一种新能源直流并网用的直流变压器及其控制策略

技术领域

本发明涉及直流变压器的控制技术领域，更具体地说，本发明涉及一种新能源直流并网用的直流变压器及其控制策略。

背景技术

在众多新能源之中，风力发电是其中开发最为成熟的发电技术之一，随着风电开发的逐渐深入研究，目前陆上风电的开发逐渐饱和，海上风电由于其风速更为强劲稳定、资源更为丰富、不会对环境造成破坏等优点，已逐步成为未来新能源的发展重点，其中，采用直流汇集与直流传输的全直流方案为未来远距离海上风电及大规模陆上风电的趋势之一，而在风电的直流汇集升压并网方案中，直流变压器是其中的关键设备之一。但现有海上风电场由于距离陆地较远，常采用高压直流输电技术来将产生的电能传输到陆地上的电网系统，直流变压器在此过程中用于确保能量高效传输，但在转换过程中仍会有能量损耗，特别是在高功率传输时，热损耗可能更加显著，从而降低了系统的整体效率，且热损耗会导致变压器内部温度升高，导致直流变压器的可靠性降低，为了解决上述问题，现提供一种技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种新能源直流并网用的直流变压器及其控制策略，通过将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中进行直流变压器稳定值的分析，并将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中进行新能源直流并网输出端异常值的分析，由此判断新能源直流并网用的直流变压器是否存在异常，有助于准确检测新能源直流并网中直流变压器的异常情况，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新能源直流并网用的直流变压器，包括输入端、输入端滤波器、开关元件、变压器、输出端滤波器、通信电路模块、输出端以及反馈控制模块，反馈控制模块用于通过直流变压器控制策略对直流变压器在新能源直流并网中的异常进行控制，直流变压器在新能源直流并网中的异常通过构建输出端异常值计算模型，进行新能源直流并网输出端异常值的计算，输出端异常值计算模型的输出端异常值计算公式为：

；

式中：

反馈控制模块包括第一数据获取单元、第二数据获取单元、变压器稳定分析单元、并网异常分析单元以及警报提醒单元；

第一数据获取单元用于获取直流变压器输入端的第一数据以及输出端的第二数据；

第二数据获取单元用于获取新能源直流并网输出端的第三数据；

变压器稳定分析单元通过提取第一数据以及第二数据，将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中，进行直流变压器稳定值的分析；

并网异常分析单元用于提取第二数据以及第三数据，将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中，进行新能源直流并网输出端异常值的分析；警报提醒单元用于发出异常警报提醒。

作为本发明的进一步方案，变压器稳定分析单元将提取的采集周期内直流变压器输入端的电压波动值以及功率波动值导入至第一直流变压器稳定值计算公式中，进行第一直流变压器稳定值的计算，再将提取的采集周期内直流变压器输出端的电压波动值以及功率波动值导入至第二直流变压器稳定值计算公式中，进行第二直流变压器稳定值的计算，获取第一直流变压器稳定值以及第二直流变压器稳定值计算直流变压器稳定差值，直流变压器稳定差值的计算公式为：

；

式中：

作为本发明的进一步方案，第一直流变压器稳定值计算公式为：

；

式中：

作为本发明的进一步方案，第二直流变压器稳定值计算公式为：

；

式中：

一种新能源直流并网用的直流变压器控制策略，用于实现一种新能源直流并网用的直流变压器，包括如下步骤：

S1、获取直流变压器输入端的第一数据以及输出端的第二数据；

S2、获取新能源直流并网输出端的第三数据；

S3、通过提取第一数据以及第二数据，将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中，进行直流变压器稳定值的分析；

S4、提取第二数据以及第三数据，将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中，进行新能源直流并网输出端异常值的分析；

