CN104050366B

CN104050366B - 一种动态无功补偿装置响应时间测试方法

Info

Publication number: CN104050366B
Application number: CN201410264635.2A
Authority: CN
Inventors: 陈晓宇; 蔡重凯; 李电; 王敏
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Shaoxing Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Shaoxing Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2017-09-01
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: CN104050366A

Abstract

本发明公开一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，包括负荷补偿响应时间测试步骤，阶跃响应时间测试步骤和电压暂态跌落响应时间测试步骤，通过三相装置的瞬时无功功率计算公式得到各个状态下的瞬时无功功率波形曲线，再通过波形曲线上各个时刻点的确定，计算得到负荷补偿响应时间、阶跃响应时间和电压暂态跌落响应时间，本发明所述的响应时间测试方法不仅具有计算简单、结果精确的特点，而且能够准确测试阶跃响应时间和镇定时间，解决目前存在的响应时间概念理解误区。

Description

一种动态无功补偿装置响应时间测试方法

技术领域

本发明涉及一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

动态无功补偿装置近年来在风电、冶金、煤炭、输配电领域等领域得到了广泛的应用，包括 SVC（静止无功补偿器）和SVG（静止无功发生器），其中，SVG又称STATCOM（静止同步补偿器）。SVC根据技术上的不同，分为TCR（晶闸管控制电抗器）、TSC（晶闸管投切电容器）、MCR（磁控电抗器）和TCT（晶闸管控制变压器）等。与传统的并联电容器装置相比，动态无功补偿装置的突出优势为容量连续可调、响应速度快。目前，静止无功补偿器SVC，响应速度一般在几十ms到几百ms，而技术更先进的STATCOM，响应速度可达几个ms。

当前，关于动态无功补偿装置响应时间的定义，DL/T 1193-2012《柔性输电术语》和电力行标DL/T 1216-2013《配电网静止同步补偿器技术规范》的描述如下：“阶跃响应时间：当输入阶跃控制信号后，装置输出电气量从0目标值达到90％目标值所用的时间，且期间没有产生过冲”。“镇定时间：当输入阶跃控制信号后，装置输出电气量达到目标值的±5％范围内所用的时间”，如图1所示。传统的并联电容器装置由于响应速度较慢，很少有人关心或者测试其响应时间，而动态无功补偿装置的响应速度是其优越性的重要体现，响应时间是非常重要的指标。

上述给出的阶跃响应时间的定义，一般是指恒无功运行方式下，改变输出设定容量，动态无功补偿装置的响应时间。实际上，动态无功补偿装置有多种不同的运行模式，如恒无功运行方式、负荷补偿运行方式、电压控制运行方式等，对应这些模式，响应时间可分为阶跃响应时间、负荷补偿响应时间、电压暂态跌落响应时间等。由于响应速度快，目前动态无功补偿响应时间的测试一般通过记录波形曲线来判别，常用的是电流波形曲线法，如电力行标DL/T1216《配电网静止同步补偿器技术规范》在定义3.12阶跃响应时间，同时注明：由于电压变化范围较小，难以获得清晰的变化曲线，一般可以用无功电流变化曲线来说明响应时间。

采用电流波形曲线法测试响应时间，由于无功输出信号无法实时测量记录，该方法将电流信号代替无功信号，忽略该时段电压信号的变化，不能精确的测试装置的响应时间，同样也无法测试阶跃响应时间和镇定时间，导致很多场合无法有效区分阶跃响应时间和镇定时间，使这两个概念理解上存在偏差和误区。有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，不仅具有计算简单、结果精确的特点，还能够准确测试阶跃响应时间和镇定时间，解决目前存在的响应时间概念理解误区。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，包括负荷补偿响应时间测试步骤，阶跃响应时间测试步骤和电压暂态跌落响应时间测试步骤，其中：

负荷补偿响应时间测试步骤：动态无功补偿装置与电容器组并联运行，动态无功补偿装置设定为负荷补充运行状态，投入或切除电容器组，测试并记录电容器组投入或切除时的母线电压、电容器组支路电流，以及动态无功补偿装置输出电流的瞬间波形，根据上述各个电压电流波形，以及三相装置的瞬时无功功率计算公式：

u _a、 u _b、 u _c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i _a、 i _b、 i _c——分别为在负荷补充运行状态下，电容器组支路A、B、C相瞬时电流，或者动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流；

分别计算得到动态无功补偿装置瞬时无功功率波形曲线和电容器组瞬时无功功率波形曲线，根据电容器组瞬时无功功率波形曲线，确定电容器组投入或切除完成的第一时刻点，根据动态无功补偿装置无功功率波形曲线，确定动态无功补偿装置输出完成响应的第二时刻点，计算得到第一时刻点与第二时刻点之间的时间差，该时间差即为动态无功补偿装置的负荷补偿响应时间；

