基于电子电力变压器的电能质量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及数据记录装置技术领域，具体为基于电子电力变压器的电能质量控制方法及系统。

背景技术

20世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，非线性电力电子设备和装置在电力系统得到了广泛应用，这些非线性负荷的大量出现，以及其他冲击性、波动性负荷的应用，使得近年来配电系统电能质量问题越来越突出这无论是对电力系统本身还是对用户都有一定的影响；产生附加的功率损耗，造成电能的浪费，降低配电系统供电能力；产生附加磁场，干扰电子设备，引起它们误动作；产生谐振现象，导致电气设备的电气性能破坏；造成保护装置的误动作，引起电力系统安全运行问题；造成系统无功不平衡，引起电网电压不稳定；而结合以上提出的配电系统在使用中的问题，现提出基于电子电力变压器的电能质量控制系统。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：非线性负荷的大量出现，以及其他冲击性、波动性负荷的应用，使得产生附加的功率损耗，造成电能的浪费，降低配电系统供电能力；产生附加磁场，干扰电子设备，引起它们误动作；产生谐振现象，导致电气设备的电气性能破坏；造成保护装置的误动作，引起电力系统安全运行问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于电子电力变压器的电能质量控制方法，包括：

根据EPT配电系统配对电能质量调节器；通过EPT配电系统的输入侧VSC和输出侧VSC协调制定电流控制方案以及电压控制方案；采用协调控制策略，通过自适应控制算法对电能质量调节器实现智能优化控制。

作为本发明所述的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的一种优选方案，其中，所述配对电能质量调节器包括：通过高频变压器完成配电变压器的电气隔离和变压。

作为本发明所述的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的一种优选方案，其中，所述电流控制方案包括：根据电网电压和电流信息，计算出待控电流的参考值，通过电流传感器获取实时电流值，根据电流控制策略对电流值实施监测。

作为本发明所述的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的一种优选方案，其中，所述电压控制方案包括：根据需要的输出电压和当前电压信息，计算出电压误差，通过电压传感器获取实时的电压值，根据电压控制策略对电压值实时监测。

作为本发明所述的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的一种优选方案，其中，所述协调控制策略包括：输入侧VSC通过预测模型预测出下一个采样周期内电网的电压和电流；输出侧VSC通过预测模型预测出下一个采样周期内输出端的电压和电流；输入侧VSC将预测结果发送到输出侧VSC；输出侧VSC计算出相应的电压或电流控制信号，并将其发送到输入侧VSC。

作为本发明所述的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的一种优选方案，其中，所述智能优化控制包括：对电网电压实施电压控制策略，预设电网电压警戒区间为209V-231V，当触发报警提示，则判定电网电压不处于警戒区间内，若高于警戒值231V，则调节变压器档位，通过降低比例系数从而降低发电机输出电压，同时开启并联电容器，若低于警戒值209V，则通过增加比例系数以及增加输入电压同时检查主变压器以及线路连接处，若电网电压处于设定值，则判断电流情况；对电网电流实施电流控制策略，当电网电压处于设定值，则判定电网电流未处于设定值10A，若电网电流超过设定值10A，则增加配电变压器的容量，降低负载电流、改变电路拓扑结构，若电网电流低于设定值10A，则调整电流计数值，并且检查线路接触不良、负载过轻以及开路，通过PID控制器，根据反馈信号动态调整输出电流，若电流处于设定范围10A，则判断功率因数；对电网功率实施功率控制策略，若功率因数低于设定范围0.9-1.0，则通过增加功率控制的比例系数，从而扩大输出功率，同时安装无功补偿装定以及调整负载特性，若功率因数高于设定范围，则降低电压等级、增加负载，使用补偿定容器以及设置功率因数控制装置，若功率因数处于设定值，则检查谐波畸变率，若谐波畸变率大于设定值5％，则检查负载情况，若谐波畸变率小于设定值则不需要进行处理。

作为本发明所述的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的一种优选方案，所述电压控制策略表示为：

其中，t

所述电流控制策略表示为：

u(t)＝K

其中，u(t)是控制输出，e(t)是误差信号，K

所述功率控制策略表示为：

其中，P

所述自适应控制算法表示为：

k(t+1)＝k(t)+γe(t)t

α(t+1)＝α(t)+γe(t)t

)

