Як покращити якість електроенергії

Існує багато пристроїв і заходів для підвищення якості електроенергії. Нові пристрої з потужними електронними пристроями як основними блоками можна використовувати для ефективного придушення або компенсації різних короткочасних і перехідних збурень в енергосистемі, тоді як звичайні заходи добре підходять для регулювання напруги в стаціонарному стані. Пристрої контролю якості електроенергії можна розділити на наступні три категорії відповідно до їх функцій: реактивні компенсаційні пристрої, фільтри та уніфіковані стабілізатори якості електроенергії (UPQC), які зосереджені на вирішенні перехідних проблем якості електроенергії. Для того, щоб пристрій контролю якості електроенергії в повній мірі використовував свою проектну функцію, вкрай важливо прийняти точні та ефективні методи аналізу та контролю. По-перше, необхідно отримати своєчасну та точну інформацію про «джерело», таку як трифазна напруга, трифазний струм, струм нейтралі та напруга нейтраль-земля, а потім проаналізувати цю інформацію джерела в реальному часі та швидко отримати необхідну контрольну інформацію. Пристрій керування використовує відповідні методи керування для виконання відповідних дій на основі цієї керуючої інформації та, нарешті, отримує ідеальний ефект компенсації.
1. Видалення сигналів завад
Для проблем якості електроенергії, таких як коливання та мерехтіння напруги, гармоніки та трифазний дисбаланс, які змінюються відносно повільно та тривають протягом тривалого часу, метод симетричного компонента та метод гармонічного аналізу є найбільш часто використовуваними методами аналізу у часовій області. Вони характеризуються простими математичними виразами та чіткими фізичними поняттями. Однак метод аналізу в часовій області має великий обсяг обчислень і займає багато часу, і не може досягти контролю в реальному часі та онлайн. Тому для швидкого і точного отримання необхідного керуючого сигналу необхідно використовувати метод перетворення. Як найбільш класичний метод обробки сигналу, перетворення Фур'є відіграє важливу роль у визначенні якості електроенергії. В даний час дискретне перетворення Фур'є (ДПФ) і швидке перетворення Фур'є (ШПФ) різних алгоритмів стали основою аналізу спектра і гармонійного аналізу.
Для порушень якості електроенергії, таких як падіння напруги, підвищення напруги, миттєвий імпульс і миттєве переривання напруги, через його коротку тривалість і велику випадковість у часі появи, перетворення Фур’є більше не може відповідати вимогам, тому необхідно використовувати нові методи аналізу сигналу. , такі як віконне перетворення Фур’є, короткочасне перетворення Фур’є та вейвлет-перетворення. Крім того, поєднання традиційних методів аналізу з новими інтелектуальними методами також є тенденцією в аналізі проблем якості електроенергії.
Виявлення та аналіз гармонійного струму є ще одним важливим аспектом аналізу якості електроенергії. Існуючі методи виявлення гармонійного струму включають методи виявлення на основі визначення потужності Фриза, методи виявлення аналогового смугового фільтра, методи виявлення FFT на основі аналізу частотної області, методи синхронного визначення, адаптивні методи виявлення, методи миттєвого виявлення спотвореного струму на основі теорії миттєвої реактивної потужності, і т. д. Крім того, існують методи виявлення змінних у часі гармонік на основі вейвлет-перетворення, методи виявлення гармонійного струму на основі принципу фазової дискримінації та методи виявлення гармоній на основі штучних нейронних мереж. Серед них метод виявлення гармонічного струму, заснований на теорії миттєвої реактивної потужності, запропонований Х. Акагі та ін. у 1984 році має високу продуктивність у реальному часі та широко використовувався в активній фільтрації. Однак цей метод ігнорує вплив компонентів нульової послідовності. Коли напруга спотворюється, отриманий гармонічний струм відрізняється від фактичного значення. Перетворення dq0 на основі узагальненої миттєвої теорії реактивної потужності може точніше та в режимі реального часу виявляти гармонічний струм.
2. Стратегія контролю
Після виявлення та аналізу інформації про проблему з якістю електроенергії необхідно використати ефективний метод контролю для усунення або придушення цієї інформації. Використовуваний метод керування тісно пов’язаний із типом проблеми з якістю електроенергії та пристроєм керування.
