Sådan forbedres strømkvaliteten

Der er mange enheder og foranstaltninger til at forbedre strømkvaliteten. Nye enheder med elektroniske enheder med høj effekt som kerneenheder kan bruges til effektivt at undertrykke eller udligne forskellige kortvarige og forbigående forstyrrelser i strømsystemet, mens konventionelle foranstaltninger er velegnede til steady-state spændingsjustering. Strømkvalitetskontrolenheder kan opdeles i følgende tre kategorier i henhold til deres funktioner: reaktive kompensationsenheder, filtre og unified power quality conditioners (UPQC'er), der fokuserer på at løse problemer med forbigående strømkvalitet. For at få strømkvalitetskontrolenheden til at spille fuldt ud til dens designfunktion, er det afgørende at anvende nøjagtige og effektive analyse- og kontrolmetoder. For det første er det nødvendigt at indhente rettidig og nøjagtig information om "kilden", såsom trefaset spænding, trefaset strøm, neutral strøm og neutral-til-jord spænding, og derefter analysere disse kildeoplysninger i realtid og hurtigt at få de nødvendige kontroloplysninger. Styreenheden anvender passende kontrolmetoder til at frembringe tilsvarende handlinger baseret på disse kontrolinformationer og opnår endelig den ideelle kompensationseffekt.
1. Udtræk af forstyrrelsessignaler
For problemer med strømkvaliteten såsom spændingsudsving og flimmer, harmoniske og trefasede ubalancer, som ændrer sig relativt langsomt og varer i lang tid, er den symmetriske komponentmetode og den harmoniske analysemetode de mest almindeligt anvendte tidsdomæneanalysemetoder. De er kendetegnet ved simple matematiske udtryk og klare fysiske begreber. Tidsdomæneanalysemetoden har dog en stor mængde beregninger og tager lang tid og kan ikke opnå real-time og online kontrol. Derfor skal transformationsmetoden bruges til hurtigt og præcist at opnå det nødvendige styresignal. Som den mest klassiske signalbehandlingsmetode spiller Fourier-transformation en vigtig rolle i strømkvalitetsdetektion. På nuværende tidspunkt er den diskrete Fourier-transformation (DFT) og den hurtige Fourier-transformation (FFT) af forskellige algoritmer blevet grundlaget for spektrumanalyse og harmonisk analyse.
For strømkvalitetsforstyrrelser såsom spændingsfald, spændingsstigning, øjeblikkelig puls og øjeblikkelig spændingsafbrydelse kan Fourier-transformationen på grund af dens korte varighed og store tilfældighed i forekomsttiden ikke længere opfylde kravene, så nye signalanalysemetoder skal bruges , såsom windowed Fourier-transformation, korttids Fourier-transformation og wavelet-transformation. Derudover er kombinationen af ​​traditionelle analysemetoder med nye intelligente metoder også en tendens til at analysere strømkvalitetsproblemer.
Detektering og analyse af harmonisk strøm er et andet vigtigt aspekt af strømkvalitetsanalyse. Eksisterende harmoniske strømdetektionsmetoder omfatter detektionsmetoder baseret på Fryze-effektdefinition, analoge båndpasfilterdetektionsmetoder, FFT-detektionsmetoder baseret på frekvensdomæneanalyse, synkrone bestemmelsesmetoder, adaptive detektionsmetoder, øjeblikkelige detektionsmetoder for forvrænget strøm baseret på øjeblikkelig reaktiv effektteori, osv. Derudover er der tidsvarierende harmoniske detektionsmetoder baseret på wavelet transformation, harmoniske strømdetektionsmetoder baseret på fasediskriminationsprincippet og harmoniske detektionsmetoder baseret på kunstige neurale netværk. Blandt dem er den harmoniske strømdetektionsmetode baseret på teorien om øjeblikkelig reaktiv effekt foreslået af H. Akagi et al. i 1984 har en stærk realtidsydelse og har været meget brugt i aktiv filtrering. Denne metode ignorerer imidlertid indflydelsen af ​​nulsekvenskomponenter. Når spændingen er forvrænget, er den opnåede harmoniske strøm forskellig fra den faktiske værdi. dq0-transformationen baseret på den generaliserede teori om øjeblikkelig reaktiv effekt kan detektere den harmoniske strøm mere nøjagtigt og i realtid.
2. Kontrolstrategi
Når informationen om strømkvalitetsproblemet er opdaget og analyseret, skal der bruges en effektiv kontrolmetode til at eliminere eller undertrykke denne information. Den anvendte kontrolmetode er tæt forbundet med typen af ​​strømkvalitetsproblem og kontrolanordningen.
