CN106877353A - 链式statcom高压静态无功发生器并网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，用于链式STATCOM高压静态无功发生器装置并网时的冲击电流的限制。该方法首先采集输入电压US及输出电压UC的相序、相位、幅值；输入电流IS及输出电流IOUT的相序、相位、幅值；判断并调整相序为正序，判断并调整幅值相等，判断并调整相位差为零。保证并网时完全同期(同序,同相,同幅值),极大的减小并网冲击电流,做到无扰并网。

Description

链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法
技术领域
本发明涉及链式STATCOM高压静态无功发生器领域，更具体的说，是一种用于减少链式高压静态无功发生器与电力系统电网并网冲击电流的方法。
背景技术
在高压无功补偿领域的装置并网运行时，普遍存在并网瞬间冲击电流大的现象，极大的并网冲击电流，具有对断路器冲击大过流跳闸，破坏并网电抗器绝缘，损坏电力电子元器件等缺点，有的甚至无法并网成功。为了克服这些缺点，并保证顺利的并网，对高压无功补偿方法做出了如下发明。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，用以克服现有技术并网瞬间冲击电流大的缺陷。
本发明的技术方案如下：
一种链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】采集输入电压US及输出电压UC的相序、相位以及幅值；采集输入电流IS及输出电流IOUT的相序、相位以及幅值；所述输入电压US和输入电流IS分别为安装在系统电网侧的电压互感器PT1的二次侧电压和安装在系统电网侧电流互感器CT1的二次侧电流，所述输出电压UC和输出电流IOUT分别为安装在链式STATCOM高压静态无功发生器侧的电压互感器PT2的二次侧电压和安装在链式STATCOM高压静态无功发生器侧的电流互感器CT2的二次侧电流；
2】分别判别输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序是否为正序，如果输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT的相序不是正序，则将输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序调整为正序；
3】判断输出电压UC的幅值是否等于输入电压US的幅值，如果相等，即进入步骤4】，如果不相等，通过并网时的基波电压幅值系数K1使输出电压UC的幅值为US的幅值后，进入步骤4】；
4】判别输入电压US及输出电压UC的相位差X是否小于给定值θ，如果相位差X小于给定值θ，此时与系统电网并网，如果输入电压US及输出电压UC的相位差X≥θ，则调整并网时基波电压相位调整系数K2,直到输入电压US及输出电压UC之间的相位差X小于给定值θ，此时与系统电网并网。
具体的，步骤2】中，输入电压US、输出电压UC的相序是否为正序的判定标准是：输入电压US的a、b、c三相过零点是否满足依次滞后120°，输出电压UC的u、v、w三相过零点是否满足依次滞后120°；输入电流IS、输出电流IOUT的相序是否为正序的判定标准是：输入电流IS的a、b、c三相过零点是否满足依次滞后120°，输出电流IOUT的u、v、w三相过零点是否满足依次滞后120°。
具体的，步骤2】中，将输入电压US的相序调整为正序的具体步骤是：将电压互感器PT1二次侧的Ua、Uc对换；将输出电压UC的相序调整为正序的具体步骤是：将电压互感器PT2二次侧的Uu、Uw对换；将输入电流IS的相序调整为正序的具体步骤是：将电流互感器CT1二次侧的Ia、Ic对换，或者把Ia的进出对换，或者把Ic的进出对换；将输出电流IOUT的相序调整为正序的具体步骤是：将电流互感器CT2二次侧的Iu,Iw对换，或者把Iu的进出对换，或者把Iw的进出对换。
具体的，步骤3】中，KS1为电压互感器PT1的变比，KS3为链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的AD采样板中的电压互感器PT3的变比；LSB为5V输入时的AD采样值，H1＝4096、H2＝2000；12为功率单元个数，UDC为功率单元静态时直流电压值。
具体的，步骤3】中，输出电压UC的幅值是否等于输入电压US的幅值的判定方法是：(UC-US)/Lω≤Im，其中Lω为并网电抗器阻抗值，Im为并网允许的冲击电流值。
具体的，步骤4】中，输入电压US及输出电压UC的相位差X是否小于给定值θ的判定方法是：判断相位差X对应的时钟计数值是否小于θ对应的时钟计数值，相位差X对应的时钟计数值为N/360°*X，θ对应的时钟计数值为N/360°*θ，其中N为360°相位差的时钟计数值。
