Hur man förbättrar strömkvaliteten

Det finns många enheter och åtgärder för att förbättra strömkvaliteten. Nya enheter med högeffekts elektroniska enheter som kärnenheter kan användas för att effektivt undertrycka eller kompensera olika kortvariga och transienta störningar i kraftsystemet, medan konventionella åtgärder är väl lämpade för spänningsjustering i konstant tillstånd. Strömkvalitetskontrollenheter kan delas in i följande tre kategorier enligt deras funktioner: reaktiva kompensationsenheter, filter och unified power quality conditioners (UPQC) som fokuserar på att lösa transienta strömkvalitetsproblem. För att få strömkvalitetskontrollenheten att ge full spel åt sin designfunktion är det avgörande att anta noggranna och effektiva analys- och kontrollmetoder. Först är det nödvändigt att erhålla aktuell och korrekt information om "källan", såsom trefasspänning, trefasström, nollström och noll-till-jord-spänning, och sedan analysera denna källinformation i realtid och snabbt för att få erforderlig kontrollinformation. Styranordningen använder lämpliga styrmetoder för att producera motsvarande åtgärder baserat på denna styrinformation, och erhåller slutligen den ideala kompensationseffekten.
1. Extraktion av störsignaler
För strömkvalitetsproblem som spänningsfluktuationer och flimmer, övertoner och trefasobalans, som förändras relativt långsamt och varar under lång tid, är den symmetriska komponentmetoden och metoden för harmonisk analys de vanligaste metoderna för analys av tidsdomäner. De kännetecknas av enkla matematiska uttryck och tydliga fysiska begrepp. Tidsdomänanalysmetoden har dock en stor mängd beräkningar och tar lång tid och kan inte uppnå realtids- och onlinekontroll. Därför måste transformationsmetoden användas för att snabbt och exakt erhålla den erforderliga styrsignalen. Som den mest klassiska signalbehandlingsmetoden spelar Fouriertransform en viktig roll vid detektering av strömkvalitet. För närvarande har den diskreta Fouriertransformen (DFT) och den snabba Fouriertransformen (FFT) av olika algoritmer blivit grunden för spektrumanalys och övertonsanalys.
För strömkvalitetsstörningar som spänningsfall, spänningsökning, momentan puls och momentana spänningsavbrott, på grund av dess korta varaktighet och stora slumpmässiga uppträdandetid, kan Fouriertransform inte längre uppfylla kraven, så nya signalanalysmetoder måste användas , såsom fönsterförsedd Fourier-transform, korttids-Fourier-transform och wavelet-transform. Att kombinera traditionella analysmetoder med nya intelligenta metoder är dessutom en trend när det gäller att analysera problem med strömkvalitet.
Detektering och analys av övertonsström är en annan viktig aspekt av energikvalitetsanalys. Befintliga metoder för detektering av övertonsström inkluderar detekteringsmetoder baserade på Fryze effektdefinition, analoga bandpassfilterdetekteringsmetoder, FFT-detekteringsmetoder baserade på frekvensdomänanalys, metoder för synkron bestämning, adaptiva detektionsmetoder, momentana detekteringsmetoder för förvrängd ström baserade på teori för momentan reaktiv effekt, etc. Dessutom finns det tidsvarierande harmoniska detekteringsmetoder baserade på wavelettransform, harmoniska strömdetektionsmetoder baserade på fasdiskrimineringsprincipen, och harmoniska detekteringsmetoder baserade på artificiella neurala nätverk. Bland dem, den harmoniska strömdetektionsmetoden baserad på teorin om momentan reaktiv effekt som föreslagits av H. Akagi et al. 1984 har stark realtidsprestanda och har använts i stor utsträckning i aktiv filtrering. Denna metod ignorerar emellertid inverkan av nollsekvenskomponenter. När spänningen är förvrängd skiljer sig den erhållna övertonsströmmen från det faktiska värdet. dq0-transformationen baserad på den generaliserade teorin för momentan reaktiv effekt kan detektera den övertonsströmmen mer exakt och i realtid.
2. Styrstrategi
När informationen om strömkvalitetsproblemet har upptäckts och analyserats måste en effektiv kontrollmetod användas för att eliminera eller undertrycka denna information. Styrmetoden som används är nära relaterad till typen av strömkvalitetsproblem och styranordningen.
