一种电能治理控制方法及控制装置与流程

本申请涉及电力电子控制技术领域，具体而言，涉及一种电能治理控制方法及控制装置。

背景技术：

谐波治理采用的治理装置主要分有源型和无源型，无源型治理装置体积重量较大，并且容易产生谐振，不易限流输出；有源型治理装置具有高度可控以及快速响应性能，可以实时动态补偿电网中的谐波以及无功的需求。目前市场上采用的方法是将n台有源滤波设备并联，并加一组电流互感器串联的方式进行均流补偿。该方法导致无法根据容量的实际需要进行及时合理分配的问题。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种有源电力滤波器的控制方法及控制装置，根据负载的动态变化集中分配容量并及时调配各个设备的工作状态，从而解决现有方法中无法根据容量的实际需要进行及时合理分配的问题。

本申请实施例提供了一种电能治理控制方法，应用于主从控制系统中的主机，所述主从控制系统包括：主机、与所述主机并联连接的多个从机、与所述主机串联连接的电流互感器，该方法包括：

接收电流互感器采样得到的采样电流；

根据所述采样电流计算补偿需求量；

根据所述采样电流获取目标指令；

发送所述目标指令至所述从机，以对从机进行容量的分配和工作状态的调配。

在上述实现过程中，通过电流互感器检测负载电流，对负载电流进行采样，获得采样电流，根据采样电流计算补偿需求量，获取目标指令，其中补偿需求量包括谐波补偿量和无功补偿量，对从机进行容量分配并调配从机的工作状态，从而解决了现有技术中的无法根据容量的实际需要进行及时合理分配的问题。

进一步地，目标指令包括容量分配指令和状态控制指令；在所述发送所述目标指令至所述从机，以对从机进行容量的分配和工作状态的调配的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述目标指令对传输目标指令的数据流通道进行分层。

在上述实现过程中，将容量分配指令和状态控制指令的传输通道分离，可以加快传输效率，可以高速实现数据量的周期同步，快速切换从机的工作状态，满足容量分配和设备工作状态调配的需要。

进一步地，数据流通道包括数据命令通道和控制命令通道，所述目标指令对传输目标指令的数据流通道进行分层，包括：

通过数据命令通道将所述容量分配指令发送至从机，对所述从机进行容量分配；

通过控制命令通道将所述状态控制指令发送至从机，对所述从机的工作状态进行控制。

在上述实现过程中，容量分配指令通过数据命令通道进行传输，状态控制指令通过控制命令通道进行传输，两者的传输互不干扰，可以提高传输效率，可以确保在设备控制周期内将容量分配指令下发至所有的从机，同时将从机的工作状态在控制周期内同步至主机内，方便主机对从机的工作状态进行调配。

进一步地，在所述发送所述目标指令至所述从机的步骤之前，所述方法还包括：

预先对进行容量分配所需的所有指令电流的频域进行分解，并得到基频分量和频域幅值，并按照控制周期进行时域扩展，以将指令电流解析为混频后的调制电流，所述基频分量包括基频有功分量、基频无功分量、n次谐波分量，其中n≥2。

在上述实现过程中，预先对所有可能的指令电流的频域进行特定频段的预先分解，分解成基频分量、频域幅值并进行时域扩展，转变成混频信号，在向从机发送指令时，采用的是多频域分解的时域比例开关限制模式，发送的将为混频后的调制电流。

进一步地，在所述发送所述目标指令至所述从机的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述从机的容量计算各个从机的预规划容量占比。

在上述实现过程中，在设备进入工作状态之前，根据每个从机的工作模式和型号对所有从机的最大容量进行统计和计算，在全设备全容量的基础上，对每个从机的最大容量占比进行预先规划，即每一个从机占所有从机工作模式下的工况占比，当主机分配容量时，直接可以根据该从机的预规划容量占比直接分配，无需重新计算，对该从机进行容量分配，减少了主机算法在运行过程中的计算量和通讯数据的控制量以及算法的复杂度，提高了算法的效率。

