CN109256782A - 基于tct无功补偿的小水电配电网电压控制系统及方法 - Google Patents

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覃日升
李虹
郭宝娅
刘明江
沈云霞
曾玲
许俊
熊艳菊
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    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

本发明涉及配电网电压控制领域，具体公开了一种基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统即方法，其方法包括：测量模块，用于获取小水电配电网与负荷波动时配电网的电压电流数据计算无功电流变化量；导纳模块，用于根据无功电流变化量计算导纳变化值；导纳补偿模块，用于将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取其与给定导纳值的差值作为补偿导纳值；查表模块，用于根据补偿导纳值计算获取晶闸管触发角，根据晶闸管触发角获取触发角；触发生成模块，用于根据触发角得到触发脉冲信号；TCT无功补偿装置，用于根据触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿，维持线路电压，提高配电网供电电压的合格率。

Description

基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统及方法
技术领域
本发明属于配电网电压控制领域，特别涉及一种基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统及方法。
背景技术
小水电机组受季节，雨水等因素影响，机组启、停频繁，运行方式变化大，其对电网产生的扰动将会直接影响电网电能质量。比如在丰水季节，各小水电集中上网，大量无功功率涌入电网，并且小负荷状况下电网的无功需求量较小，造成电网无功过剩，导致配电网供电电压水平越过上限。
进一步的，小水电长期上网，电网电压偏高，造成以下后果：使供电设备和用电设备的绝缘加速老化，设备的使用寿命缩短；电压波形畸变，加大电网的高次谐波，严重时导致过电压，危及网络和设备安全；增加变压器和电动机的空载损耗，从而使网络的功率和电能损耗均增加；迫使部分无功补偿装置退出运行，降低无功补偿效益，导致网络线损增加；影响用户的正常生产和产品质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统及方法，从而克服小水电长期上网，小负荷状况下电网的无功需求量较小，造成电网无功过剩，导致配电网供电电压水平越过上限的缺陷。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统，包括：
测量模块，用于获取小水电配电网与负荷波动时配电网线路的电压数据和电流数据计算无功电流变化量；
导纳模块，用于根据所述无功电流变化量计算导纳变化值；
导纳补偿模块，用于将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取所述导纳变化值与给定导纳值的差值作为补偿导纳值；
查表模块，用于根据所述补偿导纳值计算获取晶闸管触发角，根据所述晶闸管触发角获取触发角；
触发生成模块，用于根据所述触发角得到触发脉冲信号；及
TCT无功补偿装置，用于根据所述触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿。
优选的，上述技术方案中，所述导纳模块根据所述无功电流变化量利用瞬时无功功率理论与C.P.Steinmetz平衡化原理计算出导纳变化值。
优选的，上述技术方案中，所述查表模块根据所述补偿导纳值利用有理差值法计算获取晶闸管触发角。
优选的，上述技术方案中，所述闭环反馈控制为基于PI的电压反馈闭环控制。
为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法，包括：
1)获取小水电配电网与负荷波动时配电网线路的电压数据和电流数据计算无功电流变化量；
2)根据所述无功电流变化量计算导纳变化值；
3)将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取所述导纳变化值与给定导纳值的差值作为补偿导纳值；
4)根据所述补偿导纳值计算获取晶闸管触发角，根据所述晶闸管触发角获取触发角；
5)根据所述触发角得到触发脉冲信号；
6)通过TCT无功补偿装置根据所述触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明中的电压控制系统及方法，采用TCT作为小水电配电网电压控制的无功补偿装置，能够准确获取小负荷状况下电网的无功补偿量，快速对配电网进行无功补偿，维持线路电压为设定值，提高配电网供电电压的合格率。
2.本发明利用有理插值法计算出晶闸管触发角，能够提高触发角的计算精度。
3.TCT二次侧电压较低，避免了高压网络中晶闸管串联分压问题，减小了晶闸管阀的主电路和门极电路的绝缘成本和安装维护的工作量。
附图说明
图1是根据本发明基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统的结构图。
图2是根据本发明基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，该实施例中的基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统，包括：
测量模块1，用于获取实时的线路电压电流信号,准确计算小水电并入电网的功率，当小水电配电网与负荷波动时，能够截取此时的配电网线路的电压数据和电流数据计算无功电流变化量。
导纳模块2，用于根据无功电流变化量利用瞬时无功功率理论与C.P.Steinmetz平衡化原理计算出导纳变化值。
导纳补偿模块3，用于将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取导纳变化值与给定导纳值的差值作为补偿导纳值BTCT；即补偿导纳值BTCT为TCT无功补偿装置需要补偿的导纳值，采用前馈反馈综合控制，前馈控制可以做到立即响应，提高系统的快速性，减小超调量；进一步的，闭环反馈控制优选采用基于PI的电压反馈闭环控制，可以消除静差，提高系统的稳定性。