S5、比较新能源直流并网输出端异常值是否小于预设的新能源直流并网输出端异常阈值，若是，则继续重复执行S1-S5；若不是，则进入S6；

S6、发出异常警报提醒，排查分析原因并针对性处理，处理后重复执行上述S1-S5，直至新能源直流并网输出端异常值小于预设的新能源直流并网输出端异常阈值。

本发明一种新能源直流并网用的直流变压器及其控制策略的技术效果和优点：本发明通过获取第一数据、第二数据以及第三数据，将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中，进行直流变压器稳定值的分析，并提取第二数据以及第三数据，将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中，进行新能源直流并网输出端异常值的分析，由此判断新能源直流并网用的直流变压器是否存在异常，有助于准确检测新能源直流并网中直流变压器的异常情况，便于及时识别潜在问题，提高了直流变压器的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种新能源直流并网用的直流变压器的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种新能源直流并网用的直流变压器控制策略的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的技术方案仅仅是本发明一部分，而不是全部。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1示出了本发明实施例一提供的一种新能源直流并网用的直流变压器的结构示意图。如图1所示，本实施例中的一种新能源直流并网用的直流变压器，包括输入端、输入端滤波器、开关元件、变压器、输出端滤波器、通信电路模块、输出端以及反馈控制模块；输入端滤波器的输出端与开关元件相连，开关元件与变压器相连，反馈控制模块与输入端、通信电路模块、开关元件以及输出端相连接；

输入端用于连接新能源来源的直流电能，将直流电能引入直流变压器；

输入端滤波器用于滤除输入直流电能中的高频干扰和谐波，减少对后续电路的电磁干扰，确保输入电能的质量；

开关元件用于通过高频开关动作，将输入的直流电转换成高频交流电；

变压器用于通过电磁感应原理，依据电压转换比将高频交流电转换成目标电压等级的高频交流电；

输出端滤波器用于将变压器输出的高频交流电整流并滤波，转换回稳定的直流电，同时滤除高频开关带来的谐波和噪声；

通信电路模块用于实现新能源直流并网内各设备的通信以及数据交换；

输出端用于连接到新能源直流并网，将处理后的直流电能输出到新能源直流并网；

反馈控制模块用于通过直流变压器控制策略对直流变压器在新能源直流并网中出现的异常进行控制。

反馈控制模块可以实时监测输入端、输出端以及系统内部的数据，通过动态调整开关元件的工作状态，维持系统的稳定运行，减少因电压波动或其他异常情况引起的故障；输入端滤波器有效滤除输入电能中的高频干扰和谐波，确保输入电能质量，减少对后续电路的电磁干扰，从而提高系统的整体性能，输出端滤波器将变压器输出的高频交流电整流并滤波，转换回稳定的直流电，滤除高频开关产生的谐波和噪声，确保输出电能的纯净度；使用高频开关元件，将直流电转换为高频交流电，提升电能转换效率，减小变压器体积和重量；通过反馈控制模块，系统能够在出现异常时及时分析并进行相应的调整和控制，减少故障发生的概率，确保系统的持续稳定运行，且在检测到异常值超出阈值时，能够发出警报并启动故障处理机制，防止小问题引发大故障，提高系统可靠性。

其中，反馈控制模块用于通过直流变压器控制策略对直流变压器在新能源直流并网中的异常进行控制，直流变压器在新能源直流并网中的异常通过构建输出端异常值计算模型，进行新能源直流并网输出端异常值的计算，输出端异常值计算模型的输出端异常值计算公式为：

；

式中：

反馈控制模块包括第一数据获取单元、第二数据获取单元、变压器稳定分析单元、并网异常分析单元以及警报提醒单元；第一数据获取单元用于获取直流变压器输入端的第一数据以及输出端的第二数据；第二数据获取单元用于获取新能源直流并网输出端的第三数据；变压器稳定分析单元通过提取第一数据以及第二数据，将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中，进行直流变压器稳定值的分析；并网异常分析单元用于提取第二数据以及第三数据，将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中，进行新能源直流并网输出端异常值的分析；警报提醒单元用于发出异常警报提醒。

第一数据获取单元和第二数据获取单元确保系统能够实时获取直流变压器输入端、输出端以及新能源直流并网输出端的关键数据，变压器稳定分析单元通过分析第一数据和第二数据，能够及时识别和调整变压器的运行状态，保证不同工况下的稳定性；输出端异常值计算模型通过公式计算异常值，能够精确地量化和检测并网输出端的异常情况，结合考虑电压和功率波动进行考虑，全面反映系统的异常情况，并网异常分析单元结合第二数据和第三数据进行深入分析，及时发现潜在的异常情况，提升检测的准确性和及时性；当检测到异常值超出预设阈值时，系统能够自动发出警报提醒，提示相关人员进行检查和维护，防止小问题演变成大故障。

