【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于单相混合变压器控制，特别是涉及到一种传统工频变压器与电力电子变换器组合而成的中低压单相混合变压器自适应电压补偿控制系统。
技术介绍
1、近年来，随着电力负荷的多样化发展，其对电压质量的要求也不断提高；然而，大量分布式电源的并网运行以及新型非线性负载的接入，使得配电网电压质量问题日益凸显。目前，传统电力变压器的可控性很差，不具备电压柔性调压等功能。因此单相混合变压器成为提升电压质量的发展方向。
2、单相混合变压器是将传统的配电变压器和电力电子变换器二者的优势结合起来形成的一种集电能传输和电能质量治理于一体的多功能装置。单相混合变压器由辅助绕组与传统工频变压器绕组组合而成，辅助绕组采用基于直接式ac/ac变换器的装置构成。辅助绕组通过调整直接式ac/ac变换器装置中两个桥臂的电力电子开关器件的开关信号，相当于改变辅助绕组的变比，从而实现对端口电压的无级补偿。
3、基于辅助绕组的混合配电变压器具有能量转换过程简单，体积小、效率高，又能大量减少电能变换环节，实现对配电网络快速、灵活、无级、连续和精准的电压宽范围调控补偿，可用于改善配电系统电能质量，提高配电网安全、稳定裕度、提供灵活的配网附加服务，能够实现配电网用户实时柔性调压功能，切实保障对重要用户高质量、不间断的电力供应。
4、单相混合变压器中的辅助绕组含有多个电力电子开关器件，由于系统控制参数固定，不能对复杂的工况环境、负载参数，做出适当改变，难以满足高精度的控制要求。
5、因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，通过对单相混合变压器系统控制参数进行自适应优化，从而解决目前的单相混合变压器辅助绕组的电力电子开关器件由于系统控制参数固定，不能随着系统外界的变化进行灵活调整，导致系统动态响应性能不高的技术问题。
2、一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，包括电压跌落数据采集模块、自适应优化控制模块以及辅助绕组控制模块，所述电压跌落数据采集模块通过采集线路中多个位置的电压信号值，采用teager能量算子方法运算并获得单相电压跌落深度和电压跌落速度；所述自适应优化控制模块用于对电压跌落深度和电压跌落速度进行模糊算法和改进粒子群优化算法进行寻优处理，得到自适应比例积分微分(proportionalintegral derivative，pid)的最优控制参数，实现自适应控制；所述辅助绕组控制模块用于根据优化结果，通过脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)生成开关信号，对辅助绕组中的电力电子开关器件进行控制，实现单相混合变压器对电压的无级补偿和快速响应。
3、所述的teager能量算子方法对输电线路中多个位置的电压信号进行处理，并将采集的每个电压信号的三个相邻采样点进行加法与乘法的运算，实时运算并获得单相电压跌落深度和电压跌落速度。
4、所述自适应优化控制模块包括模糊算法模块、改进粒子群优化算法模块和自适应比例积分微分(proportional integral derivative，pid)控制器；所述模糊算法模块用于根据电压跌落数据采集模块实时运算的单相电压跌落深度和电压跌落速度数据，通过模糊算法判定自适应比例积分微分(proportional integral derivative，pid)控制器的初始控制参数范围；所述改进粒子群优化算法模块通过改进粒子群优化算法对初始控制参数进行小范围寻优处理，从而获得最优的控制参数，并提供给自适应比例积分微分(proportionalintegral derivative，pid)控制器；所述自适应比例积分微分(proportional integralderivative，pid)控制器根据最优控制参数和电压跌落深度输出优化结果到脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)，调制生成电力电子开关器件的开关信号。
5、所述获得单相电压跌落深度和电压跌落速度的具体方法为：
6、选取配电网线路中多个位置并测量各位置的电压信号，对电压信号选取三个相邻采样点xn、xn-1和xn+1追踪该信号的能量曲线，根据能量曲线，构造teager能量算子ψ(·)：
7、ψ(xn)＝xn2-xn+1xn-1＝a2sin2(ω)≈a2ω2
8、上式中，ψ(xn)表示该信号在n处的能量，ω是数字角频率，表示每个采样点之间的弧度；n表示采集输电线路中不同位置的数量；为信号的初相角；a表示信号的峰值；
9、将三个相邻采样点构成对称差分信号：
10、sn＝[(xn+1-xn)+(xn-xn-1)]/2
11、得出差分信号sn的能量算子为：
12、ψ(sn)＝a2sin4ω
13、由上式得：
14、
15、
16、得到信号的电压跌落深度为：
17、
18、电压跌落速度为：
19、
20、式中，τ为微分时间常数，1为比例项因子，表示的是一阶比例微分环节的传递函数。
21、所述模糊算法为：
22、将模糊算法设计为两输入和三输出的控制结构，其中两输入分别为电压跌落深度δu和电压跌落速度δu'，三输出分别为比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd；设定δu、δu'、kp、ki和kd的模糊子集为{nb，nm，ns，ze，ps，pm，pb}，分别对应{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，对pid控制参数进行模糊自整定:
23、pid控制器的控制参数k′p、k′i和k′d的表达式为：
24、
25、上式中：kp0、ki0和kd0为模糊算法起始值；k1、k2和k3为常量；根据kp、ki和kd对输出特性的影响，通过不同的δu和δu'建立模糊规则：当δu和δu'的数值处于正大范围内，此时kp的隶属度值为负中，ki的隶属度值为正小，kd的隶属度值为负大，则通过加权平均数法对隶属度值进行解模糊化，获得解模糊后的精确值：
26、
27、上式中：μu(xi)为xi的隶属度值，xi为对应模糊算法域内的值，u′为模糊算法输出量解模糊后的精确值。
28、所述改进粒子群优化算法对模糊算法中的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd进行寻优处理。
29、所述改进粒子群优化算法具体为：
30、设定群体的搜索解空间为d维，种群规模为n，第i个粒子坐标为xi＝[xi1,xi2,...,xid]t、速度为vi＝[vi1,vi2,...,vid]t、第i个粒子的历史最佳位置为pi＝[pi1,pi2,...,pid]t、整个种群的最佳位置为pg＝[pg1,pg2,...,pgd]t，搜索到个体和种群最佳位置，则粒子根据公式更新自身本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：包括电压跌落数据采集模块、自适应优化控制模块以及辅助绕组控制模块，所述电压跌落数据采集模块通过采集线路中多个位置的电压信号值，采用Teager能量算子方法运算并获得单相电压跌落深度和电压跌落速度；所述自适应优化控制模块用于对电压跌落深度和电压跌落速度进行模糊算法和改进粒子群优化算法进行寻优处理，得到自适应比例积分微分(proportionalintegral derivative，PID)的最优控制参数，实现自适应控制；所述辅助绕组控制模块用于根据优化结果，通过脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)生成开关信号，对辅助绕组中的电力电子开关器件进行控制，实现单相混合变压器对电压的无级补偿和快速响应。
2.根据权利要求1所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述的Teager能量算子方法对输电线路中多个位置的电压信号进行处理，并将采集的每个电压信号的三个相邻采样点进行加法与乘法的运算，实时运算并获得单相电压跌落深度和电压跌落速度。
3.根据
4.根据权利要求1或2所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述获得单相电压跌落深度和电压跌落速度的具体方法为：
5.根据权利要求1所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述模糊算法为：
6.根据权利要求1所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述改进粒子群优化算法对模糊算法中的比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd进行寻优处理。
7.根据权利要求6所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述改进粒子群优化算法具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：包括电压跌落数据采集模块、自适应优化控制模块以及辅助绕组控制模块，所述电压跌落数据采集模块通过采集线路中多个位置的电压信号值，采用teager能量算子方法运算并获得单相电压跌落深度和电压跌落速度；所述自适应优化控制模块用于对电压跌落深度和电压跌落速度进行模糊算法和改进粒子群优化算法进行寻优处理，得到自适应比例积分微分(proportionalintegral derivative，pid)的最优控制参数，实现自适应控制；所述辅助绕组控制模块用于根据优化结果，通过脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)生成开关信号，对辅助绕组中的电力电子开关器件进行控制，实现单相混合变压器对电压的无级补偿和快速响应。
2.根据权利要求1所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述的teager能量算子方法对输电线路中多个位置的电压信号进行处理，并将采集的每个电压信号的三个相邻采样点进行加法与乘法的运算，实时运算并获得单相电压跌落深度和电压跌落速度。
3.根据权利要求2所述的一种中低压单相混合变压器的自适应电压补偿控制系统，其特征是：所述自适应优化控制模块包括模糊算法模块、改进粒子群优化算法模块和自适应比例积分微分(proportional integral derivative，pid)控制器；所述模糊算法模块用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，何海，王家峰，郑乔，李增，刘伟，刘骏发，徐海量，曹轩，李阳，聂磊，钟诚，王鹏程，马振旭，李瑞峰，刘闯，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，
类型：发明
国别省市：
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