划分为四个预警等级，前三级预警阈值均在国家标准的限定值内，第四级预警阈值表示pq指标已超出国家标准，需立刻对不合格的节点和线路采取相应措施；
[0054]
表1、各稳态pq指标预警等级阈值划分(10kv)
[0055][0056]
当采集到的pq数据恰好在预警阈值上轻微波动时，可能会引起预警等级反复变更。因此对预警阈值添加越限呆滞区，设置阈值上、下限，若pq指标仍处于越限呆滞区内，则预警等级不变：
[0057]
①
阈值下限δx1：当pq数据首次超过当前预警等级阈值时，预警系统的预警等级随之升高；之后若pq数据在阈值上轻微波动，则仅当pq数据值低于阈值下限δx1的保护范围，预警等级才可降低；
[0058]
②
阈值上限δx2：当pq数据首次低于当前预警等级阈值时，预警系统的预警等级随之降低；之后若pq数据在阈值上轻微波动，则仅当pq数据值超出阈值上限δx2的保护范围，预警等级才可升高；
[0059]
设定阈值下限为-5％，阈值上限为 5％；在a点后，pq数据首次超过预警阈值，预警等级升高，之后虽然pq数据频繁变化，甚至低于预警阈值x1，但并没有超过的保护范围，因此保持当前预警等级；在b点后，pq数据超出其保护范围，预警等级才随之降低；同理，在c点后，pq数据首次低于预警阈值，预警等级降低，之后虽然pq数据频繁变化甚至高于预警阈值x2，但并没有超过的保护范围，因此保持当前预警等级；在d点后，pq数据超出其保护范围，预警等级才随之升高；
[0060]
(5)dg并网可能会对adn的电能质量造成影响，但在规划时期或dg尚未并网时，难以取得adn电能质量监测数据；可利用adn的各项参数，构建等效模型，通过潮流计算获取dg并网点在并网前、后的电压差，进而对dg并网的影响进行预评估。计算公式如下式所示：
[0061][0062]
其中，δu为dg并网点并网前、后的电压差，r0为adn发电机到dg并网点的等效电阻，p
pv
为dg预计并网容量，un为并网点额定电压；
[0063]
将预评估预警的计算结果与国家标准对比，得到相应预警等级；处于一级预警等级时，允许dg并网；处于二级预警等级时，在适当监控和关注的情况下允许dg并网；处于三四级预警等级时，不允许并网，并发出预警告示，并要求对dg运行方式和并网方案进行重新规划。