具体的，步骤4】中，K2＝K1*Tgβ，其中，β为Uu＝Ua’*K1时的输出电压Uu与输入电压Ua的相位差，Ua’为采样通道延迟后的系统输入电压US’的三个矢量分量之一。
具体的，步骤4】调节相位差之后，还包括步骤5】，闭合系统电网中的预充电开关，通过系统电网中的预充电电阻R用K1’参数把电容直流电压泵升到UDC’，断开预充电开关，闭合系统电网中的并网开关，此时与系统电网并网；K1’为泵升时基波电压幅值系数，其中：k1/k1’＝850/UDC’。
本发明的积极效果在于：
通过实现装置系统侧相序及装置输出相序的自动鉴别、装置输出电压相位UCθ与系统电网电压的相位USθ装置自动调节精确对准、并网时输出电压幅值UC与系统电网电压幅值US的精确对准，保证并网时输入电压US、输出电压UC完全同期(同序,同相,同幅值)，减少并网瞬间的冲击电流。当系统电压不对称时，并网冲击电流仍然很小，且不需要手动修改电压和相位修正系数。减少对断路器的冲击，避免破坏并网电抗器绝缘，避免损坏电力电子元器件，提高并网成功率。
附图说明
图1是输入输出正序波形图。
图2是输入输出负序波形图。
图3是输入输出相位差波形图。
图4是输入输出幅值波形图。
图5是现有技术中链式STATCOM高压静态无功发生器的电路等效图。
图6是公式1的矢量图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
参照图5，图5为现有技术中链式STATCOM高压静态无功发生器的电路等效图，其中，Lω为并网电抗器阻抗；R为预充电电阻阻抗；KM2为预充电开关，KM1为并网开关。PT1为安装在系统电网侧的电压互感器，假设PT1的变比为10000V/100V，CT1为安装在系统电网侧的电流互感器，假设CT1的变比为400A/5A。PT2为安装在装置侧(链式STATCOM高压静态无功发生器侧)的电压互感器，假设PT2的变比为10000V/100V，CT2为安装在在装置侧(链式STATCOM高压静态无功发生器侧)的电流互感器，假设CT2的变比为500A/100mA。
链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的AD采样板,采集系统电网侧电压互感器PT1的二次侧电压和系统电网侧电流互感器CT1的二次侧电流，并把模拟信号转换成数字信号量。
链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的AD采样板,采集装置侧电压互感器PT2的二次侧电压和装置侧的电流互感器CT2的二次侧电流信号，并把模拟信号转换成数字信号量。
若要做到无冲击或小冲击电流并网，需做到同序、同幅值、同相位。因此，一种链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，具体包括以下步骤：
1】采集输入电压US及输出电压UC的相序、相位以及幅值；采集输入电流IS及输出电流IOUT的相序、相位以及幅值；
所述输入电压US和输入电流IS分别为安装在系统电网侧的电压互感器PT1的二次侧电压和安装在系统电网侧电流互感器CT1的二次侧电流，所述输出电压UC和输出电流IOUT分别为安装在链式STATCOM高压静态无功发生器侧的电压互感器PT2的二次侧电压和安装在链式STATCOM高压静态无功发生器侧的电流互感器CT2的二次侧电流；
步骤2】分别判别输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序是否为正序，如果输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT的相序不是正序，则将输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序调整为正序：
链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的DSP装置，根据采样板采集到系统侧的三相电压和电流信号的波形过零点的先后顺序来判断Ua,Ub,Uc及Ia，Ib，Ic是否满足相位差依次滞后120°,也就是说输入电压是否满足正序关系,输入电流是否满足正序关系。
若不能满足电压正序，把电压互感器PT1二次侧的Ua、Uc对换，再次判断是否满足正序关系。
若不能满足电流正序，把电流互感器CT1二次侧的Ia、Ic对换，或者把Ia的进出对换，或者把Ic的进出对换，直到满足电流正序。
链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的DSP装置，根据采样板采集到装置侧的三相电压和电流信号的波形过零点的先后顺序来判断Uu,Uv,Uw及Iu，Iv，Iw是否满足相位差依次滞后120°,也就是说输出电压是否满足正序关系,输出电流是否满足正序关系。
若不能满足电压正序，把电压互感器PT2二次侧的Uu、Uw对换，再次判断相位差是否依次滞后120°。
