CN108988353A - 一种无功补偿控制装置及方法 - Google Patents

一种无功补偿控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提出一种无功补偿控制装置及方法，涉及电力技术领域。该方法包括获取配电系统的三相电流；将三相电流进行两相正交坐标转换得到配电系统的有功电流分量和无功电流分量；根据无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到电容器组的组数以及静止无功发生器的无功补偿电流；根据电容器组的组数向电容器组发送第一控制指令，根据静止无功发生器的无功补偿电流向静止无功发生器发送第二控制指令。该无功补偿控制装置具有控制精度高、实时性好以及损耗低等优点。

Description

一种无功补偿控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种无功补偿控制装置及方法。
背景技术
静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)和电容器组(Fixed Capacitorbank，FC)作为现代与传统的无功补偿技术的典型代表，SVG和FC存在特性上互补的特性。其中，FC造价低，易于控制，但无功补偿阶梯性明显，FC运行过程中容易发生“跳跃现象”；SVG无功补偿响应快，几乎可以实现实时动态补偿，但其造价昂贵，推广应用受到较大的限制。
目前的FC+SVG的混合无功补偿技术在控制系统架构上还不够成熟，其本身控制架构不够理想、控制策略选择不是十分科学，进而控制效果不够精准、快速。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无功补偿控制装置及方法，该无功补偿控制装置具有控制精度高、实时性好以及损耗低等优点。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种无功补偿控制方法，应用于控制器上，所述控制器通过一信息采集模块与一配电系统电连接，所述控制器还与一电容器组和静止无功发生器均电连接，所述方法包括：获取所述配电系统的三相电流；将所述三相电流进行两相正交坐标转换得到所述配电系统的有功电流分量和无功电流分量；根据所述无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到所述电容器组的组数以及所述静止无功发生器的无功补偿电流；根据所述电容器组的组数向所述电容器组发送第一控制指令，根据所述静止无功发生器的无功补偿电流向所述静止无功发生器发送第二控制指令。
进一步地，所述根据所述无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到所述电容器组的组数的步骤包括：将所述无功电流分量与所述单组电容器组的无功补偿电流的比值取整，作为所述电容器组的组数。
进一步地，所述计算得到所述静止无功发生器的无功补偿电流的步骤包括：将所述无功电流分量与所述电容器组的组数和所述单组电容器组的无功补偿电流的积进行减法运算，得到所述静止无功发生器的无功补偿电流。
进一步地，所述根据所述无功发生器的无功补偿电流向所述无功发生器发送第二控制指令的步骤包括：获取所述配电系统的三相电压以及所述静止无功发生器的直流电压；根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流得到所述第二控制指令。
进一步地，所述根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流得到所述第二控制指令的步骤包括：根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流进行解耦处理得到电压有功分量和电压无功分量；将所述电压有功分量和所述电压无功分量通过SVPWM控制器得到所述第二控制指令。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无功补偿控制装置，应用于控制器上，所述控制器通过一信息采集模块与一配电系统电连接，所述控制器还与一电容器组和静止无功发生器均电连接，所述装置包括：获取模块，用于获取所述信息采集模块采集的所述配电系统的三相电流；无功计算模块，用于将所述三相电流进行两相正交坐标转换得到所述配电系统的有功电流分量和无功电流分量；比较模块，用于根据所述无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到所述电容器组的组数以及所述静止无功发生器的无功补偿电流；控制模块，用于根据所述电容器组的组数向所述电容器组发送第一控制指令，根据所述静止无功发生器的无功补偿电流向所述静止无功发生器发送第二控制指令。
进一步地，所述无功计算模块包括：电容器组计算单元，用于将所述无功电流分量与所述单组电容器组的无功补偿电流的比值取整，作为所述电容器组的组数。
进一步地，所述无功计算模块包括：无功发生器计算单元，用于将所述无功电流分量与所述电容器组的组数和所述单组电容器组的无功补偿电流的积进行减法运算，得到所述静止无功发生器的无功补偿电流。