Nogle traditionelle enheder, der bruges til steady-state spændingsjustering, såsom shuntkondensatorer, shuntreaktorer, transformatorhaner osv., er mekaniske. De reagerer langsomt på problemer med strømkvaliteten, har upræcis kontrol og har begrænsede justeringsmuligheder. Tidligere brugte man generelt manuelle kontrolmetoder. Nu bruger nogle enheder automatiske skiftmetoder. Deres styringsstrategier omfatter meget enkel styring med åben sløjfe og moderne styringsstrategier såsom fuzzy styring og intelligent styring.
Der er flere kontrolmetoder til strømkvalitetskontrolenheder baseret på strømelektronikteknologi og forbundet til strømsystemet gennem omformere, såsom SVG (statisk var-generator), APF (aktivt strømfilter), DVR (dynamisk spændingsgenopretter), DSTATCOM (dvs. parallel DVR), UPQC osv. PWM-styringsteknologien til konvertere er i øjeblikket den mest anvendte styringsmetode. Ved at justere ledningsvinklen ∆ og moduleringsimpulsbredden Ｈ kan den aktive eller reaktive udveksling mellem energilagringsenheden og elnettet styres i fire kvadranter, og harmoniske på AC-siden kan effektivt undertrykkes. I henhold til det udtrukne forstyrrelsessignal for strømkvaliteten bestemmes triggersignalet for den endelige konverter. På nuværende tidspunkt er de kontrolmetoder, der er bredt undersøgt og anvendt, som følger:
en. PID-styring: Dette er den mest anvendte metode i elsystemet. Den har perfekt teori, stærk robusthed, god stabilitet, høj steady-state nøjagtighed og er nem at implementere i teknik. Klassisk PID-styring bruger typiske kontrolmoduler såsom proportional, integral og differentiel, plus adskillige korrektionsnetværk, som kan forbedre systemets dynamiske og steady-state ydeevne. PID-styring har dog også mangler såsom overskridelsesrespons, dårlig evne til at forstyrre systemparametre og belastningsforstyrrelsesmodstand. Derfor er der opstået variabel parameter PID kontrol og kontrolmetoder såsom at kombinere PID med variabel struktur kontrol.
b. Hysterese-sammenligningskontrol: På nuværende tidspunkt er den mest udbredte kontrolmetode til sporing af harmoniske strømme hysterese-sammenligningskontrol. Princippet for kontrol med hysteresesammenligning er at sammenligne den kontrollerede mængde med dens givne værdi inden for et givet område for at bestemme koblingstidspunktet for strømomformerens koblingselement. Hysterese-sammenligningskontrol har fordelene ved hurtig responshastighed, høj kontrolnøjagtighed, nem implementering og ingen grund til at forstå belastningskarakteristika; den største ulempe er, at omskiftningsfrekvensen ikke er fast, der er alvorlig faseinterferens, når den bruges i trefaset treledersystem, og den kontrollerede mængde kan ofte ikke kontrolleres effektivt, når belastningen skiftes. Kombination med vektorkontrol og andre metoder kan effektivt overvinde ovennævnte ulemper.
c. Rumvektorstyring: Princippet for rumvektorstyring er at opnå DC-mængden (dq) baseret på det tofasede roterende koordinatsystem ved Parktransformation fra den målte AC-mængde (abc) baseret på det trefasede stationære koordinatsystem, realisere afkoblingskontrol og har god steady-state ydeevne og transient ydeevne. Konventionelle vektorstyringsmetoder kræver komplekse sinus- og inverse tangentfunktionsoperationer, som generelt behandles af DSP; For at forkorte realtidsdriftstiden og reducere kravene til hardware, kan nogle forenklede algoritmer bruges.
d. Deadbeat-kontrol: KPGokhale et al. foreslog første gang inverter-deadbeat-styringsmetoden i 1987. Dens hovedidé er at udlede switch-kontrolmængden for den næste cyklus baseret på systemtilstandsligningen og den aktuelle tilstandsinformation og endelig opnå formålet med at få outputmængden til at spore inputmængden . Brugen af ​​deadbeat-kontrol kan eliminere steady-state fejl og afslutte overgangsprocessen på kortest tid; det har dog også ulemper såsom dårlig robusthed, stort transient responsoverskridelse, stærk realtidsberegning og høje hardwarekrav. Brugen af ​​dødslagskontrol med forstyrrelsestilstandsobservatør eller optimal prædiktiv kontrolteknologi kan i høj grad forbedre ydeevnen af ​​dødslagskontrol.