阶跃响应时间测试步骤：动态无功补偿装置设定在恒无功运行状态，改变动态无功补偿装置的设定容量，测试并记录改变瞬间母线电压以及动态无功补偿装置电流波形，根据上述电压电流波形，以及负荷补偿响应时间测试步骤所述的瞬时无功功率计算公式，计算得到动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，在上述瞬时无功功率曲线中确定无功输出开始变化第一时刻点，无功输出变化完成（95%）的第二时刻点，无功输出变化稳定（±5％）的第三时刻点，计算得到第一时刻点与第二时刻点之间的时间差，所述时间差为动态无功补偿装置的阶跃响应时间，计算得到第一时刻点与第三时刻点之间的时间差，所述时间差即为动态无功补偿装置的镇定时间；

电压暂态跌落响应时间测试步骤：动态无功补偿装置设定为电压控制运行方式，在控制柜信号二次回路串接电阻，造成系统二次侧电压降低，用于模拟系统电压跌落，测试并记录母线电压、动态无功补偿装置输出电流和二次侧电压波形，根据上述母线电压、动态无功补偿装置输出电流波形，以及负荷补偿响应时间测试步骤所述的瞬时无功功率计算公式，计算得到动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，根据二次侧电压波形曲线得到电压跌落瞬间的第一时刻点，根据动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，得到电压跌落开始响应的第二时刻点，以及响应完成的第三时刻点，计算得到第一时刻点与第三时刻点之间的时间差，所述时间差即为电压暂态跌落响应时间。

作为优选，上述动态无功补偿装置包括SVC（静止无功补偿器）和STATCOM（静止同步补偿器）。

上述动态无功补偿装置响应时间测试方法，通过三相装置的瞬时无功功率计算公式得到各个状态下的瞬时无功功率波形曲线，再通过波形曲线上各个时刻点的确定，计算得到负荷补偿响应时间、阶跃响应时间和电压暂态跌落响应时间，本发明所述的响应时间测试方法不仅具有计算简单、结果精确的特点，而且能够准确测试阶跃响应时间和镇定时间，解决目前存在的响应时间概念理解误区。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为现有技术中阶跃响应时间的一般定义图；

图2为本实施例负荷补偿响应测试原理图；

图3为本实施例负荷补偿响应测试波形图；

图4为本实施例阶跃响应测试波形图；

图5为本实施例电压暂态跌落测试波形图。

具体实施方式

一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，包括负荷补偿响应时间测试步骤，阶跃响应时间测试步骤和电压暂态跌落响应时间测试步骤，本实施例所述的动态无功补偿装置为STATCOM。

负荷补偿响应时间测试步骤：如图2所示，STATCOM与电容器组FC并联运行，STATCOM设定在负荷补偿运行状态，投入或切除电容器组FC，测试并通过高精度数据记录仪VISION记录电容器组FC投入或切除时的母线电压TV、总进线电流TA1、电容器组支路电流TA3，以及STATCOM输出电流TA2的瞬间波形，根据母线电压TV、总进线电流TA1、电容器组支路电流TA3，以及STATCOM输出电流TA2的波形计算得到STATCOM、电容器组FC瞬时无功功率波形曲线，具体计算步骤如下：

瞬时无功功率波形可通过实时电压、电流波形计算取得，三相装置的瞬时无功功率q计算公式如下：

（1）

式（1）中：

u _a、 u _b、 u _c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i _a1、 i _b1、 i _c1——分别为电容器组支路A、B、C相瞬时电流。

（2）

式（2）中：

u _a、 u _b、 u _c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i _a2、 i _b2、 i _c2——分别为在负荷补充运行状态下，动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流；

如图3所示，根据式（1）电容器组瞬时无功功率波形曲线，确定电容器组FC投入或切除负荷波动完成的第一时刻点（图3中虚线2所示时刻，即电容器组FC开关分闸后两相电流过零熄弧时刻点），根据式（2）动态无功补偿装置无功功率波形曲线，确定动态无功补偿装置输出完成响应的第二时刻点（图3中虚线4所示时刻），计算得到第一时刻点与第二时刻点之间的时间差，该时间差即为动态无功补偿装置的负荷补偿响应时间，实测响应时间为20ms。图3中虚线1为电容器组FC开关分闸首开相刚分时刻点，虚线3为STATCOM检测到负荷变化开始响应的时刻点。