进一步地，所述获取模块，还用于获取所述配电系统的三相电压以及所述静止无功发生器的直流电压。
进一步地，所述控制模块包括：第二控制指令生成单元，用于根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流得到所述第二控制指令。
本发明实施例提供的一种无功补偿控制装置及方法，该装置包括：获取模块，用于获取信息采集模块采集的配电系统的三相电流；无功计算模块，用于将三相电流进行两相正交坐标转换得到配电系统的有功电流分量和无功电流分量；比较模块，用于根据无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到电容器组的组数以及静止无功发生器的无功补偿电流；控制模块，用于根据电容器组的组数向电容器组发送第一控制指令，根据静止无功发生器的无功补偿电流向静止无功发生器发送第二控制指令。可见，该装置的架构为分层、模块化设计，提升了整体混合控制的协同性与精确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，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的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的无功补偿控制装置的应用环境示意图；
图2示出了本发明实施例提供的无功补偿控制方法的流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的无功计算模块的算法示意图；
图4示出了本发明实施例提供的控制策略图；
图5示出了本发明实施例提供的无功补偿控制装置的结构示意图。
图标：1-配电系统；2-信息采集模块；3-控制器；30-无功补偿控制装置；31-获取模块；32-无功计算模块；33-比较模块；34-控制模块；4-电容器组；5-静止无功发生器；6-负载。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，为本发明实施例提供的无功补偿控制装置30的应用环境示意图，无功补偿控制装置30应用于一控制器3上，控制器3通过信息采集模块2与一配电系统1电连接，控制器3还与一电容器组4和静止无功发生器5均电连接。信息采集模块2用于采集配电系统1的三相电流和三相电压，控制器3用于根据配电系统1的三相电流和三相电压计算得到负载6所需的无功缺额，并根据负载6所需的无功缺额控制电容器组4和静止无功发生器5分别向负载6进行无功缺额补偿。
如图2所示，为本发明实施例提供的无功补偿控制方法的流程示意图，应说明的是，本发明所述的无功补偿控制方法并不以图2以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，本发明所述的无功补偿控制方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。请参阅图2，本实施例描述的是控制器3的处理流程，所述方法包括：
步骤S1，获取所述配电系统1的三相电流。
在本实施例中，所述配电系统1的三相电流由信息采集模块2从配电系统1中进行采集，并将采集到的配电系统1的三相电流传输至控制器3。其中，信息采集模块2可以采用电压、电流互感器。
步骤S2，将所述三相电流进行两相正交坐标转换得到所述配电系统1的有功电流分量和无功电流分量。
如图3所示，在本实施例中，将所述三相电流进行两相正交坐标转换可以理解为将三相电流从abc坐标转换至dq坐标，生成有功电流分量和无功电流分量。可以理解，通过坐标变换矩阵C32将abc坐标系中的三相电流(ia、ib、ic)变换到αβ两相正交坐标系上，则
将得到的iα和iβ由αβ两相正交坐标转换至dq坐标，αβ坐标转换至dq坐标的转换公式为：
其中，sinωt通过锁相环及正、余弦信号发生电路得到，即得到与a相电压ea同相位的幅值为1的正弦信号sinωt，再根据sinωt得到cosωt。
步骤S3，根据所述无功电流分量和单组电容器组4的无功补偿电流计算得到所述电容器组4的组数以及所述静止无功发生器5的无功补偿电流。
在本实施例中，所述根据所述无功电流分量和单组电容器组4的无功补偿电流计算得到所述电容器组4的组数的步骤包括：将所述无功电流分量与所述单组电容器组4的无功补偿电流的比值取整，作为所述电容器组4的组数。
在本实施例中，所述计算得到所述静止无功发生器5的无功补偿电流的步骤包括：将所述无功电流分量与所述电容器组4的组数和所述单组电容器组4的无功补偿电流的积进行减法运算，得到所述静止无功发生器5的无功补偿电流。
在本实施例中，若所述无功电流分量为iq，单组电容器组4的无功补偿电流为ic，所述电容器组4的最大组数为M，根据无功电流分量和单组电容器组4的无功补偿电流计算得到所述电容器组4的组数为n，静止无功发生器5的无功补偿电流为Iref，静止无功发生器5的最大输出电流为Irefmax。当iq≥Mic+Irefmax时，此时n的取值为M，且Iref的取值为Irefmax；当iq＜Mic+Irefmax时，此时n的取值为iq与ic的比值取整，且Iref的取值为iq-n×ic；当iq＜0时，此时负载6的无功需求为感性，只有SVG能对感性无功进行补偿，此时n的取值为0，且Iref的取值为iq。