Vissa traditionella enheter som används för spänningsjustering i konstant tillstånd, såsom shuntkondensatorer, shuntreaktorer, transformatorkranar, etc., är mekaniska. De reagerar långsamt på problem med strömkvaliteten, har oprecis kontroll och har begränsade justeringsmöjligheter. Tidigare användes vanligen manuella kontrollmetoder. Nu använder vissa enheter automatiska växlingsmetoder. Deras styrstrategier inkluderar mycket enkel styrning med öppen slinga och moderna styrstrategier som fuzzy styrning och intelligent styrning.
Det finns fler styrmetoder för strömkvalitetskontrollenheter baserade på kraftelektronikteknik och anslutna till kraftsystemet via omvandlare, såsom SVG (statisk vargenerator), APF (aktivt effektfilter), DVR (dynamisk spänningsåterställare), DSTATCOM (dvs. parallell DVR), UPQC, etc. PWM-styrtekniken för omvandlare är för närvarande den mest använda styrmetoden. Genom att justera ledningsvinkeln ∆ och moduleringspulsbredden Ｈ kan det aktiva eller reaktiva utbytet mellan energilagringsenheten och elnätet styras i fyra kvadranter, och övertonerna på AC-sidan kan effektivt undertryckas. Enligt den extraherade effektkvalitetsstörningssignalen bestäms triggersignalen för den slutliga omvandlaren. För närvarande är de kontrollmetoder som är allmänt studerade och tillämpade följande:
a. PID-kontroll: Detta är den mest använda metoden i kraftsystemet. Den har perfekt teori, stark robusthet, bra stabilitet, hög steady-state-noggrannhet och är lätt att implementera inom teknik. Klassisk PID-styrning använder typiska styrmoduler som proportionell, integral och differential, plus flera korrigeringsnätverk, vilket kan förbättra systemets dynamiska och stabila prestanda. Men PID-styrning har också brister såsom översvängningsrespons, dålig förmåga att störa systemparametrar och belastningsstörningsmotstånd. Därför har PID-styrning och styrmetoder med variabel parameter som att kombinera PID med styrning av variabel struktur uppstått.
b. Hysteresjämförelsekontroll: För närvarande är den mest använda styrmetoden för att spåra harmoniska strömmar hysteresjämförelsekontroll. Principen för kontroll av hysteresjämförelse är att jämföra den kontrollerade kvantiteten med dess givna värde inom ett givet område för att bestämma omkopplingstidpunkten för omkopplingselementet i effektomvandlaren. Hysteresjämförelsekontroll har fördelarna med snabb svarshastighet, hög kontrollnoggrannhet, enkel implementering och inget behov av att förstå lastegenskaper; den största nackdelen är att omkopplingsfrekvensen inte är fixerad, det finns allvarliga fasstörningar när de används i trefas tretrådssystem, och den kontrollerade kvantiteten kan ofta inte kontrolleras effektivt när lasten växlas. Kombination med vektorkontroll och andra metoder kan effektivt övervinna ovanstående nackdelar.
c. Rymdvektorstyrning: Principen för rymdvektorstyrning är att erhålla DC-kvantiteten (dq) baserat på det tvåfas roterande koordinatsystemet genom Parktransformation från den uppmätta AC-kvantiteten (abc) baserat på det trefasiga stationära koordinatsystemet, realisera frånkopplingsstyrning och har bra prestanda i stationärt tillstånd och övergående prestanda. Konventionella vektorkontrollmetoder kräver komplexa sinus- och inverstangensfunktionsoperationer, vilka vanligtvis bearbetas av DSP; För att förkorta drifttiden i realtid och minska kraven på hårdvara kan vissa förenklade algoritmer användas.
d. Deadbeat-kontroll: KPGokhale et al. föreslog först växelriktarens deadbeat-styrningsmetod 1987. Dess huvudidé är att härleda omkopplarstyrningsmängden för nästa cykel baserat på systemtillståndsekvantiteten och den aktuella tillståndsinformationen, och slutligen uppnå syftet att få utgångskvantiteten att följa ingångskvantiteten . Användningen av deadbeat-kontroll kan eliminera steady-state-fel och avsluta övergångsprocessen på kortast tid; men det har också nackdelar som dålig robusthet, stor översvängning av transientsvar, stark realtidsberäkning och höga hårdvarukrav. Användningen av deadbeat-kontroll med störningstillståndsobservatör eller optimal prediktiv kontrollteknik kan avsevärt förbättra prestandan för deadbeat-kontroll.
e. Återkopplingslinjärisering: Metoden för direkt återkopplingslinjärisering (DFL) omvandlar det ursprungliga systemet till ett linjärt system genom att noggrant kompensera för systemets olinjära faktorer, som kan styras av linjär styrteori.