查表模块4，用于根据补偿导纳值BTCT利用有理差值法计算获取晶闸管触发角，根据晶闸管触发角获取触发角α，获取方式为：根据晶闸管触发角与TCT二次绕组输出的等效导纳值B(α)之间的关系表达式计算得到有限个触发角α，而对于晶闸管触发角，通过与对应的B(α)，利用有理插值法计算出晶闸管导通角。
触发生成模块5，用于将触发角α输入到触发脉冲生成环节，得到TCT无功补偿装置需要的触发脉冲信号。
TCT无功补偿装置6，用于根据触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿，具体的，TCT接收到触发脉冲信号，等效导纳值发生变化，从而改变了TCT提供的无功功率，实现对无功功率的快速补偿，维持线路电压为设定值。
其中，晶闸管控制变压器式可控电抗器(Thyristor Controlled TransformerType)，简称TCT，作为一种SVC装置可以作为新增感性无功补偿设备吸收线路中过剩的感性无功来改善无功功率在对富含小水电配电网中的分布，从而达到电压控制的目的。
如图2所示，该实施例中，还公开了一种基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法，对于富含小水电的配电网，该方法把TCT无功补偿装置安装在配电网母线侧，通过测量模块采集线路电压、电流数据，输入到控制系统，产生TCT需要的触发脉冲信号，改变TCT的等效导纳及其提供的无功功率，使得电网提供的无功功率不变，维持线路电压为设定值，具体的，包括以下步骤：
步骤1，获取小水电配电网与负荷波动时配电网线路的电压数据和电流数据计算无功电流变化量。
步骤2，根据无功电流变化量计算导纳变化值。
步骤3，将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取导纳变化值与给定导纳值的差值作为补偿导纳值。
步骤4，根据补偿导纳值计算获取晶闸管触发角，根据晶闸管触发角获取触发角。
步骤5，根据触发角得到触发脉冲信号。
步骤6，通过TCT无功补偿装置根据触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿；具体的，TCT接收到触发脉冲信号，等效导纳值发生变化，从而改变了TCT提供的无功功率，实现对无功功率的快速补偿，维持线路电压为设定值。
为使本领域技术人员更清楚理解，该实施例引入了一具体应用实例：
小水电在0.3s时并入电网，发出的感性功率为4MVar，可投切负载功率为4MVar在0.5s时退出运行，0.7s时小水电全部从电网中切除。
在配置TCT的情况下，小水电集中上网像系统注入4MVar的无功功率，TCT消耗的无功增加使得系统流动的总无功功率保持不变。然后负荷消耗的无功功率减少4MVar，TCT消耗的无功功率进一步增加。最后，小水电机组退出电网，TCT消耗的无功功率减小。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统，其特征在于，包括：
测量模块，用于获取小水电配电网与负荷波动时配电网线路的电压数据和电流数据计算无功电流变化量；
导纳模块，用于根据所述无功电流变化量计算导纳变化值；
导纳补偿模块，用于将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取所述导纳变化值与给定导纳值的差值作为补偿导纳值；
查表模块，用于根据所述补偿导纳值计算获取晶闸管触发角，根据所述晶闸管触发角获取触发角；
触发生成模块，用于根据所述触发角得到触发脉冲信号；及
TCT无功补偿装置，用于根据所述触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿。
2.根据权利要求1所述的基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统，其特征在于，所述导纳模块根据所述无功电流变化量利用瞬时无功功率理论与C.P.Steinmetz平衡化原理计算出导纳变化值。
3.根据权利要求1所述的基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统，其特征在于，所述查表模块根据所述补偿导纳值利用有理差值法计算获取晶闸管触发角。
4.根据权利要求1所述的基于TCT无功补偿的小水电配电网电压控制系统，其特征在于，所述闭环反馈控制为基于PI的电压反馈闭环控制。
5.一种基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法，其特征在于，包括：
1)获取小水电配电网与负荷波动时配电网线路的电压数据和电流数据计算无功电流变化量；
2)根据所述无功电流变化量计算导纳变化值；
3)将配电网外环的闭环反馈控制的电压外环输出值作为导纳内环的给定导纳值，并获取所述导纳变化值与给定导纳值的差值作为补偿导纳值；
4)根据所述补偿导纳值计算获取晶闸管触发角，根据所述晶闸管触发角获取触发角；
5)根据所述触发角得到触发脉冲信号；
6)通过TCT无功补偿装置根据所述触发脉冲信号为配电网线路进行无功功率补偿。
6.根据权利要求5所述的基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法，其特征在于，根据所述无功电流变化量利用瞬时无功功率理论与C.P.Steinmetz平衡化原理计算出导纳变化值。
7.根据权利要求5所述的基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法，其特征在于，根据所述补偿导纳值利用有理差值法计算获取晶闸管触发角。
8.根据权利要求5所述的基于TCT无功补偿的小水电配电网的电压控制方法，其特征在于，所述闭环反馈控制为基于PI的电压反馈闭环控制。
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郭宝娅等: "基于TCT型SVC的富含小水电配电网电压控制技术研究", 《科技创新导报》 *

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