CN103472720A - 一种svc控制器的电压增益调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种SVC控制器的电压增益调节装置及方法，装置包括：输入装置，增益选择装置以及PID控制器，所述输入装置通过所述增益选择装置与所述PID控制器相连接；其中，所述输入装置接收输入的SVC控制器的母线电压和参考电压，所述增益选择装置根据所述SVC控制器的母线电压和参考电压的差值确定增益参数，所述PID控制器装置根据确定的增益参数生成电压增益调节信号。本发明采用非线性增益来对不同范围的偏差信号作出不同的响应，对于大信号提供较高的增益系数，对于小信号提供低增益，这样保证了快速响应和抗噪声能力，降低了抖动，而具有恒定高增益的控制器更加容易受到噪声的影响。

Description

一种SVC控制器的电压增益调节装置及方法

技术领域

本发明涉及电力控制技术，具体的讲是一种SVC控制器的电压增益调节装置及方法。

背景技术

作为提高电压质量、降低系统网损和提高系统电压稳定水平的重要手段，SVC无功补偿技术经过数十年的发展已逐步应用于输电系统。目前，随着大规模风电并网的发展，风电场并网点常常位于系统较为薄弱的偏远地区，接入点的网络短路容量随运行方式的不同变化范围很大，因此风电场动态无功控制相对于传统火电厂更加困难。

当SVC控制器应用于网络短路容量变化范围很大的场合，电压调节器的增益是在最弱的网络状态或是在最严重的预想事故情况下进行优化的，以确保在这种运行方式下能获得快速、稳定的响应。若此增益保持恒定，即使网络处在正常的结构并具有大得多的短路容量，响应也会相当慢。但从电网运行角度考虑，总是希望SVC能够在网络结构的所有变化范围内，具有快速的响应特性。

如图1所示，为现有技术中SVC控制器采用的控制策略，现有技术的SVC控制器采用PID方式的恒电压方式，其具体实现框图如图1所示。

设采样得到的反馈电压值为U_real，目标电压值为U_goal，其计算方法为U_real=K*I_TCR+U_set，电路达到稳态时，目标电压=反馈电压。

其中，U_set：模式选择参数里面设定的目标电压值；

I_TCR：电抗起本体电流；

K：电压控制斜率。

图1所示的系统的总的传递函数为：

$G\left(s\right)=K_P(1+\frac{1}{T_{I}s}+T_{D}s)$

其中，K_P为比例增益系数；T_I为积分时间常数；T_D为微分时间常数。

由于SVC在强系统中的适度响应会随着系统强度的减弱而变快，如果调节器的参数是基于强系统来优化的，当上述控制器中比例增益K_P，积分增益K_i和微分增益K_D均采用常数时，那么当系统变弱时，SVC的响应就会变的不稳定。这意味着在系统强度的变化范围内为了保证响应的稳定性，SVC调节器的增益应当相对于最弱的系统状态来优化。但如果调节器的参数基于最弱的系统状态来优化，SVC在适度强弱系统状态下的动态响应时间指标又可能难以满足标准的要求。

现有技术中，还通过手动操作进行增益切换这种方法预先确定对应不同系统运行方式的最优调节器增益，操作人员根据断路器的状态信号判断系统的运行方式，然后手动切换调节器的增益。这样，对于较强的系统可以采用较高的增益以得到快速的响应；而对于较弱的系统可采用较低的增益以满足系统的稳定性。

手动选择增益无法跟上系统网络状况的变化，当网络发生大的突变时，这种手动切换过程可能会引起控制失稳。即使上述切换过程能够自动进行，确定众多网络运行方式下的最优增益也不一定总是可行的。

发明内容

本发明提供了一种SVC控制器的电压增益调节装置及方法根据电压输入偏差的大小动态变化。

一种SVC控制器的电压增益调节装置，装置包括：输入装置，增益选择装置以及PID控制器，所述输入装置通过所述增益选择装置与所述PID控制器相连接；其中，所述输入装置接收输入的SVC控制器的母线电压和参考电压，所述增益选择装置根据所述SVC控制器的母线电压和参考电压的差值确定增益参数，所述PID控制器装置根据确定的增益参数生成电压增益调节信号。

优选的，本发明实施例中的增益选择装置为现场可编程门阵列。

优选的，本发明实施例中的增益选择装置包括：

比较模块，用于比较所述母线电压和预设的参考电压确定电压偏差值；

选择模块，用于根据所述电压偏差值确定增益参数。

此外，本发明还包括一种SVC控制器的电压增益调节方法，包括：

根据SVC控制器的母线电压和预设的参考电压确定电压偏差值；

比较所述的电压偏差值和预设的电压门槛值生成比较结果；

根据所述的比较结果选择积分增益参数。

本发明提供的一种SVC控制器的电压增益调节器及方法可用于网络短路容量变化范围很大的场合，能够满足SVC在系统多种运行方式下获得快速、稳定的响应。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中SVC控制器采用的PID控制器的控制策略；

