Как улучшить качество электроэнергии

Существует множество устройств и мер по улучшению качества электроэнергии. Новые устройства с мощными электронными устройствами в качестве основных блоков могут использоваться для эффективного подавления или компенсации различных кратковременных и переходных помех в энергосистеме, в то время как традиционные меры хорошо подходят для стабилизации напряжения. Устройства контроля качества электроэнергии можно разделить на следующие три категории в зависимости от их функций: устройства реактивной компенсации, фильтры и унифицированные стабилизаторы качества электроэнергии (UPQC), которые ориентированы на решение переходных проблем качества электроэнергии. Чтобы устройство контроля качества электроэнергии в полной мере выполняло свои функции, крайне важно использовать точные и эффективные методы анализа и контроля. Во-первых, необходимо получить своевременную и точную информацию об «источнике», такую ​​как трехфазное напряжение, трехфазный ток, ток нейтрали и напряжение между нейтралью и землей, а затем проанализировать эту информацию об источнике в режиме реального времени и быстро получить необходимую управляющую информацию. Устройство управления использует соответствующие методы управления для выполнения соответствующих действий на основе этой управляющей информации и, наконец, достигает идеального эффекта компенсации.
1. Извлечение сигналов помех
Для проблем с качеством электроэнергии, таких как колебания напряжения и мерцание, гармоники и трехфазный дисбаланс, которые изменяются относительно медленно и длятся в течение длительного времени, наиболее часто используемыми методами анализа во временной области являются метод симметричных составляющих и метод гармонического анализа. Для них характерны простые математические выражения и ясные физические понятия. Однако метод анализа во временной области требует большого объема вычислений, занимает много времени и не может обеспечить управление в реальном времени и онлайн. Поэтому метод преобразования необходимо использовать для быстрого и точного получения требуемого сигнала управления. Преобразование Фурье, являющееся наиболее классическим методом обработки сигналов, играет важную роль в определении качества электроэнергии. В настоящее время дискретное преобразование Фурье (ДПФ) и быстрое преобразование Фурье (БПФ) различных алгоритмов стали основой спектрального анализа и гармонического анализа.
Для нарушений качества электроэнергии, таких как падение напряжения, повышение напряжения, мгновенный импульс и мгновенное прерывание напряжения, из-за его короткой продолжительности и большой случайности во времени возникновения преобразование Фурье больше не может соответствовать требованиям, поэтому необходимо использовать новые методы анализа сигналов. , такие как оконное преобразование Фурье, кратковременное преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Кроме того, сочетание традиционных методов анализа с новыми интеллектуальными методами также является тенденцией в анализе проблем качества электроэнергии.
Обнаружение и анализ гармоник тока является еще одним важным аспектом анализа качества электроэнергии. Существующие методы обнаружения гармонического тока включают методы обнаружения, основанные на определении мощности Фрайза, методы обнаружения аналоговых полосовых фильтров, методы обнаружения БПФ, основанные на анализе частотной области, методы синхронного определения, методы адаптивного обнаружения, методы мгновенного обнаружения искаженного тока, основанные на теории мгновенной реактивной мощности, и т. д. Кроме того, существуют методы обнаружения изменяющихся во времени гармоник, основанные на вейвлет-преобразовании, методы обнаружения гармонических токов, основанные на принципе фазовой дискриминации, и методы обнаружения гармоник, основанные на искусственных нейронных сетях. Среди них метод обнаружения гармонического тока, основанный на теории мгновенной реактивной мощности, предложенный Х. Акаги и др. в 1984 году, имеет высокую производительность в реальном времени и широко используется в активной фильтрации. Однако этот метод игнорирует влияние компонентов нулевой последовательности. Когда напряжение искажено, полученный гармонический ток отличается от фактического значения. Преобразование dq0, основанное на обобщенной теории мгновенной реактивной мощности, позволяет более точно и в реальном времени обнаруживать гармонический ток.
2. Стратегия контроля
После того как информация о проблеме с качеством электроэнергии обнаружена и проанализирована, необходимо использовать эффективный метод контроля для устранения или подавления этой информации. Используемый метод управления тесно связан с типом проблемы качества электроэнергии и устройством управления.