其中，k(t)表示时刻t的比例系数，γ表示学习率，e(t)表示输出电压与设定电压之间的误差，t

本发明的另外一个目的是提供基于电子电力变压器的电能质量控制系统，其能通过设置安装用的基板以及在基板上设置限位组件便于更好的对无纸记录仪进行快速安装，同时通过可切换的安装部便于使装置安装在外部不同环境下，增加了设备的安装范围，提高了设备的适用性，解决了传统非线性负荷的大量出现，以及其他冲击性、波动性负荷的应用，使得产生附加的功率损耗，造成电能的浪费，降低配电系统供电能力。

作为本发明所述基于电子电力变压器的电能质量控制系统的一种优选方案，其中：包括，电子电力变压器模块、监测模块、控制模块、通信模块、数据存储模块以及界面模块；所述电子电力变压器模块通过调节电压、频率和相位来保证电力系统的稳定性和可靠性，同时也可以对电力系统中的谐波进行滤除，提高电能质量；所述监测模块用于监测电力系统中的各种电能质量问题；所述控制模块用于实时控制电子电力变压器的输出；所述通信模块用于将电力系统中的数据传输到外部系统或从外部系统接收指令；所述数据存储模块用于存储电力系统中的各种数据；所述界面模块用于人机交互，让用户可以方便地监测电力系统中的各种信息以及调整控制参数。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述基于电子电力变压器的电能质量控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于电子电力变压器的电能质量控制方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明提供的基于电子电力变压器的电能质量控制方法，既不需要检测出电网电压的扰动，也不必检测出负荷的谐波，可以直接控制注入到电网的电流，可以为电网提供无功功率，并且可以直接控制负荷的供电电压，可以灵活地为负荷提供各种定制电源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例提供的基于电子电力变压器的电能质量控制方法的整体流程图。

图2为本发明第二个实施例提供的基于电子电力变压器的电能质量控制系统的整体结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中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、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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发明中的具体含义。

实施例1

为本发明的一个实施例，提供了基于电子电力变压器的电能质量控制方法，包括：

S1：根据EPT配电系统统一电能质量调节器。

进一步的，EPT配电系统包括完成配电变压器的电气隔离和变压功能；完成统一电能质量调节器的电能质量控制功能。

应说明的是，电气隔离和变压功能通过高频变压器实现。

S2：通过输入侧VSC和输出侧VSC协调制定电流控制方案以及电压控制方案。

进一步的，电流控制方案包括：根据电网电压和电流信息，计算出待控电流的参考值；通过电流传感器获取实时电流值；使用预测模型对待控电流进行预测，得到预测误差；给定合适的控制增益和积分时间常数，计算出控制器输出；将控制器输出转换为PWM信号，控制IGBT开关状态，根据电流控制策略对电流值实施监测。

更进一步的电压控制方案包括：根据需要的输出电压和当前电压信息，计算出电压误差；使用PI控制器计算出电压控制信号；将控制信号转换为PWM信号，控制IGBT开关状态，在输入侧VSC和输出侧VSC之间需要采用协调控制策略，根据电压控制策略对电压值进行实施监测。

S3：采用协调控制策略，通过自适应控制算法对电能质量调节器实现智能优化控制。

进一步的，通过实时监测电网参数，当触发报警提示，则判断电网电压，对电网电压实施电压控制策略，预设电网电压警戒值为209V-231V，当触发报警提示，则判定电网电压不处于警戒值内，若高于警戒值231V，则调节变压器档位，通过降低比例系数从而降低发电机输出电压，同时开启并联电容器，若低于警戒值209V，则通过增加比例系数以及增加输入电压同时检查主变压器以及线路连接处，若电网电压处于设定值，则判断电流情况。

对电网电流实施电流控制策略，当电网电压处于设定值，则判定电网电流未处于设定值10A，若电网电流超过设定值10A，则增加配电变压器的容量，降低负载电流、改变电路拓扑结构，若电网电流低于设定值10A，则调整电流计数值，并且检查线路接触不良、负载过轻以及开路，通过PID控制器，根据反馈信号动态调整输出电流，若电流处于设定范围10A，则判断功率因数。