进一步地，发送所述目标指令至所述从机，以对从机进行容量的分配，包括：

接收从机发送的目标频段分量；

根据所述目标频段分量和预规划容量占比获取目标比例调节系数；

将所述目标比例调节系数发送至从机，以对从机进行容量分配。

在上述实现过程中，接收从机发送的目标频段分量，在此前提下，根据预规划容量占比确定目标比例调节系数，该目标比例调节系数即主机为目标比例调节系数对应的从机分配的容量占比，为了减少设备的投入数量，一般可以将目标比例调节系数确定为预规划容量占比，同时也可以减少主机算法的运算量，提高分配效率。

进一步地，发送所述目标指令至所述从机，以对从机进行工作状态的调配，包括：

接收从机的状态数据；

根据所述状态数据确定状态控制指令；

发送所述状态控制指令至所述从机，以对从机进行状态的调配。

在上述实现过程中，主机接收从机的状态数据，根据状态数据确定对应从机的状态控制命令，并通过对应的数据流通道将该状态控制指令发送给从机，完成主机对从机的控制状态同步，提高主机对从机的控制效率。

本申请实施例还提供一种电能治理控制装置，该装置包括：

采样电流接收模块，用于接收电流互感器采样得到的采样电流；

补偿需求量计算模块，用于据所述采样电流计算补偿需求量；

目标指令获取模块，用于根据所述补偿需求量获取目标指令；

分配控制模块，用于发送所述目标指令至所述从机，以对从机进行容量的分配和工作状态的调配。

在上述实现过程中，接收电流互感器采集到的采样电流，并对采样电流进行计算获取补偿需求量，根据补偿需求量确定目标指令，并将目标指令发送至从机，对从机进行容量分配和工作状态的调配，从而解决了现有技术中的无法根据容量的实际需要进行及时合理分配的问题。

本申请实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行上述第一个实施例中任一项所述的电能治理控制方法。

本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述第一个实施例中任一项所述的电能治理控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电能治理控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的对传输目标指令的数据流通道进行分层传输的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种目标指令的控制时序图；

图4为本申请实施例提供的将指令电流解析为混频后的调制电流的分解过程示意图；

图5为本申请实施例提供的对从机进行容量分配的流程图；

图6为本申请实施例提供的目标控制电流的生成过程示意图；

图7为本申请实施例提供的对从机进行工作状态的调配的流程图；

图8为本申请实施例提供的一种电能治理控制装置的结构框图；

图9为本申请实施例提供的电能治理控制装置的整体结构框图。

图标：

100-采样电流接收模块；200-补偿需求量计算模块；300-目标指令获取模块；400-分配控制模块；410-容量分配模块；411-目标频段分量接收模块；412-比例系数获取模块；413-容量分配子模块；420-状态控制模块；421-从机数据接收模块；422-控制指令确定模块；423-状态控制子模块；510-容量分配指令发送模块；520-状态控制指令发送模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

请参看图1，图1为本申请实施例提供的一种电能治理控制方法的流程图，该方法应用于由apf(activepowerfilter，有源电力滤波器)及svg(staticvargenerator，静止无功发生器)构成的的主从控制系统中的主机，该主从控制系统包括主机、与所述主机并联连接的多个从机(包括apf和svg)、与所述主机串联连接的电流互感器。基于该主从控制系统，通过主机中数字信号处理器(dsp)的运算，以数字通讯的方式传递给从机，实现对从机的控制，避免了电流互感器串联带来的复杂的接线操作，消除了均流补偿方法中的多个设备之间的计算误差和环流问题。此外，该主从控制系统可以根据负载分配容量治理谐波和无功。

该方法具体可以包括以下步骤：

步骤s100：接收电流互感器采样得到的采样电流；

在上述实现过程中，电流互感器可以设置在负载侧也可以设置在主从控制系统侧，通过电流互感器的采样，可以定期了解到负载电流的波动情况。从而可以根据负载电流的大小进行从机投入数量的判断。

