電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

鐘亮 施泉生

摘 ?要： 為了增加電力節(jié)能控制系統(tǒng)靈活性，達(dá)到將測試能量高質(zhì)量反饋回電力系統(tǒng)的目的，對現(xiàn)有電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。通過負(fù)載電路結(jié)構(gòu)、框架的完善，完成電力節(jié)能控制系統(tǒng)PEL并網(wǎng)變換器的改進(jìn);通過直流電壓諧波分析、均值濾波變換器設(shè)計、前饋控制，完成饋網(wǎng)變換器設(shè)計。模擬線性負(fù)荷直流電壓分量波形設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，應(yīng)用改進(jìn)后電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)，增強(qiáng)前饋控制對效果波形的影響及均值濾波實(shí)際效果，達(dá)到將測試能量高質(zhì)量反饋回電力系統(tǒng)的目的。

關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng); 節(jié)能控制; PEL并網(wǎng)變換器; 諧波分析; 前饋控制; 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN624?34; TP311 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2018）10?0136?04

Abstract： To increase the flexibility of power energy?saving control system and achieve the purpose of feeding back the testing energy to the power system with high quality， an improved design of the existing power system energy?saving control system is conducted. The improvement of PEL grid connection converter for the power energy?saving control system is accomplished by means of the structure and architecture improvement of the load circuit. The design of feedback network converter is completed by means of harmonic analysis of DC voltage， the design of mean filtering converter， and feed?forward control. The contrast experiment was designed by simulating the component waveforms of linear load DC voltage. The results show that the improved power system energy?saving control system can increase the influence of feed?forward control on effect waveforms and the actual effect of mean filtering， and achieve the purpose of feeding the testing energy back to the power system with high quality.

Keywords： power system; energy?saving control; PEL grid connection converter; harmonic analysis; feed?forward control; system design

0 ?引 ?言

現(xiàn)有電力節(jié)能控制系統(tǒng)，依據(jù)模糊PID原理，通過機(jī)理分析方法，確定電力系統(tǒng)中節(jié)能被控對象使用的數(shù)學(xué)模型。模糊PID原理是在混沌蟻群算法的基礎(chǔ)上，對量化因子和比例因子進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而使系統(tǒng)在高效運(yùn)行的同時，達(dá)到節(jié)能的效果[1]。但這種方式不能將測試能量高質(zhì)量反饋回電力系統(tǒng)，且系統(tǒng)整體靈活性較差。為了改善此問題，對原有電力節(jié)能控制系統(tǒng)的PEL并網(wǎng)變換器進(jìn)行改進(jìn)。PEL并網(wǎng)變換器是控制電力電子負(fù)載的重要組成部分，且通過負(fù)載電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、模型框架的改進(jìn)，可全面掌握電力電子負(fù)載的工作情況。為了增強(qiáng)電力節(jié)能控制系統(tǒng)的靈活性，設(shè)計饋網(wǎng)變換器，通過直流電壓諧波分析、均值濾波變換器設(shè)計、前饋控制三階段，完善電力節(jié)能控制系統(tǒng)饋網(wǎng)變換器設(shè)計過程。為了驗(yàn)證改進(jìn)后系統(tǒng)的實(shí)用性價值，模擬線性負(fù)荷直流電壓分量波形，測量前饋控制對效果波形的影響、前饋控制對均值濾波實(shí)際效果。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，應(yīng)用改進(jìn)后電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)，可達(dá)到將測試能量高質(zhì)量反饋回電力系統(tǒng)的目的。

1 ?電力節(jié)能控制系統(tǒng)PEL并網(wǎng)變換器的改進(jìn)

1.1 ?PEL并網(wǎng)變換器負(fù)載電路結(jié)構(gòu)

PEL并網(wǎng)變換器負(fù)載電路由輸入模擬變換器、直流環(huán)節(jié)、輸出并網(wǎng)變換器三部分組成[2]。

其中輸入模擬變換器可根據(jù)電力電子負(fù)載特點(diǎn)，分析母線電壓在直流情況下的諧波產(chǎn)生機(jī)理。根據(jù)所得諧波產(chǎn)生機(jī)理，消除諧波抑制對控制系統(tǒng)指令發(fā)布造成的影響[3]。完成上述處理后，電力電子流入直流環(huán)節(jié)，在此階段，通過變換輸入電壓，有效控制電力電子的前饋控制對系統(tǒng)造成的影響[4]。流出直流環(huán)節(jié)后，到達(dá)輸出并網(wǎng)變換器，在此階段，持續(xù)改善電力電子的動態(tài)特性，提高饋網(wǎng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的功率因數(shù)。具體負(fù)載電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 ?PEL并網(wǎng)變換器框架結(jié)構(gòu)