若不能满足电流正序，把电流互感器CT2二次侧的Iu、Iw对换，或者把电流互感器CT2二次侧的Iu的进出对换、或者把Iw的进出对换，直到满足正序。
直到满足输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序均为正序，则进行步骤3】。
步骤3】判断输出电压UC的幅值是否等于输入电压US的幅值，如果相等，即进入步骤4】，如果不相等，通过并网时的基波电压幅值系数K1使输出电压UC的幅值为US的幅值后，进入步骤4】；
步骤4】判别输入电压US及输出电压UC的相位差X是否小于给定值θ，如果相位差X小于给定值θ，此时与系统电网并网，如果输入电压US及输出电压UC的相位差X≥θ，则调整并网时基波电压相位调整系数K2,直到输入电压US及输出电压UC之间的相位差X小于给定值θ，此时与系统电网并网。
并网时的基波电压幅值系数K1与并网时基波电压相位调整系数K2的计算推理过程如下。
首先，链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的AD采样板采集到的输入电压波形，是依次经过电压互感器PT1(10000V/100V)和交流采样板中的电压互感器PT3(100V/2mA)的电压波形,电压互感器PT3的2mA电流信号再经过信号调理，运放等环节，最后的相移很难精确计算。为了能达到输出电压与输入电压相位、幅值相同，如图6，采用公式(1)进行修正。
Uu＝Ua’*K1+(Uc’-Ub’)*K2； (1)
Uv＝Ub’*K1+(Ua’-Uc’)*K2；
Uw＝Uc’*K1+(Ub’-Ua’)*K2；
Ua,Ub,Uc为系统输入电压US的三个矢量分量，Ua’,Ub’,Uc’为采样通道延迟后的系统输入电压US’的三个矢量分量，Uu，Uv，Uw为输出电压UC的三个矢量分量。(Uc’-Ub’)合成的矢量与Ua’垂直，K2(Uc’-Ub’)仍然为与Ua’垂直的矢量。Ua’为信号Ua经过采样通道延迟角度β后的信号。为了使输出电压的Uu与输入电压的Ua完全同相位，由图6的矢量图可以知道，使Uu＝K1Ua’+K2(Uc’-Ub’)，通过调节K1,K2可以调整使得Uu与Ua同相位、同幅值。
输出电压幅值是否等于输入电压幅值的判定方法是：(UC-US)/Lω≤Im，其中Lω为并网电抗器阻抗值，Im为并网允许的冲击电流值。假设Im＝20,Iw＝1.57,则(UC-US)/1.57<＝20，即(UC-US)<＝31.4时，认为输出电压幅值等于输入电压幅值。
如果不满足幅值判定条件，根据电压互感器PT1，电压互感器PT3的变比关系，K1由下面公式(2)给出：
Us为安装在系统电网侧的电压互感器PT1的二次侧电压，KS1为电压互感器PT1的变比(10000/100)，KS3为电压互感器PT3的变比(100V/2mA)；LSB为5/8192，8192为5V输入时的AD采样值，H1和H2为程序里的归一化使用系数，H1＝4096、H2＝2000，始终是一个固定数值；12为功率单元个数，UDC为功率单元静态时直流电压值(Us为10kv时，功率单元静态时直流电压值为850)。
具体判别输入电压US及输出电压UC的相位差X是否小于给定值θ的方法是：判断相位差X对应的时钟计数值是否小于θ对应的时钟计数值，相位差X对应的时钟计数值为N/360°*X，θ对应的时钟计数值为N/360°*θ，其中N为360°相位差的时钟计数值。
假设360°相位差的时钟计数值为48000，假设给定值θ为0.036°，则θ对应的时钟计数值为48000/360°*0.036°＝4.8，取整数为5，输入电压US及输出电压UC的相位差X对应的时钟计数值如果小于5，则满足并网的相位条件，如果不满足相位条件，则调整输出电压UC的相位调整参数K2，K2的计算过程如下。
令公式(1)的K2＝0,比较输出电压Uu与输入电压Ua的相位差为β，这个β可以由程序比较输入输出电压过零点实际测量出来。然后根据公式(3)，从而算出k2。
Tgβ＝K2/K1 (3)
将K1和最终确定的K2代入公式(1)，从而可以精确做到输出与输入相位一致。
步骤5】由于并网前的预充电需要带着预充电电阻，由于电阻上的压降存在，根据PWM调制理论可知，带着预充电电阻用步骤3】最后计算出来的K1进行单元电压泵升很难达到正常并网时单元直流电压值850V，为了达到在带预充电电阻时达到并网时所需要的直压值，在泵升时的用K1’系数进行泵升到UDC’,这样能使得带预充电电阻泵升电压能达到并网时的电压值850V，K1’为泵升时基波电压幅值系数。
K1/K1’＝850/UDC’。 (4)
K1’确定后，闭合系统电网中的预充电开关，通过系统电网中的预充电电阻R用K1’参数把电容直流电压泵升到UDC’，断开预充电开关，闭合并网开关，此时与系统电网并网；
采用上述方法后的并网就能做到很小的并网冲击电流。具有很现实的经济价值和使用价值。

Claims (8)