步骤s200：根据所述采样电流计算补偿需求量；

主机内的数字信号处理器(dsp)根据采样电流计算出补偿需求量，补偿需求量包括谐波补偿量和无功补偿量。

步骤s300：根据补偿需求量获取目标指令；

目标指令包括容量分配指令和状态控制指令，在执行步骤s300之前，还需要进行的步骤为：

根据目标指令对传输目标指令的数据流通道进行分层。

也就是说，根据目标指令具体的种类，将不同种类的目标指令分层传输，其目的是将不同种类的目标指令的传输通道进行分离，可以加快传输效率，可以高速实现数据量的周期同步，快速切换从机的工作状态，满足容量分配和设备工作状态调配的需要。

示例的，如图2所示，为对传输目标指令的数据流通道进行分层传输的流程图，数据流通道包括数据命令通道和控制命令通道，根据目标指令的种类对传输目标指令的数据流通道进行分层，包括：

步骤s311:通过数据命令通道将所述容量分配指令发送至从机，对所述从机进行容量分配；

示例的，如图3所示，为本申请实施例提供的一种目标指令的控制时序图。主机在5ms(毫秒)内通过数据命令通道完成容量分配指令的计算，主机将容量分配指令传输至从机，从机接收容量分配指令也在5ms内完成，也就是说在10ms内完成数据周期同步。

步骤s312:通过控制命令通道将所述状态控制指令发送至从机，对所述从机的工作状态进行控制。

示例的，主机在5ms内接收对应从机返回的数据与状态并确认对该从机的状态控制指令，主机将状态控制指令发送至该从机，该从机接收状态控制指令也在5ms内完成，也就是说在10ms内完成控制状态周期同步。从机能够在10ms内更新一次目标补偿量和设备控制模式。

在上述过程中，容量分配指令通过数据命令通道进行传输，状态控制指令通过控制命令通道进行传输，采用双硬件通道的组合模式，使得两者的传输互不干扰，可以提高传输效率，可以确保在设备控制周期内将容量分配指令下发至所有的从机，同时将从机的工作状态在控制周期内同步至主机内，方便主机对从机的工作状态进行调配。

示例的，为了保证补偿需求量的实时性，该数据流通道在硬件电路上采用单方向uart(universalasynchronousreceiver/transmitter，通用异步收发传输器)数据传输模式，将信号的比特率达到10mb/s，配合高速并行传输介质，以减小干扰并提高传输速度和传输效率，使得主机可以在5ms内将一次目标指令下发至从机，主机可以在5ms内对目标指令进行一次刷新，可以以10ms的补偿响应速度为控制周期对从机进行控制，从而避免影响从机的正常工作。因此，该数据流通道确保主从机可以在10ms的控制周期内将所有的目标指令进行同步，从而可以根据负载的动态变化，及时合理的确定投入运行的从机的数量，而处于待机状态的从机具有极低的功率，相较于从机设备同时运行来说，增加了设备的使用寿命，降低同时运行时产生的噪音和热量。

示例的，在步骤s400之前，为了快速切换从机的工作状态，所有主从机并不是直接使用目标指令对应的的目标指令电流的。而是在主从控制系统进入工作模式之前，将通过cpld(complexprogrammablelogicdevice，复杂可编程逻辑器件)的硬件协议解析转码电路并采用多频域分解的时域比例开关限制模式将指令电流直接解析为调制电流使用。

如图4所示，为将指令电流解析为混频后的调制电流的分解过程示意图。具体如下：

步骤s321：在cpld内部硬件指令电路内，按照从机的工作模式预先对进行容量分配所需的所有的指令电流的频域进行分解，并得到基频分量和频域幅值，并按照控制周期进行时域扩展，以将指令电流解析为混频后的调制电流，该基频分量包括基频有功分量、基频无功分量、2次谐波分量、3次谐波分量，…，n次谐波分量；其中n≥2。