步骤S4，根据所述电容器组4的组数向所述电容器组4发送第一控制指令，根据所述静止无功发生器5的无功补偿电流向所述静止无功发生器5发送第二控制指令。
在本实施例中，若电容器组4的最大组数为5组，根据无功电流分量和单组电容器组4的无功补偿电流计算得到电容器组4的组数为3组，则第一控制指令控制3组电容器组4的晶闸管闭合，使得3组电容器组4向负载6提供无功电流分量。
在本实施例中，所述根据所述无功发生器的无功补偿电流向所述无功发生器发送第二控制指令的步骤包括：获取所述配电系统1的三相电压以及所述静止无功发生器5的直流电压；根据所述配电系统1的三相电压、所述静止无功发生器5的直流电压以及所述静止无功发生器5的无功补偿电流得到所述第二控制指令。
在本实施例中，所述根据所述配电系统1的三相电压、所述静止无功发生器5的直流电压以及所述静止无功发生器5的无功补偿电流得到所述第二控制指令的步骤包括：根据所述配电系统1的三相电压、所述静止无功发生器5的直流电压以及所述静止无功发生器5的无功补偿电流进行解耦处理得到电压有功分量和电压无功分量；将所述电压有功分量和所述电压无功分量通过SVPWM控制器3得到所述第二控制指令。
如图4所示，在本实施例中，通过电压外环PI控制得到有功指令电流值，即所述静止无功发生器5的直流电压Udc与一指令直流电压值Udc-ref之间的差值经过PI控制器3得到有功指令电流值idc；以及通过电流内环PI控制得到解耦环节的SVG的无功输入值和有功输入值，即根据配电系统1的三相电流经过坐标转换得到的无功电流分量iq和有功电流分量id，其中，有功电流分量id与有功指令电流值之间的差值经过PI控制器3得到SVG的有功输入值，无功电流分量iq与电容器组4的无功补偿电流ic之间的差值经过PI控制器3得到SVG的无功输入值。再根据SVG的无功输入值和有功输入值和配电系统1的三相电压进行解耦处理得到dq坐标系下的电压有功分量和电压无功分量其中，配电系统1的三相电压(Ua、Ub、Uc)经过abc坐标到dq坐标转换得到有功电压值Ed和无功电压值Eq，将有功电压值Ed、无功电压值Eq、SVG的无功输入值和有功输入值进行解耦处理得到dq坐标系下的电压有功分量和电压无功分量其中，得到电压有功分量和电压无功分量的公式为：
其中，Kip为电流内环PI控制器3的比例控制参数，KiI为电流内环PI控制器3的微分控制参数。其中，有功指令电流值idc通过以下公式可得：
其中，Kvp为电压外环PI控制器3的比例控制参数，KvI为电压外环PI控制器3的微分控制参数。
在本实施例中，将dq坐标系下的电压有功分量和电压无功分量转换为αβ坐标系下的电压有功分量和电压无功分量αβ坐标系下的电压有功分量和电压无功分量通过SVPWM控制器3得到第二控制指令，静止无功发生器5根据第二控制指令向负载6提供无功补偿电流。其中，第二控制指令用于控制静止无功发生器5中的开关器件的开通和关断时间。
在本实施例中，SVPWM控制方式比传统的PWM控制方式直流电压利用率提高近16％，相应电流会降低，进而降低了功率器件的通态损耗，提升运行效率；同时，SVPWM控制的开关频率更低，平均降低约30％，有效降低了功率器件的开关损耗。
如图5所示，所述无功补偿控制装置30应用于控制器3中，需要说明书的是，本实施例所提供的无功补偿控制装置30其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。所述无功补偿控制装置30包括获取模块31、无功计算模块32、比较模块33以及控制模块34。
获取模块31获取所述信息采集模块2采集的所述配电系统1的三相电流。
可以理解，所述获取模块31可以执行上述步骤S1。
在本实施例中，所述获取模块31还用于获取所述配电系统1的三相电压以及所述静止无功发生器5的直流电压。
无功计算模块32用于将所述三相电流进行两相正交坐标转换得到所述配电系统1的有功电流分量和无功电流分量。
可以理解，所述无功计算模块32可以执行上述步骤S2。
在本实施例中，所述无功计算模块32包括电容器组4计算单元，用于将所述无功电流分量与所述单组电容器组4的无功补偿电流的比值取整，作为所述电容器组4的组数。
进一步地，在本实施例中，所述无功计算模块32还包括无功发生器计算单元，用于将所述无功电流分量与所述电容器组4的组数和所述单组电容器组4的无功补偿电流的积进行减法运算，得到所述静止无功发生器5的无功补偿电流。
比较模块33用于根据所述无功电流分量和单组电容器组4的无功补偿电流计算得到所述电容器组4的组数以及所述静止无功发生器5的无功补偿电流。
可以理解，所述比较模块33可以执行上述步骤S3。
控制模块34用于根据所述电容器组4的组数向所述电容器组4发送第一控制指令，根据所述静止无功发生器5的无功补偿电流向所述静止无功发生器5发送第二控制指令。
可以理解，所述控制模块34可以执行上述步骤S4。
在本实施例中，所述控制模块34包括第二控制指令生成单元，用于根据所述配电系统1的三相电压、所述静止无功发生器5的直流电压以及所述静止无功发生器5的无功补偿电流得到所述第二控制指令。
