[发明专利]基于能量法的静态无功补偿装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于能量法的静态无功补偿装置，其特征在于：该装置包括：互感器组、滤波与信号调理模块、A/D转换模块、计算模块、存储模块、锁相环电路模块、通信模块、显示与键盘操作模块，互感器组的第一输出端连接滤波与信号调理模块的第一输入端、互感器组的第二输出端连接滤波与信号调理模块的第二输入端，互感器组的第三输出端连接锁相环电路模块的输入端，锁相环电路模块的输出端连接计算模块的捕获端，滤波与信号调理模块的第一输出端连接互感器组的第一输入端，滤波与信号调理模块的第二输出端连接互感器组的第二输入端，滤波与信号调理模块的第三输出端连接A/D转换模块的第一输入端，滤波与信号调理模块的第三输入端连接A/D转换模块的第一输出端，A/D转换模块的第二输出端连接计算模块的第一输入端，计算模块的第一输出端连接A/D转换模块的第二输入端，计算模块的第二输出端连接高电位板的输入端，计算模块的第二输入端连接高电位板的第一输出端，高电位板的第二输出端连接TCR阀组，计算模块的第三输出端连接存储模块的第一输入端，计算模块的第三输入端连接存储模块的第一输出端，计算模块的第一输入输出端连接通讯模块的第一输入输出端，计算模块的第二输入输出端连接通讯模块的第二输入输出端，存储模块的第二输入端连接显示与键盘操作模块的输出端，存储模块的第二输出端连接显示与键盘操作模块的输入端，通讯模块的第二输入输出端连接显示与键盘操作模块的第一输入输出端，显示与键盘操作模块的第二输入输出端连接上位机。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量法的静态无功补偿装置，其特征在于：所述的互感器组由电流互感器和电压互感器组成，电流互感器的输出端连接滤波与信号调理模块的第一输入端，电压互感器的输出端连接滤波与信号调理模块的第二输入端，滤波与信号调理模块的第一输出端连接电流互感器的输入端，滤波与信号调理电路的第二输出端连接电压互感器的输入端。

3.采用权利要求1所述的基于能量法的静态无功补偿装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：实时采集三相电压值、三相线电流值；

步骤2：利用能量函数法确定故障点，并对故障点进行分析；

步骤3：进行数据存储、显示与通信，及以往各时段各相电压、电流瞬时值，用以形成数据窗；

步骤4：判断与上位机网络通信，如果通，执行步骤5，如果不通，执行步骤6；

步骤5：数据传送至上位机显示，执行步骤6，显示参数包括，三相电压有效值，各相有功功率，无功功率，视在功率，功率因数，总有功功率，总无功功率，总视在功率，总功率因数，三相电压不平衡度；

步骤6：数据存储在本地硬盘；

步骤7：结束。

4.根据权利要求3所述的基于能量法的静态无功补偿装置的控制方法，其特征在于：步骤2所述的利用能量函数法确定故障点，并对故障点进行分析，包括以下步骤：

步骤2-1：读入步骤1采集到的三相电压值u_a、u_b、u_c和三相线电流值i_a、i_b、i_c；

步骤2-2：形成初始稳态导纳矩阵，并计算稳态时的系统参数；

(1)确定稳态导纳矩阵：导纳公式为：

Ylab=Glab+jBlab,---(1)]]>

式中，为a、b相间负荷导纳，为a、b相间负荷纯电导，为a、b相间负荷电纳；

稳态时处于三相平衡状态，其导纳矩阵公式为：

YΣab=Gab+jBabYΣbc=Gbc+jBbcYΣca=Gca+jBca---(2)]]>

式中，为a、b相间总导纳，G^ab为a、b相间总纯电导，B^ab为a、b相间总电纳；为b、c相间总导纳，G^bc为b、c相间总纯电导，B^bc为b、c相间总电纳；为c、a相间总导纳，G^ca为c、a相间总纯电导，B^ca为c、a相间总电纳；通过导纳矩阵和采集到的电压值可以计算电流的期望值；