图2为本发明公开一种SVC控制器的电压增益调节装置的框图；

图3为本发明一种SVC控制器的电压增益调节方法的流程图；

图4为本发明一实施方式的示意图；

图5为本发明实施例中所采用的非线性增益的实现方式的示意图；

图6为本发明一具体实现方式的示意图；

图7为某风电场系统采用本发明的技术方案与常规固定增益控制器相同扰动下的对比测试试验效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种SVC控制器的电压增益调节装置，如图2所示，其包括：输入装置101，增益选择装置102以及PID控制器103，输入装置101通过增益选择装置102与PID控制器103相连接；其中，

输入装置101接收输入的SVC控制器的母线电压和参考电压，增益选择装置102根据SVC控制器的母线电压和参考电压的差值确定增益参数，PID控制器103根据确定的增益参数生成电压增益调节信号。

优选的本发明实施例中，增益选择装置为现场可编程门阵列。

优选的，本发明实施例中的增益选择装置包括：

比较模块，用于比较所述母线电压和预设的参考电压确定电压偏差值；

选择模块，用于根据所述电压偏差值确定增益参数。

此外，本发明还提供了一种SVC控制器的电压增益调节方法，如图3所示，所述的方法包括：

步骤S201，根据SVC控制器的母线电压和预设的参考电压确定电压偏差值；

步骤S202，根据所述电压偏差值和预设的门槛值确定增益参数；

步骤S203，根据确定的增益参数生成电压增益调节信号。

如图4所示，为本发明一实施方式的示意图，本实施例所提出SVC控制器的电压增益调节器根据电压输入偏差的大小动态变化，因此在积分环节401前面增加一个非线性增益环节402。

图中：Uerro为电压偏差量（请补充说明通过何种装置获得电压偏差量）；KP为比例增益；KI为积分增益；Bref为控制器输出导纳值。

如图5所示，为本发明实施例中所采用的非线性增益的一种实现方式，判断模块501接收比较器输出的电压偏差量Uerro，判断模块501将偏差量Uerro与预设的变增益门槛值相比较，偏差量U_erro大于预设的变增益门槛值，增益选择模块502选择较大的增益，偏差量U_erro小于预设的变增益门槛值增益选择模块502选择较小的增益。本实施例中，比较器、判断模块及增益选择模块均可通过一可编程门阵列实现。

如图6所示，为本发明一具体实现方式：

C₂为变增益门槛定值，C₁为电压偏差值，K_I1和K_I2分别为积分增益。本方案中，当电压偏差值C₁大于门槛定值C₂时，SVC控制器选择较大的增益K_I1；而当电压偏差值C₁小于门槛定值C₂时，SVC控制器选择较小的增益K_I2。由于该方案只涉及增益参数的切换，不会导致积分环节的状态变量突变，因此增益变换的过程平滑。

本发明所提电压调节器将电压偏差信号输入到控制器的非线性增益环节，采用非线性增益来对不同范围的偏差信号作出不同的响应，对于大信号提供较高的增益系数，对于小信号提供低增益，这样保证了快速响应和抗噪声能力，降低了抖动，而具有恒定高增益的控制器更加容易受到噪声的影响，因为非线性增益参数能够随控制误差而变化，抗干扰能力也较常规恒定增益控制器更强。

图7给出了某典型风电场系统，采用本发明所提非线性增益控制器与常规固定增益控制器相同扰动下的对比测试试验结果。如图7所示，非线性增益控制器的动态响应602经过两次摆动迅速达到平稳；而采用固定增益控制器的动态响应601经过很长时间的振荡才恢复平稳。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种SVC控制器的电压增益调节装置，其特征在于，所述的装置包括：输入装置，增益选择装置以及PID控制器，所述输入装置通过所述增益选择装置与所述PID控制器相连接；其中，

所述输入装置接收输入的SVC控制器的母线电压和参考电压，所述增益选择装置根据所述SVC控制器的母线电压和参考电压的差值确定增益参数，所述PID控制器根据确定的增益参数生成电压增益调节信号。

2.如权利要求1所述的SVC控制器的电压增益调节装置，其特征在于，所述的增益选择装置为现场可编程门阵列。

3.如权利要求2所述的SVC控制器的电压增益调节装置，其特征在于，所述的增益选择装置包括：

比较模块，用于比较所述母线电压和预设的参考电压确定电压偏差值；

判断模块，用于根据所述电压偏差值和预设的门槛值确定增益参数。

4.一种SVC控制器的电压增益调节方法，其特征在于，所述的方法包括：

根据SVC控制器的母线电压和预设的参考电压确定电压偏差值；

根据所述电压偏差值和预设的门槛值确定增益参数；

根据确定的增益参数生成电压增益调节信号。

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