1.一种链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】采集输入电压US及输出电压UC的相序、相位以及幅值；采集输入电流IS及输出电流IOUT的相序、相位以及幅值；所述输入电压US和输入电流IS分别为安装在系统电网侧的电压互感器PT1的二次侧电压和安装在系统电网侧电流互感器CT1的二次侧电流，所述输出电压UC和输出电流IOUT分别为安装在链式STATCOM高压静态无功发生器侧的电压互感器PT2的二次侧电压和安装在链式STATCOM高压静态无功发生器侧的电流互感器CT2的二次侧电流；
2】分别判别输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序是否为正序，如果输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT的相序不是正序，则将输入电压US、输出电压UC、输入电流IS、输出电流IOUT相序调整为正序；
3】判断输出电压UC的幅值是否等于输入电压US的幅值，如果相等，即进入步骤4】，如果不相等，通过并网时的基波电压幅值系数K1使输出电压UC的幅值为US的幅值后，进入步骤4】；
4】判别输入电压US及输出电压UC的相位差X是否小于给定值θ，如果相位差X小于给定值θ，此时与系统电网并网，如果输入电压US及输出电压UC的相位差X≥θ，则调整并网时基波电压相位调整系数K2,直到输入电压US及输出电压UC之间的相位差X小于给定值θ，此时与系统电网并网。
2.根据权利要求1所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤2】中，输入电压US、输出电压UC的相序是否为正序的判定标准是：输入电压US的a、b、c三相过零点是否满足依次滞后120°，输出电压UC的u、v、w三相过零点是否满足依次滞后120°；输入电流IS、输出电流IOUT的相序是否为正序的判定标准是：输入电流IS的a、b、c三相过零点是否满足依次滞后120°，输出电流IOUT的u、v、w三相过零点是否满足依次滞后120°。
3.根据权利要求2所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤2】中，将输入电压US的相序调整为正序的具体步骤是：将电压互感器PT1二次侧的Ua、Uc对换；将输出电压UC的相序调整为正序的具体步骤是：将电压互感器PT2二次侧的Uu、Uw对换；将输入电流IS的相序调整为正序的具体步骤是：将电流互感器CT1二次侧的Ia、Ic对换，或者把Ia的进出对换，或者把Ic的进出对换；将输出电流IOUT的相序调整为正序的具体步骤是：将电流互感器CT2二次侧的Iu,Iw对换，或者把Iu的进出对换，或者把Iw的进出对换。
4.根据权利要求1-3任一所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤3】中，KS1为电压互感器PT1的变比，KS3为链式STATCOM高压静态无功发生器的控制系统的AD采样板中的电压互感器PT3的变比；LSB为5V输入时的AD采样值，H1＝4096、H2＝2000；12为功率单元个数，UDC为功率单元静态时直流电压值。
5.根据权利要求4所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤3】中，输出电压UC的幅值是否等于输入电压US的幅值的判定方法是：(UC-US)/Lω≤Im，其中Lω为并网电抗器阻抗值，Im为并网允许的冲击电流值。
6.根据权利要求1-3任一所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤4】中，输入电压US及输出电压UC的相位差X是否小于给定值θ的判定方法是：判断相位差X对应的时钟计数值是否小于θ对应的时钟计数值，相位差X对应的时钟计数值为N/360°*X，θ对应的时钟计数值为N/360°*θ，其中N为360°相位差的时钟计数值。
7.根据权利要求6所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤4】中，K2＝K1*Tgβ，其中，β为Uu＝Ua’*K1时的输出电压Uu与输入电压Ua的相位差，Ua’为采样通道延迟后的系统输入电压US’的三个矢量分量之一。
8.根据权利要求1-3任一所述的链式STATCOM高压静态无功发生器并网方法，其特征在于：步骤4】调节相位差之后，还包括步骤5】，闭合系统电网中的预充电开关，通过系统电网中的预充电电阻R用K1’参数把电容直流电压泵升到UDC’，断开预充电开关，闭合系统电网中的并网开关，此时与系统电网并网；K1’为泵升时基波电压幅值系数，其中：k1/k1’＝850/UDC’。
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