[发明专利]动态无功补偿控制方法

摘要

一种动态无功补偿控制方法，该控制方法通过在配电网中并接一静止型动态无功补偿装置，然后实时检测该静止型动态无功补偿装置接入点的系统电压、负荷电流、晶闸管控制分离式电抗器的电流信号，实时计算出静止型动态无功补偿装置各相应该补偿的电纳值，从而实现对晶闸管控制分离式电抗器中晶闸管的触发角和并联晶闸管投切电容器中晶闸管开断的控制。本发明的显著特点是利用开环控制保证静止型动态无功补偿装置的动态响应时间，利用闭环控制保证整个装置的稳态精度，以确保静止型动态无功补偿装置的动态响应时间和稳态精度。本发明可以应用于负荷变动快速、频繁的场合，具有良好的应用前景。

主权项

1.一种动态无功补偿控制方法，其特征在于该控制方法通过在配电网中并接一静止型动态无功补偿装置(SVC)，然后实时检测该静止型动态无功补偿装置接入点的系统电压、负荷电流、晶闸管控制分离式电抗器(TCR)的电流信号，实时计算出静止型动态无功补偿装置各相应该补偿的电纳值，从而实现对晶闸管控制分离式电抗器(TCR)中晶闸管的触发角和并联晶闸管投切电容器(TSC)中晶闸管开断的控制；由于在工程实际中，系统电压的不对称度和谐波含量都较小，可以忽略，因此若以a相电压为参考，系统电压可以表示为：$\left\{\begin{array}{c}{u}_a=\sqrt{2}U\cos \mathrm{\omega t}\\ u_b=\sqrt{2}U\cos (\mathrm{\omega t}-2\pi /3)\\ U_c=\sqrt{2}U\cos (\mathrm{\omega t}+2\pi /3)\end{array}\right.---\left(a\right),$ 其中：U-系统相电压有效值； ω-电网角频率； ua、ub和uc为系统电压； t-系统时间；畸变的不平衡三相电流可以表示为：其中：n-谐波次数，正整数； ω-电网角频率； I1n-n次谐波正序电流幅值； 1n-n次谐波正序电流初相角； I2n-n次谐波负序电流幅值； 2n-n次谐波负序电流初相角；ia、ib和ic为电流；作如下定义：其中：p11-基波正序有功，电压基波正序分量与电流基波正序分量产生的有功功率；q11-基波正序无功，电压基波正序分量与电流基波正序分量产生的无功功率；p21-基波负序有功，电压基波正序分量与电流基波负序分量产生的有功功率；q21-基波负序无功，电压基波正序分量与电流基波负序分量产生的无功功率；U-系统相电压有效值；I11-基波正序电流幅值；11-基波正序电流初相角；I21-基波负序电流幅值；21-基波负序电流初相角；(1)实时检测负荷电流和负荷电压；以不低于800Hz的采样频率对系统电压ua、ub和uc，负荷电流ila、ilb和ilc，晶闸管控制分离式电抗器(TCR)角内电流itcra、itcrb和itcrc进行同步采样；(2)计算负荷各相电纳；将前述检测的各数值代入下列计算基波正序有功p11和基波正序无功q11的公式进行计算，$C_{\mathrm{abc}/\mathrm{\alpha \beta }}=\sqrt{2/3}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]---\left(d\right),$ $C_{\mathrm{pq}}=\left[\begin{array}{cc}{u}_{\alpha }& u_{\beta }\\ u_{\beta }& -u_{\alpha }\end{array}\right]---\left(e\right),$ 其中Cabc/αβ、Cpq为变换矩阵；将前述得到的Cpq通过低通滤波器(LPF)，其滤波阶数和截止频率根据电流谐波含量进行设计，此处的低通滤波器一般采用Butterworth(Butterworth为滤波器的一种，中文译为“巴特沃思”)滤波器；将前述检测的各数值代入下列计算基波负序有功p21和基波负序无功q21的公式进行计算，$C_{\mathrm{abc}/{\alpha }^{\prime }{\beta }^{\prime }}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{c}1-1/2-1/2\\ 0-\sqrt{3/2}\sqrt{3/2}\end{array}\right]---\left(f\right),$ 其中Cabc/α′β′为变换矩阵；利用下式计算负荷各相电纳：$\left\{\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{ab}}^L=\frac{1}{U^2}(-\frac{1}{9}{q}_{11}-\frac{1}{3\sqrt{3}}{P}_{21}-\frac{1}{9}{q}_{21})\\ B_{\mathrm{bc}}^L=\frac{1}{U^2}(-\frac{1}{9}{q}_{11}+\frac{2}{9}{q}_{21})\\ B_{\mathrm{ca}}^L=\frac{1}{U^2}(-\frac{1}{9}{q}_{11}+\frac{1}{3\sqrt{3}}{P}_{21}-\frac{1}{9}{q}_{21})\end{array}\right.