Некоторые традиционные устройства, используемые для регулирования установившегося напряжения, такие как шунтирующие конденсаторы, шунтирующие реакторы, отводы трансформаторов и т. д., являются механическими. Они медленно реагируют на проблемы с качеством электроэнергии, имеют неточный контроль и ограниченные возможности регулировки. Раньше обычно использовались ручные методы управления. Сейчас некоторые устройства используют методы автоматического переключения. Их стратегии управления включают в себя очень простое управление с разомкнутым контуром и современные стратегии управления, такие как нечеткое управление и интеллектуальное управление.
Существует больше методов управления устройствами контроля качества электроэнергии, основанными на технологии силовой электроники и подключенными к энергосистеме через преобразователи, такие как SVG (генератор статической переменной мощности), APF (фильтр активной мощности), DVR (динамический восстановитель напряжения), DSTATCOM (т.е. параллельный DVR), UPQC и т. д. Технология ШИМ-управления преобразователей в настоящее время является наиболее распространенным методом управления. Регулируя угол проводимости ∆ и ширину импульса модуляции Ｈ, активный или реактивный обмен между устройством накопления энергии и электросетью можно контролировать в четырех квадрантах, а гармоники на стороне переменного тока можно эффективно подавлять. В соответствии с извлеченным сигналом нарушения качества электроэнергии определяется сигнал запуска конечного преобразователя. В настоящее время широко изучаются и применяются следующие методы контроля:
а. ПИД-регулирование: это наиболее часто используемый метод в энергосистеме. Он обладает совершенной теорией, высокой надежностью, хорошей стабильностью, высокой стационарной точностью и легко реализуется в технике. Классическое ПИД-управление использует типичные модули управления, такие как пропорциональный, интегральный и дифференциальный, а также несколько сетей коррекции, которые могут улучшить динамические и установившиеся характеристики системы. Однако ПИД-регулирование также имеет недостатки, такие как реакция на перерегулирование, плохая способность изменять параметры системы и устойчивость к возмущениям нагрузки. Поэтому появились методы ПИД-регулирования с переменными параметрами и управления, такие как сочетание ПИД-регулятора с управлением переменной структурой.
б. Управление сравнением гистерезиса. В настоящее время наиболее широко используемым методом управления для отслеживания гармонических токов является управление сравнением гистерезиса. Принцип управления сравнением гистерезиса заключается в сравнении контролируемой величины с ее заданным значением в заданном диапазоне для определения момента переключения переключающего элемента силового преобразователя. Управление сравнением гистерезиса имеет преимущества быстрой скорости реакции, высокой точности управления, простоты реализации и отсутствия необходимости понимать характеристики нагрузки; Основным недостатком является то, что частота переключения не фиксирована, при использовании в трехфазной трехпроводной системе возникают серьезные фазовые помехи, а контролируемую величину часто невозможно эффективно контролировать при переключении нагрузки. Сочетание борьбы с переносчиками инфекции и других методов позволяет эффективно преодолеть вышеуказанные недостатки.
в. Управление пространственным вектором. Принцип управления пространственным вектором заключается в получении величины постоянного тока (dq) на основе двухфазной вращающейся системы координат путем преобразования Парка из измеренной величины переменного тока (abc) на основе трехфазной стационарной системы координат. управление развязкой и иметь хорошие характеристики в установившемся режиме и в переходных процессах. Обычные методы векторного управления требуют сложных операций синуса и обратного тангенса, которые обычно обрабатываются DSP; Для сокращения времени работы в реальном времени и снижения требований к аппаратным средствам можно использовать некоторые упрощенные алгоритмы.
д. Контроль бездействия: К.П.Гокхале и др. впервые предложил метод управления аварией инвертора в 1987 году. Его основная идея состоит в том, чтобы определить величину управления переключателем следующего цикла на основе уравнения состояния системы и информации о текущем состоянии и, наконец, достичь цели заставить выходную величину отслеживать входную величину. . Использование контроля за аварией позволяет устранить установившиеся ошибки и завершить переходный процесс в кратчайшие сроки; однако он также имеет такие недостатки, как низкая надежность, большое перерегулирование переходных характеристик, строгие вычисления в реальном времени и высокие требования к оборудованию. Использование контроля апериодического режима с наблюдателем состояния возмущений или технологии оптимального прогнозирующего управления может значительно улучшить эффективность контроля апериодического режима.