第一数据包括采集周期内直流变压器输入端的电压波动值以及功率波动值；第二数据包括采集周期内直流变压器输出端的电压波动值以及功率波动值；第三数据包括采集周期内新能源直流并网输出端的电压波动值以及功率波动值。

直流变压器输入端和输出端的电压波动值以及功率波动值，通过在直流变压器的输入端和输出端安装高精度的电压传感器和电流传感器，实时获取直流变压器输入端和输出端的电压值，并计算相应的功率值；绘制采集周期内的直流变压器输入端和输出端的电压值以及功率值的变化曲线，依次计算采集周期内时刻z与前一时刻z-1的电压差值以及功率差值，此时，令时刻z与前一时刻z-1的电压差值作为时刻z时的电压波动值，时刻z与前一时刻z-1的功率差值作为时刻z时的功率波动值，由此可推出时刻z-1与前一时刻z-2的电压差值作为时刻z-1时的电压波动值，时刻z-1与前一时刻z-2的功率差值作为时刻z-1时的功率波动值。

采集周期内新能源直流并网输出端的电压波动值以及功率波动值，通过将电压传感器安装在直流并网系统的输出端，实时获取新能源直流并网输出端的电压值，并计算相应的功率值；绘制采集周期内的新能源直流并网输出端的电压值以及功率值的变化曲线，依次计算采集周期内时刻z与前一时刻z-1的电压差值以及功率差值，此时，令时刻z与前一时刻z-1的电压差值作为时刻z时的电压波动值，时刻z与前一时刻z-1的功率差值作为时刻z时的功率波动值，由此可推出时刻z-1与前一时刻z-2的电压差值作为时刻z-1时的电压波动值，时刻z-1与前一时刻z-2的功率差值作为时刻z-1时的功率波动值，将上述得到的电压波动值以及功率波动值通过通信电路模块传输至反馈控制模块。

在输入端和输出端安装高精度的电压传感器和电流传感器，确保实时数据的准确性和可靠性，有助于精确监控系统状态；通过计算每个时刻与前一时刻的电压差值和功率差值，系统能够精确分析电压和功率的波动情况，识别潜在的异常波动和问题，绘制电压和功率变化曲线，直观显示系统在采集周期内的运行状态，便于进行趋势分析和异常检测，反馈控制模块利用实时获取的波动值和变化曲线，动态调整系统运行参数，维持系统的稳定运行，防止异常波动导致的故障；基于实时数据的精准控制策略，提高了系统的电能转换效率，减少能耗，优化整体运行效率。

变压器稳定分析单元将提取的采集周期内直流变压器输入端的电压波动值以及功率波动值导入至第一直流变压器稳定值计算公式中，进行第一直流变压器稳定值的计算，再将提取的采集周期内直流变压器输出端的电压波动值以及功率波动值导入至第二直流变压器稳定值计算公式中，进行第二直流变压器稳定值的计算，获取第一直流变压器稳定值以及第二直流变压器稳定值计算直流变压器稳定差值，直流变压器稳定差值的计算公式为：

；

式中：

变压器稳定分析单元将直流变压器稳定差值与预设的直流变压器稳定差值进行对比，若直流变压器稳定差值大于等于预设的直流变压器稳定差值，则进行并网异常分析单元的分析；若直流变压器稳定差值小于预设的直流变压器稳定差值，则引发警报提醒单元。