在主从控制系统运行前，对cpld内部硬件指令电路以频域能力的组合模式进行规划，这样不会占用设备开机后的调节时间，也可以在待机状态下进行规划。在逆变电流的控制上采用cpld硬件逻辑搭建实时并行数据接口，利用频域时域的展开模式将数据量提前规划，可以减少通讯数据流，提高主机和从机之间的通讯效率。

示例的，在步骤s400之前，该方法还包括：

步骤s331：根据所述从机的容量计算各个从机的预规划容量占比。

在上述实现过程中，根据每个从机的硬件功能如工作模式和型号、实际应用需求，可以得到每个从机的最大容量，并对所有从机的最大容量进行统计和计算，在全设备全容量的基础上，对每个从机的最大容量占比进行预先规划和计算，在待机时得到每个从机的预规划容量占比，即每一个从机占所有从机工作模式下的工况占比。

当主机分配容量时，直接可以根据该从机的预规划容量占比直接分配从机对应的容量，无需重新计算该从机的分配容量，减少了主机算法在运行过程中的计算量和通讯数据的控制量以及算法的复杂度，提高了算法的效率。

步骤s400：发送所述目标指令至从机，以对从机进行容量的分配和工作状态的调配。

示例的，如图5所示，为对从机进行容量分配的流程图。步骤s500具体包括以下步骤：

步骤s411：接收从机发送的目标频段分量；

步骤s412：根据所述目标频段分量和预规划容量占比获取目标比例调节系数；

步骤s413：将所述目标比例调节系数发送至从机，以对从机进行容量分配。

在上述实现过程中，如图6所示，为目标控制电流的生成过程示意图。接收从机发送的目标频段分量，该目标频段分量的数据每10ms刷新一次，方便主机根据从机当前的频段分量发送数据。根据补偿需求量和预规划容量占比分配对应从机的目标比例调节系数，一般情况下，目标比例调节系数与预规划容量占比相同，可以减少主机中dsp的运算量，提高算法效率，减小算法的复杂度。

根据目标频段分量和目标比例调节系数确定目标控制电流，通过目标控制电流对从机进行容量分配。

特别的，当从机接收到主机分配的当前容量对应的目标比例调节系数为0时，说明该从机的分配容量为0，表示该从机的工作模式为待机模式。

由上述可知，通过主机对从机的容量和运行的从机数量进行集中分配，可以根据负载的动态变化及时分配从机的容量和调配从机的工作的状态，没有投入使用的从机处于待机状态，处于待机状态的从机具有极低的功率，从而延长使用寿命，该种主从控制和从机待机的控制方式也可以称为热进备控制系统。

热进备控制系统，作为一个综合控制系统，可以用于描述本申请实施例中主从控制系统对从机的控制方式和设备的待机方式；通过热进备功能，进行一系列逻辑控制，将主机和从机等多模块之间的工作与待机状态进行实时调配，集中分配处于工作状态的从机的数量、控制不同从机对应的容量和补偿方式，而处于待机状态的从机具有极低的功率，减少整套系统设备的损耗，延长系统的使用寿命。

该控制系统也可以根据负载类型的不同，进行针对性的补偿，从而提高补偿精度。

对于出现保护或异常后，该控制系统会将容量分配至正常工作的从机进行补偿，并隔离故障从机，对故障从机进行隔离诊断。

示例的，如图7所示，为本申请实施例提供的对从机进行工作状态的调配的流程图。步骤s400具体还包括以下步骤：

步骤s421：接收从机的状态数据；

步骤s422：根据状态数据确定状态控制指令；

步骤s423：发送状态控制指令至从机，以对从机进行工作状态的调配。

在上述实现过程中，接收从机的状态数据，如从机的运行状态、停止状态和故障状态等数据，根据从机的状态数据确定状态控制指令，并发送至从机，控制从机的工作状态。

该方法通过主机接收采样电流，可以及时获知负载的动态变化，根据负载的动态变化集中分配从机容量并及时调配各个从机的工作状态，从而解决现有方法中无法根据容量的实际需要进行及时合理分配的问题。