阶跃响应时间测试步骤： STATCOM设定在恒无功运行状态，设置容量为10％额定容性无功，设定容量为额定感性无功，测试并记录输出变化瞬间母线电压TV、STATCOM输出电流TA2波形，计算得到STATCOM输出瞬时无功功率曲线，进而得到STATCOM阶跃响应时间，具体计算步骤如下：

（3）

式（3）中：

u _a、 u _b、 u _c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i _a3、 i _b3、 i _c3——分别为在恒无功运行状态下，动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流；

根据式（3）动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，如图4所示，确定无功输出开始变化第一时刻点（图4中虚线1所示），无功输出变化完成（95%）的第二时刻点（图4中虚线2所示），无功输出变化稳定（±5％）的第三时刻点（图4中虚线3所示），计算得到第一时刻点与第二时刻点之间的时间差，所述时间差为动态无功补偿装置的阶跃响应时间；计算得到第一时刻点与第三时刻点之间的时间差，所述时间差即为动态无功补偿装置的镇定时间，在本实施例中，实测阶跃响应时间为2.0ms，实测镇定时间为15ms。

电压暂态跌落响应时间测试步骤：STATCOM设置为电压控制运行方式，在控制柜信号二次回路串接电阻，造成系统二次侧电压降低，用于模拟系统电压跌落，测试并记录母线电压TV、STATCOM输出电流TA2和二次侧电压，计算得到STATCOM输出瞬时无功功率曲线，如图5所示，通过测量二次侧电压变化时刻点（二次侧电压为u _a1、 u _b1、 u _c1）计算STATCOM电压跌落响应时间，具体计算步骤如下：

（4）

式（4）中：

u _a、 u _b、 u _c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i _a4、 i _b4、 i _c4——分别为在电压控制运行方式下，动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流。

根据二次侧电压波形曲线得到电压跌落瞬间的第一时刻点（图5中虚线1所示），根据式（4）动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，得到电压跌落开始响应的第二时刻点（图5中虚线2所示），以及响应完成的第三时刻点（图5中虚线3所示），计算得到第一时刻点与第三时刻点之间的时间差，所述时间差即为电压暂态跌落响应时间，在本实施例中，实测响应时间为7.8ms。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，其特征在于：包括负荷补偿响应时间测试步骤，阶跃响应时间测试步骤和电压暂态跌落响应时间测试步骤，其中：负荷补偿响应时间测试步骤：动态无功补偿装置与电容器组并联运行，动态无功补偿装置设定为负荷补充运行状态，投入或切除电容器组，测试并记录电容器组投入或切除时的母线电压波形、电容器组支路电流波形，以及动态无功补偿装置输出电流的瞬间波形，根据上述各个电压电流波形，以及三相装置的瞬时无功功率计算公式：

u_a、u_b、u_c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i_a、i_b、i_c——分别为在负荷补充运行状态下，电容器组支路A、B、C相瞬时电流，或者动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流；

阶跃响应时间测试步骤：动态无功补偿装置设定在恒无功运行状态，改变动态无功补偿装置的设定容量，测试并记录改变瞬间母线电压波形以及动态无功补偿装置电流波形，根据公式

式中：u_a、u_b、u_c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i_a3、i_b3、i_c3——分别为在恒无功运行状态下，动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流；

计算得到动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，在上述瞬时无功功率曲线中确定无功输出开始变化第一时刻点，无功输出变化完成的第二时刻点，无功输出变化稳定的第三时刻点，计算得到第一时刻点与第二时刻点之间的时间差，所述时间差为动态无功补偿装置的阶跃响应时间，计算得到第一时刻点与第三时刻点之间的时间差，所述时间差即为动态无功补偿装置的镇定时间；

电压暂态跌落响应时间测试步骤：动态无功补偿装置设定为电压控制运行方式，在控制柜信号二次回路串接电阻，造成系统二次侧电压降低，用于模拟系统电压跌落，测试并记录母线电压波形、动态无功补偿装置输出电流波形和二次侧电压波形，根据公式

式中：u_a、u_b、u_c——分别为母线电压A、B、C相瞬时电压；

i_a4、i_b4、i_c4——分别为在电压控制运行方式下，动态无功补偿装置输出A、B、C相瞬时电流；

计算得到动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，根据二次侧电压波形曲线得到电压跌落瞬间的第一时刻点，根据动态无功补偿装置输出瞬时无功功率曲线，得到电压跌落开始响应的第二时刻点，以及响应完成的第三时刻点，计算得到第一时刻点与第三时刻点之间的时间差，所述时间差即为电压暂态跌落响应时间。

2.如权利要求1所述的一种动态无功补偿装置响应时间测试方法，其特征在于：上述动态无功补偿装置包括SVC和STATCOM。