一种节能控制装置的制作方法

本实用新型涉及输配电领域，具体涉及一种节能控制装置。

背景技术：

降压节能技术是配电网实现节能的一种重要手段。按照国家的相关标准，供电电压的合格范围一般在-10％～+10％之间，而负载的功率会随着供电电压的下降而下降。

参见图1，现有技术中一般通过调整变压器分接头，降低整条馈线的电压，只要末端电压不低于供电电压的下限就能够达到节能的效果，实验结果表明降压节能能够实现显著降低负载所消耗的功率。

但现有的降压节能技术存在以下主要的问题：

(1)当线路潮流增大时，电压下降的斜率会增大，此时电压能够调节的范围很小，节能效果差；

(2)末端电压接近供电电压的下限，裕度很小，当电压低于下限值时会影响负载的正常运行；

(3)即使采用了最优电压控制(VVO)，也并不是所有负载点电压都是最优的；

(4)线路电压下降会增大线路的损耗，在某些运行条件下，整个系统的节能量并不明显。

技术实现要素：

为了实现上述目的，本实用新型提供一种节能控制装置，其特征在于，该装置包括多个设置在负载侧的电压和潮流控制设备，用于控制负载的供电电压；所述装置还包括中央服务器或云服务器，中央服务器或云服务器根据当前每个负载的情况计算出单个负载控制指令，然后发给各电压和潮流控制设备，然后由多个电压和潮流控制设备协同完成电压控制；

所述电压和潮流控制设备为全功率变流器，所述全功率变流器的两端分别接到负载和电网，网侧变换器用于控制直流电压的稳定，负载侧变换器通过串联接入的隔离变压器来用于控制负载的供电电压，使得所有负载的电压运行在额定点或者额定点到最低允许电压之间；

全功率变流器的网侧变换器和负载侧变换器均连接有矢量控制模块，矢量控制模块包括PI控制器和比较器，矢量控制模块连接用于检测电网侧电压相位的PLL锁相环以及坐标变换模块，通过矢量控制保持各个给定量达到设定值。

优选的，所述各个给定量包括直流电压、网侧无功功率、负载电压的d轴分量、负载电压的q轴分量。

优选的，辅助服务的指令先通过云计算平台或客户端由互联网加密发给中央服务器或云计算服务器，服务器根据当前每个负载的情况计算出单个负载控制指令，然后通过3G/4G等无线网络或专用网络来发给各个电压和潮流控制设备(DCVR)，由多个电压和潮流控制设备(DCVR)协同工作，实现负载潮流和电压的控制。

优选的，所述PI控制器包括模糊处理单元，模糊处理单元通过试验建立的控制参数模糊整定规则，即依据系统输出响应曲线和系统工作原理，对确定PI控制器的控制参数进行调节，以提升控制精度。

优选的，所述PI控制器采用电压电流双回路PI控制器。

优选的，所述全功率变流器使用IGBT等功率半导体器件作为电子开关器件。

优选的，所述专用网络为物联网。

本实用新型具有如下优点：(1)本实用新型直接在负载侧安装电压和潮流控制设备，使得所有负载的电压运行在额定点或者额定点到最低允许电压之间，节能效果非常明显；(2)本实用新型可以通过控制电压和潮流，实现需求侧响应；(3)由于电网电压始终是波动的，负载供电电压一般都在额定电压的100％～110％之间，如果不采用用于节能的分布式电压和潮流控制装置，负载的供电电压也是波动的，超出额定电压之上的电压会带来额外的功率损耗，采用用于本发明的节能装置之后，就不存在这部分损耗了。

附图说明

图1示出了现有技术中的一种传统降压节能系统的框图；

图2示出了本实用新型的一种节能控制装置的示意框图；

图3示出了本实用新型的一种节能控制装置的协同控制的框图

图4示出了本实用新型的一种节能控制装置的电气结构图

图5示出了本实用新型的一种以全功率变流器(VSC)作为电压和潮流控制设备(DCVR)的实施方式和控制方式；

具体实施方式

图2示出了本实用新型的一种节能控制装置的示意框图，该系统包括：多个负载，与多个负载对应的配电变压器，每个变压器和负载之间均对应设置有电压和潮流控制设备(DCVR)。