对电网功率实施功率控制策略，若功率因数低于设定范围0.9-1.0，则通过增加功率控制的比例系数，从而扩大输出功率，同时安装无功补偿装定以及调整负载特性，若功率因数高于设定范围，则降低电压等级、增加负载，使用补偿定容器以及设置功率因数控制装置，若功率因数处于设定值，则检查谐波畸变率，若谐波畸变率大于设定值5％，则检查负载情况，若谐波畸变率小于设定值则不需要进行处理。

进一步的，应说明的是，我方发明将电网电压设定范围设定为209V-231V，效果在于：能够提高用电设备的寿命，过低或过高的电压都会对电器设备产生影响，导致其寿命缩短。将电压设定为209V-231V可以尽量避免过高或过低的电压出现，从而延长用电设备的使用寿命。

进一步的，应说明的是，常规发明是将电网电流的设定值设为15A，而我方发明将电网电流设定值设为10A，效果在于：能够减少电网中的谐波，通过限定输出电流可以减少负载侧产生的谐波，从而改善电网质量，并且可以提高变压器效率，可确保其处于最佳效率状态，从而减少能源浪费，并延长变压器寿命，还可以保护负载设备，防止因过电流导致的设备故障及烧毁。

更进一步的，应说明的是，常规发明是将功率因素设定为0.7，而我方发明是将功率因数设定为0.9-1.0，效果在于，若电力系统中存在低功率因数，会导致电流增大，线路损耗增加，从而降低电能的利用效率，因此我方发明能够最大限度的提高电能的利用效率，并且减少能源消耗，提高设备运行效率，降低电费支出。

更进一步的，所述电压控制策略表示为：

其中，t

所述电流控制策略表示为：

u(t)＝K

其中，u(t)是控制输出，e(t)是误差信号，K

功率控制策略表示为：

其中，P

使用自适应控制算法进行优化，所述自适应控制算法表示为：

k(t+1)＝k(t)+γe(t)t

α(t+1)＝α(t)+γe(t)t

其中，k(t)表示时刻t的比例系数，γ表示学习率，e(t)表示输出电压与设定电压之间的误差，t

应说明的是，比例系数指用于调节反馈信号和控制输出之间的比例关系，如果比例系数出现过度调节或者不足调节的情况，则会影响系统的稳定性和性能，在自适应控制算法中，通过对比例系数进行优化，可以有效地提高系统的控制精度和稳定性。具体而言，自适应控制算法可以根据实时的系统响应数据来自动调整比例系数，以实现最优的功率控制效果。

更进一步的，学习率的选择会影响到模型的收敛速度和性能表现。如果学习率过大，可能会导致模型在训练过程中无法收敛或者出现震荡现象，而如果学习率过小，则可能会导致模型收敛速度过慢，需要更多的迭代次数才能达到理想的效果。

实施例2

参考图2，为本发明第二个实施例，该实施例提供了基于电子电力变压器的电能质量控制系统，基于电子电力变压器的电能质量控制系统包括：电子电力变压器模块、监测模块、控制模块、通信模块、数据存储模块以及界面模块。

电子电力变压器模块通过调节电压、频率和相位来保证电力系统的稳定性和可靠性，同时对电力系统中的谐波进行滤除，提高电能质量；监测模块用于监测电力系统中的各种电能质量问题；控制模块用于实时控制电子电力变压器的输出；通信模块用于将电力系统中的数据传输到外部系统或从外部系统接收指令；数据存储模块用于存储电力系统中的各种数据；界面模块用于人机交互，让用户方便地监测电力系统中的各种信息以及调整控制参数。

实施例3

本发明的一个实施例，其不同于前二个实施例的是：

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

实施例4

为本发明的第四个实施例，提供了基于电子电力变压器的电能质量控制方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。

在对电能质量进行控制时，需要设定标准电网电压警戒值区间为209V-231V，标准电网电流警戒值为10A，标准功率因数为0.9-1.0，标准谐波畸变率为5％。

本实施例利用传统方法和我方方法同时进行信号测量，其检测对比结果如下表1所示：

表1实验对比表

通过上述对比结果可以看出，本发明方法去噪效果更好，本发明方法通过数字控制实现更加的精度；本发明方法出现误差的概率相较于传统方案减小了24％，本发明方法的响应速度花费时间1min比现有方法的提取图像特征花费时间5min减少了4min；且本发明方法检测效率高，节约了大量时间，提高了工作效率，同时不存在噪音以及电磁干扰，相比与传统方案也大大减小了体积和重量。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。