一种基于变频空调的三相配电网调压方法技术

技术编号:27066196 阅读:32 留言:0更新日期:2021-01-15 14:47
本发明专利技术公开了一种基于变频空调的三相配电网调压方法,包括以下步骤:S10,进行潮流和三相不平衡度进行计算,确定配电网状态,配电网各节点电压和不平衡度调节所需的功率

【技术实现步骤摘要】
一种基于变频空调的三相配电网调压方法
本专利技术属于电力电子领域,具体涉及一种基于变频空调的三相配电网调压方法。
技术介绍
随着环境问题和能源紧缺日益严峻,国家大力促进能源消费结构的改变,近些年光伏和电动汽车产业快速发展。自2011年起,中国、日本、美国开始着手大力发展太阳能光伏产业,促进了全球光伏产业迅速发展。2017年,全球光伏市场发展迅猛,2017年全年新增装机容量超过98GW,同比去年增长了28.95%,全球累计装机容量已经超过402.5GW,呈现出良好的发展势头。传统市场,如美国、日本新增装机容量分别达到10.6GW和7GW,依然保持强劲发展势头。同时,新兴市场也在不断涌现,光伏应用在亚洲、拉丁美洲进一步扩大,如印度和巴西2017年新增装机容量分别约为9.1GW和0.9GW。2002年,我国光伏行业开始起步。我国在光伏发电技术研发工作上开展了晶体硅高效电池、非晶硅薄膜电池、碲化镉和铜铟硒薄膜电池、晶硅薄膜电池以及应用系统的关键技术的研究,大幅度提高了光伏发电技术和产业的水平,缩短了光伏发电制造业与国际水平的差距。2010年后,在欧洲经历光伏产业需求放缓的背景下,我国光伏产业迅速崛起,成为全球光伏产业发展的主要动力。2017年度,我国光伏新增并网装机量达到53GW,同比增长超过50%,累计并网装机量高达131GW,位居全球首位。虽然2018年光伏新政出台短期内会造成国内新增光伏装机量下降,但是随着光伏发电行业已经迈入了平价上网时代,未来国内光伏行业仍具有巨大的发展空间。近年来,全球电动汽车市场同样快速地成长,电动汽车产销量均有明显提升。2014年全球市场共销售353522辆电动汽车,同比增长56.78%;其中,电动乘用车323864辆,占比91.61%(电动乘用车指“双80”车,即最高时速80km/h以上,同时一次充电续航里程80km以上);电动客车及电动专用车29658辆,占比8.39%。美国、欧盟、中国、日本仍然在全球电动汽车市场中位居前列。美国的通用、福特、特斯拉公司,日本的丰田、日产及本田公司,欧洲的宝马、奔驰、雪铁龙公司等都在电动汽车的研制与开发上呈现出很强的实力。从全球主要汽车生产厂家的销量和发展计划来看,目前,“低排放”汽车(主要指混合动力汽车)经过长时间的发展,技术最为成熟,已进入快速增长期,其销量、增幅和占比都远远高于其他车型;随着动力电池性能的提升及充电基础设施建设的完善,“零排放”汽车(主要指纯电动汽车)也逐渐走上产业化的道路,特别是小型的纯电动汽车更是发展迅速。大规模的光伏和电动汽车充电器整合到电网中将影响配电网的供电质量。光伏发电的出力存在间歇性和随机性,当大规模并网时,配电网会受到干扰。当光伏出力超过负载时,会产生反向电流,导致配电网的节点出现过压问题。此外,当光伏出力不足时,电能供应不足,配电网节点出现欠压问题。随着信息和通信技术的发展,由于灵活负载的用电量可以在一定时间段内灵活变化,因此可以通过需求响应参与电网的电压调节。在众多的灵活负载中,空调作为最常见的设备,由于其基数和能耗占比大,因此具有非常大调节潜力。空调根据其压缩机的工作特性可以分为定频空调和变频空调,定频空调压缩机的工作状态分为开和关两种状态。变频空调能够控制压缩机的工作频率从而改变运行功率。因此,与定频空调相比,变频空调调节过程更加灵活。为解决大规模可再生能源并网引起配电网电压波动,需调度空调参与配电网电压调节,达到削峰填谷的效果。然而现有技术主要针对空调提供电力储能,对于空调参与配电网电压调节的技术方案非常欠缺。
技术实现思路
鉴于以上存在的技术问题,本专利技术用于提供一种基于空调的配电网调压方法,通过变频空调管理对配电网进行电压和三相不平衡调节,保证电能质量;同时在对配电网的调节过程中,对房间温度的实时监控可以使房间温度维持在一定范围内避免调节过程中房间的温度过高或者过低。为了解决现有技术存在的技术问题,本专利技术的技术方案如下:一种基于变频空调的三相配电网调压方法,包括以下步骤:S10,进行潮流和三相不平衡度进行计算,确定配电网状态,配电网各节点电压和不平衡度调节所需的功率S20,根据空调的状态,利用AffinityPropagation(AP)聚类算法对空调进行分类确定参与调节的优先级;S30,根据调节所需的功率和调节的优先级,确定调节所需的空调数量和每台被分配的调节功率;S40,根据调节功率来改变空调的压缩机频率;S50,更新房间温度,准备下一次调节。所述进行潮流和三相不平衡度计算,确定配电网状态和配电网各节点电压调节和三相不平衡度调节所需的功率包括以下步骤:S11,配电网中的有功功率和无功功率方程由下式:其中,为节点i,j在相位s上的电压,为电导矩阵和导纳矩阵,为节点i和j在相位s上的电压相位,为节点i和j在相位s上的相位差;S12,计算有功功率方程和无功功率方程的电压幅值和电压相角的偏导数得到下式:其中,为节点i相位s上有功和无功功率的偏差;JacobianMatrix为雅克比矩阵,Hs,Ns,Ms,Ls为雅可比矩阵的元素,通过计算有功功率方程和无功功率的电压幅度和电压相角的偏导数获得;A为元素节点关联矩阵;S13,电压敏感系数矩阵S用雅可比行列式的逆矩阵J-1表示,有下式:其中,为相位角有功功率和无功功率补偿的系数,为电压有功功率和无功功率补偿的系数;S14,当空调参与配电网的电压调节时,只存在有功功率调节,电压偏差由下式获得:调节电压所需功率由下式获得:其中,ΔUs为相位s的电压偏差矩阵,ΔUs(t)为t时刻节点i的电压偏差矩阵;S15,根据各节点各个相位上的电压值,计算各节点的三相不平衡度,三相不平衡由下式获得:分别为a,b,c相上在节点i的电压值,MDV为节点i上的三相不平衡度。S16,根据各个节点的三相不平衡度,利用PID算法计算每个节点的三相不平衡度调节的的功率。PM三相不平衡度的调节功率,e(t)为节点实际的三相不平衡度和预期的三相不平衡的度的差值,KP,KI,KD为PID调节的系数。作为进一步的改进方案,利用AffinityPropagation(AP)聚类算法对空调进行分类确定参与调节的优先级。优先级计算过程包括以下步骤:S21,AP聚类算法用两个空调温度的负欧几里德距离表示这两个空调的电压调节潜力的相似性。sap(x,y)=-d2(Tx,Ty)=-||Tx-Ty||2,x≠ysap(x,y)表示空调x和空调y的调节潜力相似度,Tx,Ty分别表示空调x和空调y所在房间的温度。S22,聚类中心通过不断的迭代吸引信息和归属信息获取聚类的中心,将其余的数据点分配到相应的聚本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于变频空调的三相配电网调压方法,其特征在于,包括以下步骤:/nS10,进行潮流和三相不平衡度进行计算,确定配电网状态,配电网各节点电压和不平衡度调节所需的功率