实施例2

本申请实施例还提供一种电能治理控制方法，该方法应用于有源滤波设备的dsp，主要包括以下步骤：

在主从控制系统的主机侧：

步骤s10：主机的dsp接收到采样电流，计算出采样电流中的谐波含量和无功含量，确定目标补偿量的指令电流；

步骤s11：再调用状态分配流转函数，确定从机设备的当前工作状态，当前工作状态包括运行状态、停止状态和故障状态；

步骤s12：调用dsp中的数据分配函数，分配从机运行的数量、容量和输出模式，输出模式包括谐波和无功；

步骤s13：向从机发送目标指令数据包。

在从机侧：

步骤s14：接收指令数据包，并解析指令数据包得到状态控制指令，并判断是否需要向主机返回数据或命令，判断从机的工作状态是否改变，如果从机的工作状态发生改变，可以向主机返回当前从机的工作状态数据；

步骤s16：解析容量分配指令；

步骤s17：通过逆变器实施容量分配指令，进行补偿。

实施例3

如图8所示，为本申请实施例提供的一种电能治理控制装置的结构框图，该装置包括主从控制系统，该主从控制系统包括：主机、与所述主机并联连接的多个从机、与所述主机串联连接的电流互感器。该装置还包括：cpld硬件逻辑电路以及与其通过并行数据接口连接的数据命令通道和控制命令通道。

该装置主机的dsp中包括：

采样电流接收模块100，用于接收电流互感器采样得到的采样电流；

补偿需求量计算模块200，用于据所述采样电流计算补偿需求量；

目标指令获取模块300，用于根据所述补偿需求量获取目标指令；

分配控制模块400，用于发送所述目标指令至所述从机，以对从机进行容量的分配和工作状态的调配。

在上述实现过程中，主机的dsp内的采样电流接收模块100接收到电流互感器的采样电流，计算采样电流中的谐波含量和无功含量，从而确定补偿需求量，再根据确定的补偿需求量确定对从机的目标指令，将目标指令发送至从机，对从机的容量进行分配并调配从机的工作状态，从而解决了现有技术中的无法根据容量的实际需要进行及时合理分配的问题。

示例的，如图9所示，为本申请实施例提供的容量分配模块400的结构框图。该装置还包括传输目标指令的数据流通道，进一步地，目标指令包括容量分配指令和状态控制指令，对应的，数据流通道包括数据命令通道和控制命令通道，该装置还包括容量分配指令发送模块510和状态控制指令发送模块520。

其中，容量分配指令发送模块510，用于通过数据命令通道将所述容量分配指令发送至从机，对所述从机进行容量分配；

状态控制指令发送模块520，用于通过控制命令通道将所述状态控制指令发送至从机，对所述从机的工作状态进行控制。

在上述实现过程中，将容量分配的指令传输通道和状态控制的指令传输通道分离，主机可以在极短的控制周期内实现控制指令的下发和接收，可以提高数据的传输效率，提高补偿响应速度。

示例的，分配控制模块400包括容量分配模块410和状态控制模块420，容量分配模块410可以包括：

目标频段分量接收模块411，用于接收从机发送的目标频段分量；

比例系数获取模块412，用于根据所述目标频段分量和预规划容量占比获取目标比例调节系数；

容量分配子模块413，用于将所述目标比例调节系数发送至从机，以对从机进行容量分配。

示例的，状态控制模块420可以包括：

从机数据接收模块421，用于接收从机的状态数据；

控制指令确定模块422，用于根据所述状态数据确定状态控制指令；

状态控制子模块423，用于发送所述状态控制指令至所述从机，以对从机进行状态调配。

实施例4

示例的，本申请实施例还包括一种电子设备，该电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行实施例1中任一项所述的电能治理控制方法。

实施例5

示例的，本申请实施例还包括一种可读存储介质，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行实施例1中任一项所述的电能治理控制方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。