Деякі традиційні пристрої, що використовуються для регулювання напруги в стаціонарному режимі, такі як шунтові конденсатори, шунтові реактори, відводи трансформатора тощо, є механічними. Вони повільно реагують на проблеми з якістю електроенергії, мають неточний контроль і обмежені можливості регулювання. У минулому зазвичай використовувалися ручні методи керування. Зараз деякі пристрої використовують автоматичне перемикання. Їхні стратегії керування включають дуже просте керування з відкритим контуром і сучасні стратегії керування, такі як нечітке керування та інтелектуальне керування.
Існує більше методів контролю для пристроїв контролю якості електроенергії, заснованих на технології силової електроніки та підключених до енергосистеми через перетворювачі, таких як SVG (генератор статичної змінної), APF (фільтр активної потужності), DVR (динамічне відновлення напруги), DSTATCOM (тобто паралельний DVR), UPQC тощо. Технологія керування ШІМ для перетворювачів наразі є найбільш часто використовуваним методом керування. Шляхом регулювання кута провідності ∆ і ширини імпульсу модуляції Ｈ можна контролювати активний або реактивний обмін між пристроєм накопичення енергії та електромережею в чотирьох квадрантах, а гармоніки на стороні змінного струму можна ефективно пригнічувати. Відповідно до виділеного сигналу порушення якості електроенергії визначається тригерний сигнал кінцевого перетворювача. В даний час широко вивчаються і застосовуються такі методи контролю:
a. ПІД-регулювання: це найбільш часто використовуваний метод в енергосистемі. Він має досконалу теорію, надійність, добру стабільність, високу стаціонарну точність і його легко застосувати в техніці. Класичне ПІД-регулювання використовує типові модулі керування, такі як пропорційні, інтегральні та диференціальні, а також кілька коригувальних мереж, які можуть покращити динамічну та сталу продуктивність системи. Однак ПІД-регулювання також має недоліки, такі як реакція на перерегулювання, низька здатність змінювати параметри системи та стійкість до перешкод навантаження. Таким чином, з’явилися ПІД-регулювання зі змінними параметрами та методи керування, такі як поєднання ПІД-регулювання з керуванням змінною структурою.
b. Контроль порівняння гістерезису: на даний момент найбільш широко використовуваним методом контролю для відстеження гармонійних струмів є контроль порівняння гістерезису. Принцип керування порівнянням гістерезису полягає в порівнянні контрольованої величини з її заданим значенням у заданому діапазоні для визначення моменту перемикання перемикаючого елемента силового перетворювача. Контроль порівняння гістерезису має такі переваги, як швидка швидкість відгуку, висока точність керування, проста реалізація та відсутність необхідності розуміти характеристики навантаження; основним недоліком є ​​те, що частота перемикання не є фіксованою, при використанні в трифазній трипровідній системі виникають серйозні фазові перешкоди, а контрольовану кількість часто неможливо ефективно контролювати під час перемикання навантаження. Поєднання з контролем переносників та іншими методами може ефективно подолати вищевказані недоліки.
в. Контроль просторового вектора: принцип керування просторовим вектором полягає в тому, щоб отримати величину постійного струму (dq) на основі двофазної обертової системи координат за допомогою перетворення Парка з виміряної величини змінного струму (abc) на основі трифазної стаціонарної системи координат, реалізувати управління розв’язуванням і мають хорошу продуктивність у стаціонарному стані та перехідну продуктивність. Звичайні методи векторного керування вимагають складних операцій синусоїди та зворотної тангенсної функції, які зазвичай обробляються DSP; щоб скоротити час роботи в реальному часі та зменшити вимоги до обладнання, можна використовувати деякі спрощені алгоритми.
d. Боротьба з ураженням: KPGokhale et al. у 1987 році вперше запропонував метод керування нестабільністю інвертора. Його головна ідея полягає в тому, щоб визначити величину керування перемикачем наступного циклу на основі рівняння стану системи та інформації про поточний стан, і, нарешті, досягти мети, щоб вихідна величина відстежувала вхідну величину. . Застосування контролю несправності може усунути помилки стаціонарного стану та завершити процес переходу в найкоротший час; однак він також має недоліки, такі як низька надійність, велике перевищення перехідного процесу, сильні обчислення в реальному часі та високі вимоги до обладнання. Застосування контролю несправностей із спостерігачем за станом збурень або технології оптимального прогностичного керування може значно покращити продуктивність керування несправностями.