e. Feedback-linearisering: Metoden med direkte feedback-linearisering (DFL) konverterer det originale system til et lineært system ved nøjagtigt at kompensere for systemets ikke-lineære faktorer, som kan styres af lineær kontrolteori.
f. Ikke-lineær robust kontrol: I betragtning af at SMES (superledende energilagringsenhed) vil blive påvirket af forskellige usikkerheder under faktisk drift, kan interferens introduceres i den deterministiske model af SMES for at opnå en ikke-lineær andenordens robust model. Til denne ikke-lineære model kan feedback-lineariseringsmetoden anvendes til at gøre den globalt lineariseret, og derefter kan kontrolloven for alle lineære systemer bruges til styring; eller den robuste kontrolteori kan bruges direkte til at designe controlleren. Den mest typiske repræsentant for den robuste kontrolteori baseret på optimering af visse præstationsindikatorer er H∞ kontrolteorien, som blev udviklet af den canadiske forsker G. Zames i 1981. Denne teori er nu udviklet til et relativt modent niveau og er blevet et stærkt værktøj til analysere og designe usikre systemer.
g. Adaptiv styring: Selve SMES-systemet vil uundgåeligt blive påvirket af belastningsforstyrrelser og ændringer i andre miljøfaktorer under drift. Det er naturligvis vanskeligt at opnå tilfredsstillende resultater ved at bruge en konventionel regulator til at tilpasse sig forskellige ændringer med et sæt uændrede regulatorparametre. Den adaptive kontrolmetode kan identificere systemmodellen online og derefter justere controllerparametrene i tide i henhold til systemmodellen og kontrolindikatorerne for at opnå højpræcisionskontrol.
h. Fuzzy logic control: Når man designer en controller ved hjælp af "frekvensdomænemetoden" i klassisk kontrolteori og "tidsdomænemetoden" i moderne kontrolteori, skal den præcise matematiske model af det kontrollerede objekt kendes. Selvom adaptiv kontrol og selvkorrigerende kontrol i høj grad har reduceret kravene til modelleringsnøjagtighed, kræver de brug af en stor mængde forudgående data og kræver online identifikation af modellen. Algoritmen er kompleks, og mængden af ​​beregninger er stor, hvilket begrænser dens anvendelsesområde. Som en intelligent styringsmetode kræver fuzzy control ikke en nøjagtig matematisk model for systemet. Ved at beskrive systemets egenskaber uklar, kan omkostningerne ved at opnå de dynamiske og statiske karakteristika af systemet reduceres betydeligt. Fuzzy-styring har stærk robusthed og er ufølsom over for ekstern interferens, procesparameterændringer og ikke-lineære faktorer. Fuzzy-kontrol har dog steady-state-fejl og er tilbøjelig til små svingninger nær driftspunktet. Andre kontrolmetoder kan kombineres med fuzzy kontrol, såsom variabel strukturkontrol og kunstige neurale netværk, for at forbedre ydeevnen af ​​fuzzy kontrol.
jeg. Kunstige neurale netværk (ANN): Kunstige neurale netværk har adaptive og selvorganiserende evner og kan lære det ikke-lineære forhold mellem input og output baseret på dem uden behov for en matematisk model af systemet; ANN's fejltolerance og tilpasningsevne kan klare mange usikre faktorer i driften af ​​komplekse systemer og forbedre systemets anti-interferensevne; ANN's iboende parallelle struktur og parallelle behandlingsmuligheder gør det muligt hurtigt at behandle store mængder data i systemet.
Kort sagt er overskud og mangel på reaktiv effekt en vigtig faktor, der påvirker afvigelsen af ​​strømforsyningsspændingen. Traditionelle metoder til test af strømkvalitet har begrænsninger. Haiyida Energy Technology har udviklet det intelligente strømdistributionssystem EPDS™, dvs. systemet til overvågning og forbedring af strømkvaliteten. Det har etableret et online overvågningsnetværk for strømkvalitet, der dækker hele netværket, samt en samlet og åben overvågnings- og administrationsplatform, som dynamisk overvåger strømkvalitetsniveauet i elnettet og derefter transformerer de forstyrrende belastninger, der alvorligt påvirker strømkvaliteten af elnettet, hvilket effektivt forbedrer strømkvalitetsstyringsniveauet. Det bruger også moderne måle- og kontrolteknologi, databehandlings- og kommunikationsteknologi til at opnå styring og kontrol af alle strømdistributions- og strømsystemfaciliteter i brugerenden, inklusive strømforsyningsledninger til terminalstrømudstyr, til en økonomisk rimelig pris, hvilket i høj grad forbedrer drifts- og styringseffektivitet af strømdistribution og strømsystemer og faciliteter, og reduktion af driftsomkostninger.