由于电网电压始终是波动的，负载供电电压一般都在额定电压的100％～110％之间，超出额定电压之上的电压会带来额外的功率损耗，采用用于节能的分布式电压和潮流控制装置之后，可以使得这部分损耗消失，降低负载消耗功率的原理如下：

对于恒阻抗负载，当负载电压为V0(标幺值)时，负载所消耗的功率是P0(标幺值)，当电压升高为V0+ΔV时，负载消耗的功率变成：

对于恒电流负载，当负载电压升高时，负载消耗的功率变为：

如果负载是恒功率负载，电压变化对负载功率没有影响，因此降压节能的效果还取决于负载的种类和组成。

此外，根据电网的需要，用于节能的分布式电压和潮流控制装置还可以实现需求侧响应，参与电网的辅助服务，辅助服务包括调峰、调频、备用容量等。

加入了用于节能的分布式电压和潮流控制装置之后，负载的电压就不再随电网电压的变化而变化，而控制电压就可以在一定范围内控制负载的功率，因此当电网需要的情况下，可以通过电压的控制，降低或者提高负载功率，实现需求侧响应。

当然，当单个负载的容量太小时，很难直接参与辅助服务。在实际应用中可以由电压和潮流控制设备协同来完成的。协同完成的一种具体实施方式可参见附图3，辅助服务的指令先通过云计算平台或客户端由互联网加密发给中央服务器或云计算服务器，中央服务器或云计算服务器根据当前每个负载的情况计算出单个负载控制指令，然后通过3G/4G等无线网络或专用网络(比如物联网)来发给各个电压和潮流控制设备(DCVR)，由多个电压和潮流控制设备(DCVR)协同工作，实现负载潮流和电压的控制。

参见图4，以全功率变流器(VSC)为例来说明分布式电压和潮流控制的具体实施。VSC的两端分别接到负载和电网，通过隔离变压器连接至电网侧的变换器称为网侧串联变换器，主要用来控制直流电压的稳定；连接负载侧的变换器称为负载侧并联变换器，主要用于来控制负载的供电电压，使得所有负载的电压运行在额定点或者额定点到最低允许电压之间。

由于采用了AC/DC/AC变换，使得电网侧和负载侧完全隔离，通过电压闭环控制就可以控制负载电压在任意的设定点上。

参见图5给出了以全功率变流器(VSC)作为电压和潮流控制设备(DCVR)这一实施方式的具体控制框图。全功率变流器采用矢量控制模块其进行控制，矢量控制模块包括PI控制器(以PI为例，根据实际情况需要可以采用其他类型的控制器)和比较器等，连接用于检测电网侧电压相位的PLL锁相环、坐标变换模块(abc/dq变换和dq/abc变换器)。优选的，所述PI控制器包括模糊处理单元，模糊处理单元通过试验建立的控制参数模糊整定规则，即依据系统输出响应曲线和系统工作原理，对确定PI控制器的控制参数进行调节，以提升控制精度。优选的，所述PI控制器采用电压电流双回路PI控制器。

参见图4，闭环控制通过如下步骤实现：

(1)通过锁相环PLL获取电网电压值us和相位θs；

(2)采集负载侧电压ul，并对其进行abc/dq变换得到分解到dq轴的电压，参考电压uref同样可以分解到dq轴，采用矢量控制模块其进行控制，在dq轴上分别对负载电压进行闭环控制；

(3)为了提高控制器的动态响应速度，需要加入电流控制环，将上一步骤输出作为电流控制环的给定，电流控制环的输出经过调制之后之间对变换器的IGBT等开关功率器件进行控制。

这样既可以满足负载的优质供电电压要求，又可以达到很好的节能效果。当电网电压低于最低供电电压时，负载侧变换器还能够通过在直流上加装电力储能单元，采用上面相同的控制策略，即可控制负载侧变换器的输出电压，保持供电电压在合格的范围之内。

负载侧并联变换器同样采用类似的矢量控制模块其进行控制，控制目标可以为直流电压控制、谐波电流控制、三相不平衡电流控制、无功电流控制等，在此不再赘述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。