CN1053973A - 无功功率补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种无功功率补偿装置，包括：电力系 统，由所使用的所定传递函数和所定电压值来控制该 电力系统电压的装置；电抗元件：将该电抗元件同电 力系统相连接的连接装置；根据将电抗元件同电力系 统相联接之前和之后的电力系统电压变化来检出电 力系统阻抗的阻抗检出装置；和根据电力系统的阻抗 来变更上述所定传递函数的传递函数变更装置。

Description

本发明是关于抑制电力系统电压波动的无功功率补偿装置的控制装置。
现有的无功功率补偿装置，为了使控制系统的瞬态响应稳定而且迅速，根据电源阻抗Z的数值预先最佳地确定出由（Kp（1+Tp·S）/TpS）实现PI控制电路的无功功率决定电路的增益Kp。然而，电源阻抗Z的数值不是固定不变的，而是根据电力系统的工作状况发生很大的变化。例如，因昼夜间的差异，因季节而出现的差异，因发电站的增设而产生的变化等等，使电源阻抗Z的数值发生变化。为此，在增益Kp不变的情况下，如果电源阻抗Z的数值变小则控制电路的增益下降使瞬态响应变得迟缓，反之，如果电源阻抗Z变大则控制电路的增益变大就会产生使响应变得不稳定的振荡问题。
本发明的目的是解决随着电源阻抗的变化而产生的上述问题，提供一种无功功率补偿装置，通过推定电源阻抗并且以合适的值自动地调整无功功率决定电路的增益或传递函数，尽管电源阻抗发生变化，也经常可以得到最佳的响应特性。
本发明具有下列调整方法，接收与无功功率补偿装置同时设置在电力系统中的静态电容器或电感器的接通、断开信号，根据由该静态电容器的接通或断开而产生的系统电压变化量和电流变化量算出电源阻抗的推定值，根据该推定值来调整增益或传递函数。
在本发明中，用通过静态电容器的接通或断开而产生的系统电压变化量△V除以此时的电流变化量△I从而算出电源阻抗的推定值Z（＝△V/△I）。通过以与该推定值成反比例地调整控制装置的增益，就可以实现具有快速响应而且稳定性高的无功功率控制装置。
而且，本发明也可以具有这样的增益调整方法：接收与无功功率补偿装置同时设置在电力系统中的静态电容器或电感器的接通、断开信号，根据由该静态电容器的接通或断开而产生的系统电压变化量和上述电容器的容量算出电源阻抗的推定值，根据该推定值调整控制增益。
在本发明中，用通过静态电容器的接通或断开而产生的系统电压变化量△V除以电容的容量C（对应于系统电流的变化量），可以算出电源阻抗的推定值Z。通过以与该推定值成反比例地来调整控制装置的增益，就可以实现具有快速响应而且稳定性高的无功功率补偿装置。
本发明的无功功率补偿装置，由下列部分构成：
a）电力系统;
b）由所使用的所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）和所定电压值Verf来控制上述电力系统的电压V的控制装置;
c）电抗元件;
d）将上述电抗元件同上述电力系统相连接的连接装置;
e）在上述电抗元件同上述电力系统相连接之前和之后，根据上述电力系统的电压变化△V，检出上述电力系统的阻抗Z的阻抗检出装置;
f）根据阻抗Z来变更上述所定的传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的传递函数变更装置。
上述电抗元件包括电容器。
所述装置还具有检出对应于上述电压变化△V的上述电力系统的电流I的变化△I的电流变化检出装置，上述阻抗检出装置包括由上述电压变化△V与上述电流变化△I相比△V/△I而求出上述电力系统阻抗Z的装置。
上述传递函数变更装置包括对应于上述电力系统阻抗Z的增加而减小上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的比例系数Kp装置。
上述传递函数变更装置包括对应于上述电力系统Z的增加而增大上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的时间常数Tp的装置。
所述装置还具有对应于上述电力系统阻抗Z的变化而变更上述电力系统电压V对上述所定电压值Vref的误差量的装置。
上述电抗元件包括电感器。