е. Линеаризация с обратной связью: метод линеаризации с прямой обратной связью (DFL) преобразует исходную систему в линейную систему путем точной компенсации нелинейных факторов системы, которыми можно управлять с помощью теории линейного управления.
ф. Нелинейное устойчивое управление: учитывая, что SMES (сверхпроводящее устройство хранения энергии) будет подвержено влиянию различных неопределенностей во время фактической эксплуатации, в детерминированную модель SMES можно внести помехи, чтобы получить нелинейную робастную модель второго порядка. Для этой нелинейной модели можно применить метод линеаризации с обратной связью, чтобы сделать ее глобально линеаризованной, а затем для управления можно использовать закон управления всеми линейными системами; или теория робастного управления может быть непосредственно использована для разработки контроллера. Наиболее типичным представителем теории робастного управления, основанной на оптимизации некоторых показателей эффективности, является теория H∞-управления, впервые предложенная канадским ученым Г. Замесом в 1981 г. Эта теория в настоящее время развилась до относительно зрелого уровня и стала мощным инструментом для анализ и проектирование неопределенных систем.
г. Адаптивное управление: на фактическую систему SMES неизбежно будут влиять нарушения нагрузки и изменения других факторов окружающей среды во время работы. Очевидно, что добиться удовлетворительных результатов, используя обычный регулятор для адаптации к различным изменениям с набором неизменных параметров регулятора, затруднительно. Метод адаптивного управления позволяет идентифицировать модель системы в режиме онлайн, а затем вовремя корректировать параметры контроллера в соответствии с моделью системы и индикаторами управления для достижения высокоточного управления.
час Управление с нечеткой логикой: при проектировании контроллера с использованием «метода частотной области» классической теории управления и «метода временной области» современной теории управления необходимо знать точную математическую модель управляемого объекта. Хотя адаптивное управление и самокорректирующееся управление значительно снизили требования к точности моделирования, они требуют использования большого количества априорных данных и требуют онлайн-идентификации модели. Алгоритм сложен и объем вычислений велик, что ограничивает область его применения. Как интеллектуальный метод управления, нечеткое управление не требует точной математической модели системы. Описывая характеристики системы нечетко, можно значительно снизить стоимость получения динамических и статических характеристик системы. Нечеткое управление обладает высокой надежностью и нечувствительно к внешним помехам, изменениям параметров процесса и нелинейным факторам. Однако нечеткое управление имеет устойчивые ошибки и склонно к мелкомасштабным колебаниям вблизи рабочей точки. Другие методы управления можно комбинировать с нечетким управлением, например, управление переменной структурой и искусственные нейронные сети, чтобы улучшить производительность нечеткого управления.
я. Искусственная нейронная сеть (ИНС). Искусственные нейронные сети обладают адаптивными и самоорганизующимися возможностями и на их основе могут изучать нелинейные отношения между входными и выходными данными без необходимости создания математической модели системы; отказоустойчивость и адаптивность ИНС позволяют справиться со многими неопределенными факторами в работе сложных систем и повысить помехоустойчивость системы; Присущая ИНС параллельная структура и возможности параллельной обработки позволяют ей быстро обрабатывать большие объемы данных в системе.
Короче говоря, избыток и недостаток реактивной мощности является важным фактором, влияющим на отклонение напряжения электросети. Традиционные методы тестирования качества электроэнергии имеют ограничения. Компания Haiyida Energy Technology разработала интеллектуальную систему распределения электроэнергии EPDS™, то есть систему мониторинга и улучшения качества электроэнергии. Он создал сеть онлайн-мониторинга качества электроэнергии, охватывающую всю сеть, а также единую и открытую платформу мониторинга и управления, которая динамически отслеживает уровень качества электроэнергии в электросети, а затем преобразует мешающие нагрузки, которые серьезно влияют на качество электроэнергии. электросети, эффективно повышая уровень управления качеством электроэнергии. Он также использует современные технологии измерения и контроля, технологии обработки данных и связи для обеспечения управления и контроля всех объектов распределения электроэнергии и энергосистемы на стороне пользователя, включая линии электропитания оконечного силового оборудования, по экономически разумным затратам, что значительно улучшает эффективность эксплуатации и управления электрораспределительными и энергосистемами и объектами, а также снижение эксплуатационных затрат.