д. Лінеаризація зворотного зв’язку: метод лінеаризації прямого зворотного зв’язку (DFL) перетворює вихідну систему на лінійну шляхом точної компенсації нелінійних факторів системи, якими можна керувати за допомогою теорії лінійного керування.
f. Нелінійне надійне керування: враховуючи, що на SMES (надпровідний накопичувач енергії) впливатимуть різні невизначеності під час фактичної роботи, перешкоди можуть бути введені в детерміновану модель SMES, щоб отримати нелінійну надійну модель другого порядку. Для цієї нелінійної моделі можна застосувати метод лінеаризації зворотного зв’язку, щоб зробити її глобально лінеаризованою, а потім для керування можна використовувати закон керування всіма лінійними системами; або теорія надійного керування може бути безпосередньо використана для розробки контролера. Найтиповішим представником теорії надійного керування, заснованої на оптимізації певних показників ефективності, є теорія управління H∞, яку вперше запровадив канадський учений Г. Замес у 1981 році. Зараз ця теорія досягла відносно зрілого рівня та стала потужним інструментом для аналіз та проектування невизначених систем.
g. Адаптивне керування: на фактичну систему SMES неминуче впливатимуть порушення навантаження та зміни інших факторів навколишнього середовища під час роботи. Очевидно, що важко досягти задовільних результатів, використовуючи звичайний контролер для адаптації до різних змін із набором незмінних параметрів контролера. Адаптивний метод управління може ідентифікувати модель системи в режимі онлайн, а потім своєчасно регулювати параметри контролера відповідно до моделі системи та контрольних індикаторів для досягнення високоточного керування.
ч. Керування нечіткою логікою: при розробці регулятора з використанням «методу частотної області» класичної теорії керування та «методу часової області» сучасної теорії керування необхідно знати точну математичну модель керованого об’єкта. Незважаючи на те, що адаптивне керування та самокоригуюче керування значно знизили вимоги до точності моделювання, вони вимагають використання великої кількості попередніх даних і вимагають онлайн-ідентифікації моделі. Алгоритм складний, а обсяг обчислень великий, що обмежує сферу його застосування. Будучи інтелектуальним методом керування, нечітке керування не потребує точної математичної моделі системи. Описуючи характеристики системи нечітко, вартість отримання динамічних і статичних характеристик системи може бути значно зменшена. Нечітке керування має високу стійкість і нечутливе до зовнішнього втручання, зміни параметрів процесу та нелінійних факторів. Однак нечітке керування має стаціонарні помилки та схильне до дрібних коливань поблизу робочої точки. Інші методи керування можна комбінувати з нечітким керуванням, наприклад керування змінною структурою та штучні нейронні мережі, для покращення продуктивності нечіткого керування.
i. Штучна нейронна мережа (ШНМ): штучні нейронні мережі мають адаптивні та самоорганізаційні можливості та можуть на їх основі вивчати нелінійний зв’язок між входом і виходом без потреби в математичній моделі системи; відмовостійкість і адаптивність ШНМ можуть впоратися з багатьма невизначеними факторами в роботі складних систем і покращити здатність системи проти перешкод; Внутрішня паралельна структура та можливості паралельної обробки ШНМ дозволяють швидко обробляти великі обсяги даних у системі.
Одним словом, надлишок і недолік реактивної потужності є важливим фактором, що впливає на відхилення напруги живлення. Традиційні методи перевірки якості електроенергії мають обмеження. Haiyida Energy Technology розробила інтелектуальну систему розподілу електроенергії EPDS™, тобто систему моніторингу та покращення якості електроенергії. Він створив онлайн-мережу моніторингу якості електроенергії, що охоплює всю мережу, а також уніфіковану відкриту платформу моніторингу та управління, яка динамічно відстежує рівень якості електроенергії в електромережі, а потім перетворює заважаючі навантаження, які серйозно впливають на якість електроенергії. енергетичної мережі, ефективно покращуючи рівень управління якістю електроенергії. Він також використовує сучасну технологію вимірювання та контролю, обробку даних і комунікаційну технологію для досягнення управління та контролю всіх систем розподілу електроенергії та об’єктів енергетичної системи на кінці користувача, включаючи лінії електропостачання до кінцевого енергетичного обладнання, за економічно розумною ціною, що значно покращує ефективність експлуатації та управління розподільними та енергетичними системами та об'єктами, а також зниження експлуатаційних витрат.