CN104078959B - 一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，包括如下步骤：采集母线电压和负荷电流，实时同步跟踪母线电压频率和相位变化；基于序分量同步变换将负荷电流分解成交轴、直轴分量，然后将正、负序各自的交轴、直轴分量进行低通滤波；优化设计各部分低通滤波器系数，滤波后的分量叠加形成电压闪变抑制导纳；将电压闪变抑制导纳跟闭环控制导纳相加得到无功补偿系统总的导纳，然后将总的导纳转换为触发脉冲施加在晶闸管门极，实现静止无功补偿装置高效电压闪变抑制和快速无功补偿功能。在电网存在谐波、不平衡、频率变化等严重畸变情况下，此种方法能够快速、准确进行电压闪变抑制，并取得较高的电压闪变改善率。

Description

一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法

技术领域

本发明涉及一种TCR型静止无功补偿装置的无功控制方法，特别涉及一种可实现快速电压闪变抑制效果的计算方法。

背景技术

对于TCR型的静止无功补偿系统，基本原理是根据负荷动态变化所需无功要求；采集变电站内电压、电流信号，通过无功控制算法来得到TCR触发角度，从而实现动态无功补偿目的，保证不向供电系统中吸收或反送无功功率，同时能提高整个供电系统的电能质量。

一般情况下，TCR型静止无功补偿装置通常采用瞬时无功理论来进行动态无功补偿，其方法一般采用目标值跟参考值进行PI比较积分环节计算得到触发导纳。这种方式对于功率因数补偿，其效果还好；但当在有电弧炉类冲击性负荷存在时，由于供电系统存在严重畸变的谐波、无功冲击剧烈，导致该传统方法存在计算精度差、动态响应时间较长，不能有效地抑制冲击负荷产生的电压闪变。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，在电网存在谐波、不平衡、频率变化等严重畸变情况下，能够快速、准确进行电压闪变抑制，并取得较高的电压闪变改善率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，采集母线电压、负荷电流，实时同步跟踪母线电压频率和相位变化；采用锁相环实时获得母线电压同步相位。

此种方式对于消除电网在谐波、不平衡、频率变化影响有很强的鲁棒性，这是电压闪变抑制算法的基础和前提。

然后基于序分量同步变换将负荷电流分解成交轴、直轴分量，然后将正、负序各自的交轴、直轴分量进行低通滤波；该种方式可以很好的跟踪、分解由于冲击性负荷导致的正负序分量变化。

根据负荷电流正负序分量的交轴和直轴数值，通过设计各份量数值比重，优化设计各部分滤波器系数；滤波后的分量叠加形成电压闪变抑制导纳。

将电压闪变抑制导纳跟闭环控制导纳相加得到无功补偿系统总的导纳，然后将总的导纳转换为触发脉冲施加在晶闸管门极，实现静止无功补偿装置高效电压闪变抑制和快速无功补偿功能。

采用上述方法后，本发明将极大提高TCR型静止无功补偿装置的电压闪变抑制能力。通过在有2台18MVA的电弧炉负荷冶炼钢厂配置28Mvar的TCR型静止无功补偿装置，采用该电压闪变抑制功能算法，利用实测电能质量对比使用静止无功补偿装置前后公共连接点的电压闪变，其结果显示该方法可以达到50%以上的电压闪变改善效果。该性能已达到国内同类产品领先水平、国际同类产品一流水平。

附图说明

图1是电压向量和参考轴的示意图；

图2是本发明中具有电压闪变抑制功能的静止无功补偿系统架构示意图；

图3是本发明中电压闪变抑制方法框图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图3所示，本发明提供一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，其首先采集母线电压，基于同步变换（如图1）来实时跟踪供电系统的相位和频率变化，采用下式：

$\left[\begin{array}{c}{U}_d\\ U_q\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}U\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}U\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\Δ\θ}\\ \sin \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right]$

其中，U_d表示电压d轴分量，U_q表示电压q轴分量，ω表示电压角速度，θ'表示电压初始相角，U表示三相电压，Δθ表示电压相位变化量，t表示时间。

通过PI调节可以使同步电压与锁相相位一致，则同时将U_q作为角频率的误差，修正初始设定的角频率，达到稳态时，可以保证频率和相位同时跟踪输入电压的频率和相位，消除电网在谐波、不平衡、频率变化的不利影响。

如图3所示，根据同步锁相相位和频率，对负荷电流进行实时序分量分解，一般计算中断周期100微秒；然后得到正、负序的交轴和直轴分量。

LP低通滤波器设计在算法设计也是关键一环，通过分析各分量关系，优化设计低通滤波器比例时间因数：

$\mathrm{LP}\left(s\right)=\frac{\mathrm{Kp}}{1+\mathrm{sTi}}$

其中，Kp是比例系数，Ti是时间系数，s=jω是频域变量，ω是角频率。

根据负荷电流序分量分解，通过优化设计的低通滤波器叠加形成电压闪变抑制导纳。

如图2所示，将电压闪变抑制导纳跟闭环控制导纳相加得到无功补偿系统总的导纳，然后导纳转换为触发脉冲施加在晶闸管门极，实现静止无功补偿装置高效电压闪变抑制和快速无功补偿功能。

需要说明的是，本发明的电压闪变抑制算法稳定性好，改善率高，完全能满足工程实际应用需求。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采集母线电压和负荷电流，采用下式实时跟踪母线电压频率和相位变化：

$\left[\begin{array}{c}{U}_d\\ U_q\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}U\left[\begin{array}{c}cos(\mathrm{\ω}t-{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ sin(\mathrm{\ω}t-{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}U\left[\begin{array}{c}cos\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\\ sin\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\end{array}\right]$

其中，U_d表示电压d轴分量，U_q表示电压q轴分量，ω表示电压角速度，θ'表示电压初始相角，U表示三相电压，Δθ表示电压相位变化量，t表示时间；

(2)基于序分量同步变换将负荷电流分解成交轴、直轴分量，然后将正、负序各自的交轴、直轴分量进行低通滤波；

(3)优化设计各部分低通滤波器系数，滤波后的分量叠加形成电压闪变抑制导纳；

(4)将电压闪变抑制导纳跟闭环控制导纳相加得到无功补偿系统总的导纳，然后将总的导纳转换为触发脉冲施加在晶闸管门极，实现静止无功补偿装置高效电压闪变抑制和快速无功补偿功能。

2.如权利要求1所述的一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中，采用锁相环实时获得母线电压同步相位。

3.如权利要求1所述的一种静止无功补偿装置用电压闪变抑制实现方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用以下的低通滤波器进行低通滤波：

$LP\left(s\right)=\frac{KP}{1+sTi}$

其中，Kp是比例系数，Ti是时间系数，s＝jω₀是频域变量，ω₀是角频率。