f. Icke-linjär robust kontroll: Med tanke på att SMES (supraledande energilagringsenhet) kommer att påverkas av olika osäkerheter under faktisk drift, kan interferens introduceras i den deterministiska modellen för SMES för att erhålla en ickelinjär andra ordningens robusta modell. För denna olinjära modell kan återkopplingslinjäriseringsmetoden tillämpas för att göra den globalt linjäriserad, och sedan kan kontrolllagen för alla linjära system användas för kontroll; eller den robusta styrteorin kan användas direkt för att designa styrenheten. Den mest typiska representanten för den robusta kontrollteorin baserad på optimering av vissa prestationsindikatorer är H∞-kontrollteorin som pionjärer av den kanadensiska forskaren G. Zames 1981. Denna teori har nu utvecklats till en relativt mogen nivå och har blivit ett kraftfullt verktyg för analysera och designa osäkra system.
g. Adaptiv styrning: Själva SMES-systemet kommer oundvikligen att påverkas av belastningsstörningar och förändringar i andra miljöfaktorer under drift. Det är uppenbarligen svårt att uppnå tillfredsställande resultat genom att använda en konventionell styrenhet för att anpassa sig till olika förändringar med en uppsättning oförändrade styrparametrar. Den adaptiva styrmetoden kan identifiera systemmodellen online och sedan justera styrenhetens parametrar i tid enligt systemmodellen och kontrollindikatorerna för att uppnå högprecisionskontroll.
h. Fuzzy logic control: När man designar en styrenhet som använder "frekvensdomänmetoden" i klassisk styrteori och "tidsdomänmetoden" för modern styrteori, måste den exakta matematiska modellen för det kontrollerade objektet vara känd. Även om adaptiv kontroll och självkorrigerande kontroll avsevärt har minskat kraven på modelleringsnoggrannhet, kräver de användning av en stor mängd tidigare data och kräver onlineidentifiering av modellen. Algoritmen är komplex och mängden beräkningar är stor, vilket begränsar dess tillämpningsområde. Som en intelligent styrmetod kräver fuzzy control ingen exakt matematisk modell för systemet. Genom att beskriva systemets egenskaper oklart kan kostnaden för att erhålla de dynamiska och statiska egenskaperna hos systemet reduceras avsevärt. Fuzzy control har stark robusthet och är okänslig för externa störningar, processparameterförändringar och olinjära faktorer. Fuzzy control har dock fel i stationärt tillstånd och är benägen för småskaliga svängningar nära arbetspunkten. Andra kontrollmetoder kan kombineras med fuzzy kontroll, såsom variabel strukturkontroll och artificiella neurala nätverk, för att förbättra prestandan för fuzzy kontroll.
i. Artificiella neurala nätverk (ANN): Artificiella neurala nätverk har adaptiva och självorganiserande möjligheter och kan lära sig det olinjära förhållandet mellan input och output baserat på dem utan att behöva en matematisk modell av systemet; ANN:s feltolerans och anpassningsförmåga kan hantera många osäkra faktorer i driften av komplexa system och förbättra systemets anti-interferensförmåga; den inneboende parallella strukturen och parallella bearbetningsförmågan hos ANN gör att den snabbt kan bearbeta stora mängder data i systemet.
Kort sagt är överskottet och bristen på reaktiv effekt en viktig faktor som påverkar avvikelsen i matningsspänningen. Traditionella testmetoder för strömkvalitet har begränsningar. Haiyida Energy Technology har utvecklat det intelligenta kraftdistributionssystemet EPDS™, dvs systemet för övervakning och förbättring av strömkvaliteten. Den har etablerat ett onlinenätverk för övervakning av strömkvalitet som täcker hela nätverket, såväl som en enhetlig och öppen övervaknings- och hanteringsplattform, som dynamiskt övervakar strömkvalitetsnivån i elnätet och sedan omvandlar de störande belastningar som allvarligt påverkar strömkvaliteten. av elnätet, vilket effektivt förbättrar ledningsnivån för elkvalitet. Den använder också modern mät- och kontrollteknik, databehandlings- och kommunikationsteknik för att uppnå hantering och kontroll av alla kraftdistributions- och kraftsystemanläggningar i användaränden, inklusive strömförsörjningsledningar till terminalkraftutrustning, till en ekonomiskt rimlig kostnad, vilket avsevärt förbättrar drift- och förvaltningseffektivitet för kraftdistribution och kraftsystem och anläggningar, och minska driftskostnaderna.