综上所述，本发明实施例提供的无功补偿控制装置及方法，该装置包括：获取模块，用于获取信息采集模块采集的配电系统的三相电流；无功计算模块，用于将三相电流进行两相正交坐标转换得到配电系统的有功电流分量和无功电流分量；比较模块，用于根据无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到电容器组的组数以及静止无功发生器的无功补偿电流；控制模块，用于根据电容器组的组数向电容器组发送第一控制指令，根据静止无功发生器的无功补偿电流向静止无功发生器发送第二控制指令。可见，该装置的架构为分层、模块化设计，提升了整体混合控制的协同性与精确性。同时，在传统的控制策略的基础上，加入电容器组协同控制的思想，在比较模块与控制模块之间的互动，增加了该装置的协同性。并且在控制模块采用前馈解耦控制方式，实现了静止无功发生器的有功分量和无功分量的精准控制，加入空间矢量脉宽调制技术，降低了装置的运行损耗、开关频率以及提升控制效果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种无功补偿控制方法，应用于控制器上，所述控制器通过一信息采集模块与一配电系统电连接，所述控制器还与一电容器组和静止无功发生器均电连接，其特征在于，所述方法包括：
获取所述配电系统的三相电流；
将所述三相电流进行两相正交坐标转换得到所述配电系统的有功电流分量和无功电流分量；
根据所述无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到所述电容器组的组数以及所述静止无功发生器的无功补偿电流；
根据所述电容器组的组数向所述电容器组发送第一控制指令，根据所述静止无功发生器的无功补偿电流向所述静止无功发生器发送第二控制指令。
2.如权利要求1所述的无功补偿控制方法，其特征在于，所述根据所述无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到所述电容器组的组数的步骤包括：
将所述无功电流分量与所述单组电容器组的无功补偿电流的比值取整，作为所述电容器组的组数。
3.如权利要求1所述的无功补偿控制方法，其特征在于，所述计算得到所述静止无功发生器的无功补偿电流的步骤包括：
将所述无功电流分量与所述电容器组的组数和所述单组电容器组的无功补偿电流的积进行减法运算，得到所述静止无功发生器的无功补偿电流。
4.如权利要求1所述的无功补偿控制方法，其特征在于，所述根据所述无功发生器的无功补偿电流向所述无功发生器发送第二控制指令的步骤包括：
获取所述配电系统的三相电压以及所述静止无功发生器的直流电压；
根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流得到所述第二控制指令。
5.如权利要求4所述的无功补偿控制方法，其特征在于，所述根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流得到所述第二控制指令的步骤包括：
根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流进行解耦处理得到电压有功分量和电压无功分量；
将所述电压有功分量和所述电压无功分量通过SVPWM控制器得到所述第二控制指令。
6.一种无功补偿控制装置，其特征在于，应用于控制器上，所述控制器通过一信息采集模块与一配电系统电连接，所述控制器还与一电容器组和静止无功发生器均电连接，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述信息采集模块采集的所述配电系统的三相电流；
无功计算模块，用于将所述三相电流进行两相正交坐标转换得到所述配电系统的有功电流分量和无功电流分量；
比较模块，用于根据所述无功电流分量和单组电容器组的无功补偿电流计算得到所述电容器组的组数以及所述静止无功发生器的无功补偿电流；
控制模块，用于根据所述电容器组的组数向所述电容器组发送第一控制指令，根据所述静止无功发生器的无功补偿电流向所述静止无功发生器发送第二控制指令。
7.如权利要求6所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述无功计算模块包括：
电容器组计算单元，用于将所述无功电流分量与所述单组电容器组的无功补偿电流的比值取整，作为所述电容器组的组数。
8.如权利要求6所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述无功计算模块包括：
无功发生器计算单元，用于将所述无功电流分量与所述电容器组的组数和所述单组电容器组的无功补偿电流的积进行减法运算，得到所述静止无功发生器的无功补偿电流。
9.如权利要求6所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述获取模块，还用于获取所述配电系统的三相电压以及所述静止无功发生器的直流电压。
10.如权利要求9所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
第二控制指令生成单元，用于根据所述配电系统的三相电压、所述静止无功发生器的直流电压以及所述静止无功发生器的无功补偿电流得到所述第二控制指令。
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