(2)计算稳态时的电力系统参数，所述的参数包括三相相电压和三相线电流瞬时值，三相相电压有效值、电流有效值，各相有功功率，无功功率，视在功率，功率因数，总有功功率，总无功功率，总视在功率，总功率因数，三相电压不平衡度，谐波失真度；

采用三相瞬时功率理论计算无功功率，以达到快速补偿的目的：在三相三线制中，将a、b、c三相变换为α、β两相得到u_α、u_β和i_α、i_β：

uαuβ=231-12-12032-32uaubuc,]]>iαiβ=231-12-12032-32iaibic---(3)]]>

式中，u_α为采用三相瞬时功率表示时α相电压，u_β为β相电压，i_α为α相电流，i_β为β相电流；

其中，瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，具体公式为：

p=32(uαiα+uβiβ)q=32(uβiα+uαiβ)---(4)]]>

电压总谐波失真度：

THDU=Σm=2MUm2U1×100%---(5)]]>

式中，U_m为第m次谐波时电压，U₁为基波电压；

第m次谐波电压含有量：

HRUm=UmU1×100%---(6)]]>

三相电压的不平衡度用符号ε表示为：

ϵ=UBUA×100%---(7)]]>

式中，U_A、U_B分别为不平衡三相系统用电压对称分量法分解的正序分量和负序分量；

本发明中，三相基波电压的不平衡度：

式中，U_A1、U_C1分别为A、C相的基波电压幅值，分别为A、C相的基波相角，均可以由谐波分析的过程中得到；

步骤2-3：通过计算能量函数的值，体现有功分量的大小和方向，从而确定无功功率；

将A、B、C每相电压u_a、u_b、u_c，电流i_a、i_b、i_c分别代入公式即可快速获得能量值E；

步骤2-4：利用步骤2-3计算结果判断t时刻是否有故障或者进行过操作，如果有功功率、无功功率、电压总谐波失真度、三相电压不平衡度的计算值超过其额定值，则存在故障执行步骤2-5，否则，跳到步骤2-8继续执行；

步骤2-5：进一步判断是否为最终操作，如果是，转步骤2-6，如果否，执行步骤2-7；

最终操作是指电网中导纳不再由于故障或人为投切电容器、发电机负荷调整、有载高压变压器支路数目更改导致电网中导纳改变，电网中导纳为固定值；

步骤2-6：确定故障值并执行步骤2-9；

在确定故障值时，将A、B、C每相电压u_a、u_b、u_c，电流i_a、i_b、i_c，有功功率p_a、p_b、p_c，无功功率q_a、q_b、q_c计算并输出；

步骤2-7：调用IPSO算法子程序，计算无功功率的最优结果；

步骤2-8：将通过IPSO优化为最终操作的导纳矩阵进行相应修改；

通过监测故障，补偿后负荷及并联无功功率补偿总的等效导纳为：

YΣab=Gab+jBab+jBcab=Gab+j(Gca-Gbc)/3YΣbc=Gbc+jBbc+jBcbc=Gbc+j(Gab-Gca)/3YΣca=Gca+jBca+jBcca=Gca+j(Gbc-Gab)/3---(9)]]>

式中，为a、b相间总导纳，G^ab为a、b相间总纯电导，B^ab为a、b相间总电纳，为a、b相间补偿的总电纳；为b、c相间总导纳，G^bc为b、c相间总纯电导，B^bc为b、c相间总电纳，为b、c相间补偿的总电纳；为c、a相间总导纳，G^ca为c、a相间总纯电导，B^ca为c、a相间总电纳，为c、a相间补偿的总电纳；

步骤2-9：输出中间结果并存储；

指将A、B、C每相电压u_a、u_b、u_c，电流i_a、i_b、i_c，有功功率p_a、p_b、p_c，无功功率q_a、q_b、q_c输出；

步骤2-10：结束。