第一直流变压器稳定值计算公式为：

；

式中：

第二直流变压器稳定值计算公式为：

；

式中：

通过第一和第二直流变压器稳定值的计算，对输入端和输出端分别进行详细的稳定性分析，确保直流变压器在各种工况下的稳定运行，直流变压器稳定差值的计算能够精确识别输入输出端之间的稳定性差异，及时发现潜在问题；将稳定差值与预设的稳定差值进行对比，当差值超出预设阈值时，系统能够及时启动并网异常分析单元进行深入分析，确保迅速响应异常情况，当稳定差值未超出预设阈值但存在异常时，能够及时触发警报提醒单元，提示相关人员进行检查和维护；基于实时获取的电压和功率波动值，能够进行数据驱动的决策和调整，提高运行效率，减少不必要的能耗，通过实时监控和动态调整，能够优化直流变压器的运行状态，维持高效能的电能转换过程；通过对电压和功率波动值的精确分析和计算，能够保持输出电能的高质量，适应并网需求，提供稳定可靠的电能，能够有效控制电压和功率的波动，减少电能质量问题，提升电能传输和使用的稳定性。

如图2所示，一种新能源直流并网用的直流变压器控制策略，用于实现一种新能源直流并网用的直流变压器，包括如下步骤：

S1、获取直流变压器输入端的第一数据以及输出端的第二数据；

S2、获取新能源直流并网输出端的第三数据；

S3、通过提取第一数据以及第二数据，将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中，进行直流变压器稳定值的分析；

S4、提取第二数据以及第三数据，将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中，进行新能源直流并网输出端异常值的分析；

S5、比较新能源直流并网输出端异常值是否小于预设的新能源直流并网输出端异常阈值，若是，则继续重复执行S1-S5；若不是，则进入S6；

S6、发出异常警报提醒，排查分析原因并针对性处理，处理后重复执行上述S1-S5，直至新能源直流并网输出端异常值小于预设的新能源直流并网输出端异常阈值。

在S3中，通过提取第一数据以及第二数据，将第一数据以及第二数据导入至直流变压器稳定分析策略中，进行直流变压器稳定值的分析，直流变压器稳定分析策略包括以下具体步骤：

S31、提取第一数据中采集周期内直流变压器输入端的电压波动值以及功率波动值、第二数据中采集周期内直流变压器输出端的电压波动值以及功率波动值；

S32、将提取的采集周期内直流变压器输入端的电压波动值以及功率波动值导入至第一直流变压器稳定值计算公式中，进行第一直流变压器稳定值的计算；

S33、将提取的采集周期内直流变压器输出端的电压波动值以及功率波动值导入至第二直流变压器稳定值计算公式中，进行第二直流变压器稳定值的计算；

S34、获取第一直流变压器稳定值以及第二直流变压器稳定值计算直流变压器稳定差值，直流变压器稳定差值的计算公式为：

；

式中：

S35、将直流变压器稳定差值与预设的直流变压器稳定差值进行对比，若直流变压器稳定差值大于等于预设的直流变压器稳定差值，则进入S4；若直流变压器稳定差值小于预设的直流变压器稳定差值，则进入步骤S6。

在S5中，提取第二数据以及第三数据，将第二数据以及第三数据导入至输出端异常分析策略中，进行新能源直流并网输出端异常值的分析，输出端异常分析策略包括以下具体步骤：

S51、提取第二数据中采集周期内直流变压器输出端的电压波动值以及功率波动值用于计算第二直流变压器稳定值，并获取第三数据中采集周期内新能源直流并网输出端的电压波动值以及功率波动值；

S52、将第二直流变压器稳定值、提取的采集周期内新能源直流并网输出端的电压波动值以及功率波动值导入至输出端异常值计算公式中，进行输出端异常值的计算。

通过高精度传感器实时获取直流变压器输入端、输出端及并网系统的电压和功率数据，确保监控的准确性，利用稳定值计算公式和异常值计算公式，对采集周期内的电压和功率波动值进行详细分析，确保精确诊断和评估系统状态。

利用稳定值计算公式和异常值计算公式，对采集周期内的电压和功率波动值进行详细分析，能够确保精确诊断和评估系统状态；分别计算直流变压器输入端和输出端的稳定值，通过对比稳定差值，精确评估变压器的稳定性，及时识别潜在问题；当检测到异常值超过预设阈值时，系统会立即发出警报，提示维护人员进行检查，确保快速响应和处理异常情况；异常处理后，系统继续监测并进行循环检查，确保问题彻底解决，防止重复发生，通过详细的波动值分析和稳定性评估，系统能够优化直流变压器的运行参数，提高电能转换效率，减少能耗。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。