上述阻抗检出装置包括由上述电压变化△V同上述电力系统电压V之比△V/V和上述电感器的电感值ωL而求出上述电力系统阻抗Z的装置。
上述传递函数变更装置包括对应于上述电力系统阻抗Z的增加而减小上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的比例系数Kp的装置。
上述传递函数变更装置（19）包括对应于上述电力系统阻抗Z的增加而增大上述所定传递函数（Kp（1+TpS）/TpS）的时间常数Tp的装置。
图1是表示与本发明的一个实施例相对应的无功功率补偿装置的构成方框图;
图2是表示与本发明的另一个实施例相对应的无功功率补偿装置的构成方框图;
图3是表示与本发明的又一个实施例相对应的无功功率补偿装置的构成方框图。
下面一边参照附图一边说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的一个实施例的方框图。
在该图中，在以交流电源1和电源阻抗2等效地表示的电力系统中所联接的无功功率补偿装置的主回路3是由晶闸管5、6的反向并联电路同电抗器4相串联而构成。
而且，静态电容器7C通过开关电路8与该电力系统相联接是普通的。
一方面，控制电路9通过电压检出电路10检出电力系统的电压，由偏差检出电路12检出该检出值V同在基准电压设定电路11中所设定的电压基准值Vref之间的偏差。另一方面，由电流检出电路13检出来自电力系统的电流，由倾斜电抗电路14而使该检出值I成为百分之几至百分之十几的数值并输入偏差检出电路12。
偏差检出电路12把根据两个电压输入信号V，Vref的差和电流输入信号I而得到的偏差输出提供给由放大电路和相位补偿电路等构成的无功功率决定电路15。无功功率决定电路15把根据电压偏差而决定的应当补偿的无功功率信号提供给晶闸管的触发角控制电路16，根据无功功率信号的相位而产生主回路3的晶闸管5、6的触发脉冲。该触发脉冲通过脉冲放大器17加到晶闸管5、6的控制极上。
对于这种构成，当电力系统的电压降低时，电压检出电路10检出系统电压V，该电压V和基准值Vref间的偏差由偏差检出电路12检出。就有该偏差由输出电流检出器13的输出I所修正的情况。偏差检出电路12的输出信号成为由无功功率决定电路15放大的无功功率信号，由根据该信号的相位，触发角控制电路16输出触发脉冲。该触发脉冲输出由脉冲放大器17放大并触发晶闸管5、6。其结果，流经电抗器4的滞后电流减小，系统电压的降低被抑制。
反之，在系统电压上升的情况下，控制晶闸管5、6的触发脉冲的相位和流经电抗器4的电流被增大，象抑制系统电压上升这样的反馈控制就实施了。
在图1中，电源阻抗推定电路18接收电容器7C的接通或断开的切换信号，由系统电压V的变化量△V和电流I的变化量△I算出电源阻抗Z是通过：
Z＝△V/△I……（1）
的运算来推定的。增益调整电路19以与该阻抗推定值成反比例地来调整无功功率决定电路15的增益Kp。
其结果，在电源阻抗推定值Z变小的情况下，因控制电路9的瞬态响应变慢而应使无功功率决定电路15的增益Kp升高，反之，在电源阻抗推定值Z变大的情况下，因控制电路9的瞬态响应产生变快的振荡而应降低无功功率决定电路15的增益，由此系统变得稳定。
图2所示的是本发明的另一个实施例的方框图。在该图中，电源阻抗推定电路18接收电容7C的接通或断开的切换信号，根据
Z＝△V/ωCV……（2）
的运算由系统电压V的变化量△V和静态电容器的容量C推定出电源阻抗Z。增益调整电路19以与该阻抗的推定值成反比例地来调整无功功率决定电路15的增益Kp。
其结果，在电源阻抗推定值Z变小的情况下，因控制电路9的瞬态响应变慢而应提高无功功率决定电路15的增益Kp，反之，在电源阻抗推定值Z变大的情况下，因控制电路9的瞬态响应产生变快的振荡而应降低无功功率决定电路15的增益，而使系统变得稳定。
对于图1或图2，以将电容器7C同晶闸管开关接通、断开方式的无功功率补偿装置（Thyristor  Switched  Capacitor，以下简称TSC）来替换由TSC接通或断开时的系统电压和TSC的电容器容量而求得阻抗并进行与上述实施例相同的增益调整是可能的。
图3所示的是本发明的又一个实施例的方框图。在该图中，电源阻抗推定电路18接收电感器7L的接通或断开的切换信号，根据