---\left(g\right),$ 其中：BabL-负荷ab相间电纳； BbcL-负荷bc相间电纳； BcaL-负荷ca相间电纳； U-SVC接入点电压有效值；(3)计算静止型动态无功补偿装置(SVC)各相已输出电纳；对于晶闸管控制分离式电抗器(TCR)，采用与(2)相同的方法，可以求得晶闸管控制分离式电抗器(TCR)的各相已输出电纳：$\left\{\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{tcr}}=\frac{1}{U^2}(-\frac{1}{9}{q}_{\mathrm{tcr}11}-\frac{1}{3\sqrt{3}}{P}_{\mathrm{tcr}21}-\frac{1}{9}{q}_{\mathrm{tcr}21})\\ B_{\mathrm{bc}}^{\mathrm{tcr}}=\frac{1}{U^2}(-\frac{1}{9}{q}_{\mathrm{tcr}11}+\frac{2}{9}{q}_{\mathrm{tcr}21})\\ B_{\mathrm{ca}}^{\mathrm{tcr}}=\frac{1}{U^2}(-\frac{1}{9}{q}_{\mathrm{tcr}11}+\frac{1}{3\sqrt{3}}{P}_{\mathrm{tcr}21}-\frac{1}{9}{q}_{\mathrm{tcr}21})\end{array}\right.---\left(h\right),$ 其中：Babtcr-TCR ab相间电纳；Bbctcr-TCR bc相间电纳；Bcatcr-TCR ca相间电纳；U-SVC接入点电压有效值；qtcr11-TCR基波正序无功；ptcr21-TCR基波负序有功；qtcr21-TCR基波负序无功；另外，假设固定滤波器组和已投入晶闸管投切电容器(TSC)的电纳为Bc；则SVC各相已输出电纳为：$\left\{\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{svc}}=B_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{tcr}}+B^c\\ B_{\mathrm{bc}}^{\mathrm{svc}}=B_{\mathrm{bc}}^{\mathrm{tcr}}+B^c\\ B_{\mathrm{ca}}^{\mathrm{svc}}=B_{\mathrm{ca}}^{\mathrm{tcr}}+B^c\end{array}\right.---\left(i\right),$ 其中：Babsvc-SVC装置ab相间输出电纳；Bbcsvc-SVC装置bc相间输出电纳；Bacsvc-SVC装置ca相间输出电纳；Bc-固定滤波器支路和已投入晶闸管投切电容器TSC支路的电纳；(4)利用比例-积分(PI)调节器计算静止型动态无功补偿装置(SVC)各相应该输出的电纳；以负荷各相需要补偿电纳为参考量，静止型动态无功补偿装置(SVC)各相实际输出电纳为反馈量，利用比例-积分(PI)算法计算静止型动态无功补偿装置(SVC)各相应该输出电纳值；其中比例-积分(PI)调节器的积分时间常数取100ms～300ms，比例-积分(PI)调节器的可控范围为静止型动态无功补偿装置(SVC)可调容量的±10％；(5)实现开环+闭环的控制方法；其中静止型动态无功补偿装置(SVC)各相电纳控制量为：$\left\{\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{ab}}^{\left(c\right)}=-B_{\mathrm{ab}}^L+B_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{pi}}\\ B_{\mathrm{bc}}^{\left(c\right)}=-B_{\mathrm{bc}}^L+B_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{pi}}\\ B_{\mathrm{ca}}^{\left(c\right)}=-B_{\mathrm{ca}}^L+B_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{pi}}\end{array}\right.---\left(j\right),$ 其中：Bac(c)-SVC装置ab相间总补偿电纳；Bbc(c)-SVC装置bc相间总补偿电纳；Bca(c)-SVC装置ca相间总补偿电纳；Babpi-利用PI调节器计算出的ab相间补偿电纳；Bbcpi-利用PI调节器计算出的bc相间补偿电纳；Bcapi-利用PI调节器计算出的ca相间补偿电纳。