【技术特征摘要】
1.一种基于变频空调的三相配电网调压方法,其特征在于,包括以下步骤:
S10,进行潮流和三相不平衡度进行计算,确定配电网状态,配电网各节点电压和不平衡度调节所需的功率
S20,根据空调的状态,利用AffinityPropagation聚类算法对空调进行分类确定参与调节的优先级;
S30,根据调节所需的功率和调节的优先级,确定调节所需的空调数量和每台被分配的调节功率;
S40,根据调节功率来改变空调的压缩机频率;
S50,更新房间温度,准备下一次调节;
其中,步骤S10包括以下步骤:
S11,配电网中的有功功率和无功功率方程为:









其中,为节点i,j在相位s上的电压,为电导矩阵和导纳矩阵,为节点i和j在相位s上的电压相位,为节点i和j在相位s上的相位差;
S12,计算有功功率方程和无功功率方程的电压幅值和电压相角的偏导数得到下式:

































其中,为节点i相位s上有功和无功功率的偏差;JacobianMatrix为雅克比矩阵,Hs,Ns,Ms,Ls为雅可比矩阵的元素,通过计算有功功率方程和无功功率的电压幅度和电压相角的偏导数获得;A为元素节点关联矩阵;
S13,电压敏感系数矩阵S用雅可比行列式的逆矩阵J-1表示,有下式:



其中,为相位角有功功率和无功功率补偿的系数,为电压有功功率和无功功率补偿的系数;
S14,当空调参与配电网的电压调节时,只存在有功功率调节,电压偏差由下式获得:



调节电压所需功率由下式获得:



其中,ΔUs为相位s的电压偏差矩阵,ΔUs(t)为t时刻节点i的电压偏差矩阵;
S15,根据各节点各个相位上的电压值,计算各节点的三相不平衡度,三相不平衡由下式获得:




分别为a,b,c相上在节点i的电压值,MDV为节点i上的三相不平衡度;
S16,根据各个节点的三相不平衡度,利用PID算法计算每个节点的三相不平衡度调节的的功率;
PM=KP·e(t)+KI·∑e(t)+KD·(e(t)-e(t-1))
PM三相不平衡度的调节功率,e(t)为节点实际的三相不平衡度和预期的三相不平衡的度的差值,KP,KI,KD为PID调节的系数。


2.如权利要求1所述的一种基于变频空调的三相配电网调压方法,其特征在于,步骤S20进一步包括以下步骤:
S21,AP聚类算法用两个空调温度的负欧几里德距离表示这两个空调的电压调节潜力的相似性;
sap(x,y)=-d2(Tx,Ty)=-||Tx-Ty||2,x≠y
sap(x,y)表示空调x和空调y的调节潜力相似度,Tx,Ty分别表示空调x和空调y所在房间的温度;
S22,聚类中心通过不断的迭代吸引信息和归属信息获取聚类的中心,将其余的数据点分配到相应的聚类中
rap(x,y)←sap(x,y)-max{aap(x,y')+sap(x,y')},y's.t.y'≠y



rap(x,y),aap(x,y)分别表示吸引信息和归属信息;
S23,为了避免传递过程中发生震荡,需要计算过程中加入衰减系数;每次的迭代过程中,rap(x,y),aap(x,y)都上次迭代过程值和本次迭代过程值加权计算获得:







为本次和上次迭代获取的吸引信息,为本次和上次迭代获取的归属信息,λ为阻尼系数。


3.如权利要求1所述的一种基于变频空调的三相配电网调压方法,其特征在于,步骤S30进一步包括以下步骤:

【专利技术属性】
技术研发人员:谢强强杨胜英虞霖云黄旭丁庆辰华咏竹
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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