經(jīng)過輸入模擬變換器、直流環(huán)節(jié)、輸出并網(wǎng)變換器三步轉(zhuǎn)換的電力電子，具有較高的內(nèi)環(huán)電流與外環(huán)電壓[5]。電力電子流經(jīng)鎖相環(huán)后，到達(dá)指令信號發(fā)生器，再經(jīng)過正負(fù)電極表，到達(dá)電感電流內(nèi)環(huán)控制器。此時，流經(jīng)第二個正負(fù)電極表，經(jīng)過第二個正負(fù)電極表對電力電子電壓的轉(zhuǎn)換后，流向第三個正負(fù)電極表[6]。至此，PEL并網(wǎng)變換器，完成在電力節(jié)能控制系統(tǒng)中的全部工作[7]。PEL并網(wǎng)變換器框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 ?電力節(jié)能控制系統(tǒng)饋網(wǎng)變換器的設(shè)計

電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)的改進(jìn)與設(shè)計，依靠PEL并網(wǎng)變換器的改進(jìn)、饋網(wǎng)變換器的設(shè)計兩部分共同完成[8]。上述過程完成PEL并網(wǎng)變換器的改進(jìn)，饋網(wǎng)變換器設(shè)計具體步驟如下。

2.1 ?饋網(wǎng)變換器直流電壓諧波分析

設(shè)電力節(jié)能控制系統(tǒng)實(shí)際輸入電壓為[u]，實(shí)際輸入電流為[i]，目標(biāo)輸入電壓為[u1]，目標(biāo)輸入電流為[i1]，饋網(wǎng)變換器直流階段功率因數(shù)為-1。則饋網(wǎng)變換器直流電壓諧波分析可表示為：

2.2 ?均值濾波變換器設(shè)計

電力節(jié)能控制系統(tǒng)饋網(wǎng)變換器，在正常工作情況下，產(chǎn)生成分較為復(fù)雜的諧波[9]。在低通濾波器不能滿足寬范圍諧波抑制需要時，饋網(wǎng)變換器會隨著截止頻率的降低，而產(chǎn)生小階數(shù)的饋網(wǎng)濾波。為了防止此現(xiàn)象的出現(xiàn)，在原有電力節(jié)能控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)均值濾波變換器[7]。ZOH1和ZOH2為兩臺零階保持器，根據(jù)上述過程，均值濾波變換器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 ?饋網(wǎng)變換器前饋控制

上述過程描述了饋網(wǎng)變換器前饋控制意義，其具體框架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 ?參數(shù)設(shè)置

以一臺整體電機(jī)容量為10 kV·A的電力電子發(fā)射器作為實(shí)驗(yàn)對象，該發(fā)射器的額定電網(wǎng)電壓為220 V，額定直流電壓為380 V，額定電網(wǎng)頻率為79 Hz，負(fù)載開關(guān)的頻率為1.28×104 Hz，負(fù)載輸入、輸出電感分別為1.7 mH，3.4 mH，最大直流電容為4.7×103 μF。詳細(xì)參數(shù)設(shè)定如表1所示。

規(guī)定電力電子發(fā)射器參數(shù)后，打開發(fā)射器。在低頻率情況下，分別檢測應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)前、后，前饋控制對效果波形的影響;再在高頻率情況下，分別檢測應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)前、后，前饋控制對效果波形的影響。

3.2 ?均值濾波實(shí)際效果對比

均值濾波實(shí)際效果可反應(yīng)測試能量反饋回電力系統(tǒng)的質(zhì)量。若均值濾波實(shí)際效果越密集，則測試能量反饋回電力系統(tǒng)的質(zhì)量越高，反之則越低。在低頻率情況下，分別檢測應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)前、后，均值濾波實(shí)際效果;再在高頻率情況下，分別檢測應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)前、后，均值濾波實(shí)際效果。具體檢測結(jié)果如圖5、圖6所示。

分析圖5可知，在低頻率下，應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)前，均值濾波實(shí)際效果分布散亂，重合部分較少;應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)后，均值濾波實(shí)際效果分布集中，出現(xiàn)較多重合部分。分析圖6可知，在高頻率下，應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)前，均值濾波實(shí)際效果分布散亂，重合部分較少;應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)后，均值濾波實(shí)際效果分布集中，出現(xiàn)較多重合部分。均值濾波實(shí)際效果越密集，代表測試能量反饋回電力系統(tǒng)的質(zhì)量越高。所以，證明應(yīng)用電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)，增強(qiáng)均值濾波實(shí)際效果，促使測試能量高質(zhì)量反饋回電力系統(tǒng)。

4 ?結(jié) ?語

本文成功完成了電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)的改進(jìn)與設(shè)計，通過增設(shè)均值濾波變換器的方式，保證改進(jìn)后系統(tǒng)的順利運(yùn)行。通過設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)的方法，證明應(yīng)用改進(jìn)后電力系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)，確實(shí)具有促使測試能量高質(zhì)量反饋回電力系統(tǒng)的作用。

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