Z＝△V·ωL/V……（3）
的运算由系统电压V的变化量△V和电感器7L的电感L推定出电源阻抗Z。增益调整电路19以与该阻抗推定值Z成反比例地来调整无功功率决定电路15的增益Kp。
其结果，在电源阻抗推定值Z变小的情况下，因控制电路9的瞬态响应变慢而应提高无功功率决定电路15的增益Kp，反之，在电源阻抗推定值Z变大的情况下，因控制电路9的瞬态响应发生变快的振荡而应降低无功功率决定电路15的增益，使系统变得稳定。
而且，图1至图3所示的电源阻抗推定电路18可以由以第（1）、（2）或（3）式作为软件而进行运算的微型计算机构成。
另外在图1至图3的各个实施例中，根据由推定电路18求得的电源阻抗，可以变更无功功率决定电路15的传递函数中的比例系数（增益）Kp（Z增加而Kp减小）。在这种替代中，也可以进行下列变更。即：
1）电路15的传递函数中的时间常数Tp根据Z的变化而变化（Z增加而Tp增加）。
2）倾斜电抗电路14的电抗XSL根据Z的变化而变化（Z增加而XSL增加并减小电流检出值I）。
3）将上述1）和/或2）同图1等组合，根据由电路18而求出Kp，Tp和XSL中的两个以上参量的电源阻抗而变化。
上述1）、2）、3）的各种控制不但可以通过用CPU的软件控制来实现，也可以使用专用的硬件来实现。
如上述那样，根据本发明，电源阻抗随着电力系统的工作状况的不同而变化，由于对控制系统自动调整其增益，迅速而稳定的无功功率控制成为可能，可以得到可靠性高的无功功率补偿装置。

Claims (10)

1、无功功率补偿装置，由下列部分构成：
a)电力系统(1)；
b)由所使用的所定传递函数(Kp(1+Tp·S)/TpS)和所定电压值Vref来控制上述电力系统(1)的电压V的控制装置(10-17)；
c)电抗元件(7C，7L)；
d)将上述电抗元件(7C，7L)同上述电力系统(1)相连接的连接装置(8)；
e)在上述电抗元件(7C，7L)同上述电力系统(1)相连接之前和之后，根据上述电力系统(1)的电压变化△V，检出上述电力系统(1)的阻抗Z的阻抗检出装置(18)；
f)根据阻抗Z来变更上述所定的传递函数(Kp(1+Tp·S)/TpS)的传递函数变更装置(19)。
2、根据权利要求1所述装置，上述电抗元件（7C，7L）包括电容器（7C）。
3、根据权利要求2所述装置，具有检出对应于上述电压变化△V的上述电力系统（1）的电流I的变化△I的电流变化检出装置（13），上述阻抗检出装置（18）包括由上述电压变化△V与上述电流变化△I相比△V/△I而求出上述电力系统阻抗Z的装置。
4、根据权利要求3所述装置，上述传递函数变更装置（19）包括对应于上述电力系统阻抗Z的增加而减小上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的比例系数Kp的装置。
5、根据权利要求3所述装置，上述传递函数变更装置（19）包括对应于上述电力系统Z的增加而增大上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的时间常数Tp的装置。
6、根据权利要求3所述装置，具有对应于上述电力系统阻抗Z的变化而变更上述电力系统电压V对上述所定电压值Vref的误差量的装置（12，14）。
7、根据权利要求1所述装置，上述电抗元件（7C，7L）包括电感器（7L）。
8、根据权利要求7所述装置，上述阻抗检出装置（18）包括由上述电压变化△V同上述电力系统电压V之比△V/V和上述电感器（7L）的电感值ωL而求出上述电力系统阻抗Z的装置。
9、根据权利要求8所述装置，上述传递函数变更装置（19）包括对应于上述电力系统阻抗Z的增加而减小上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的比例系数Kp的装置。
10、根据权利要求8所述装置，上述传递函数变更装置（19）包括对应于上述电力系统阻抗Z的增加而增大上述所定传递函数（Kp（1+Tp·S）/TpS）的时间常数Tp的装置。
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