CN112152230B - 一种电网稳定性约束的svg并网电抗器参数的选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法，根据设备厂商或者现场测试得到的数据，获得系统阻抗、SVG装置谐波发射特性，以及总集电线路等效负荷基波阻抗；根据所得到的SVG装置谐波发射特性判断SVG装置产生的非特征次谐波的次数；获得当SVG并网电抗器阻抗、系统阻抗、总集电线路等效负荷基波阻抗发生串并联谐振时所对应的谐波次数；使得到的谐波次数避开非特征次谐波的次数，避免谐波放大，并以此得到SVG并网电抗器参数的取值要求和电抗器电感值的取值要求。上述方法在选取电抗器参数时综合考虑系统阻抗和电缆线路充电电容，使其避开SVG产生的非特征次谐波，从而避免谐波放大造成过电压。

Description

一种电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法。

背景技术

目前，SVG装置应用于中高压系统和低压系统，在城市轨道交通、光伏发电厂、轧机、提升机等其他重工业负载处均有广泛应用，与传统的以TCR为代表的SVC装置相比，SVG具有调节速度快、体积小、运行范围宽、抗干扰能力强、补偿功能多样化、谐波含量少、输出特性良好等诸多优点，是目前无功补偿领域最先进的补偿装置，对无功功率和谐波都能进行快速高效的补偿，具有广阔的发展前景。SVG装置的主要功能是对系统的无功能够进行快速的补偿，因此在整个SVG系统中，其主电路交流侧连接电抗器的参数设计至关重要，其取值的大小不仅会影响到控制系统电流内环的动、静态响应特性，还能够限制SVG系统输出功率的等级，设计连接电抗器的参数时，还需要考虑到快速跟踪补偿电流的要求，取值太大时会增加系统设计的容量，增加装置的总体损耗，还会降低跟踪指令电流的速度，导致SVG输出的补偿电流无法跟上参考输入电流的变化；如果电抗取值太小，补偿电流变化太快，容易产生超调，超出参考电流变化区间，而且还会产生毛刺，同时功率开关器件关断、开通时会引起电压波动，并产生大量的高次谐波注入电网，严重影响电网的电能质量。

现有技术中SVG并网电抗器参数确定的方法主要有以下几种：根据工程上的经验公式确定；按SVG补偿的容量选取，一般为标幺值的5％～25％；在考虑内部控制，满足动态电流跟踪和限制电流纹波大小的条件下选取等方法，且在具体应用时要结合仿真波形及试验结果加以调整。但以上方法均未考虑电抗器参数与网架参数匹配，发生串联谐振而导致SVG产生的非特征次谐波放大，在城市轨道交通、光伏发电厂、轧机、提升机等负载间歇性工作的场合，当负载停运，网架参数相匹配时，电缆线路的充电电容可与系统阻抗发生并联谐振，谐振放大后的容性阻抗再与SVG的并网电抗器发生串联谐振，会导致SVG产生的非特征次谐波的谐波电压放大，可能造成母线的谐波过电压，而现有技术并没有相应的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法，该方法在选取电抗器参数时综合考虑系统阻抗和电缆线路充电电容，调节串并联谐振点，使其避开SVG产生的非特征次谐波，从而避免谐波放大造成过电压。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法，所述方法包括：

步骤1、根据设备厂商或者现场测试得到的数据，获得系统阻抗Z_S、SVG装置谐波发射特性，以及总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L；

步骤2、根据所得到的SVG装置谐波发射特性判断SVG装置产生的非特征次谐波的次数h₁；

步骤3、获得当SVG并网电抗器阻抗Z_SVG、系统阻抗Z_S、总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L发生串并联谐振时所对应的谐波次数h；

步骤4、使步骤3得到的谐波次数h避开步骤2得到的非特征次谐波的次数h₁，即满足h<h₁，避免谐波放大，并以此得到SVG并网电抗器参数Z_SVG的取值要求和SVG并网电抗器电感值L_SVG的取值要求。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法在选取电抗器参数时综合考虑系统阻抗和电缆线路充电电容，调节串并联谐振点，使其避开SVG产生的非特征次谐波，从而避免谐波放大造成过电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述SVG并网的谐波分析模型示意图；

图3为本发明实施例所述SVG并网的串并联谐振分析模型示意图；

图4为本发明实施例忽略电阻后的SVG并网串并联谐振分析模型示意图；

图5为本发明实施例忽略电阻后的等效容抗与电抗器的串联谐振分析模型示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、根据设备厂商或者现场测试得到的数据，获得系统阻抗Z_S、SVG装置谐波发射特性，以及总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L；

在该步骤中，若不能由设备厂商直接得到，则根据现场测试得到的系统h₁次三相谐波阻抗

计算得系统阻抗Z_S，具体表示为：

其中，h₁为SVG装置产生的非特征次谐波的次数；

总集电线路等效负荷电阻R_L表示为：

其中，U_N为电网的电压等级，单位：kV；P为负载停运时总集电线路的三相基波有功功率，单位：MW；

总集电线路等效负荷容抗X_L表示为：

其中，Q为总集电线路的三相总容性基波无功功率，单位：Mvar；

则总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L表示为：

Z_L＝R_L-jX_L；

j为虚数单位。

步骤2、根据所得到的SVG装置谐波发射特性判断SVG装置产生的非特征次谐波的次数h₁；

步骤3、获得当SVG并网电抗器阻抗Z_SVG、系统阻抗Z_S、总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L发生串并联谐振时所对应的谐波次数h；

在该步骤中，由于SVG装置为电压源变流器，研究潮流时将其等效为一个谐波电压源，如图2所示为本发明实施例所述SVG并网的谐波分析模型示意图，各线路等效h次谐波阻抗分别表示为：

系统h次谐波阻抗表示为Z_S,h＝Z_S×h；

总集电线路h次谐波电阻

h次谐波容抗X_L,h＝X_L/h，则总集电线路h次谐波阻抗表示为：Z_L,h＝R_L,h-jX_L,h；

SVG并网电抗器h次谐波阻抗表示为：Z_SVG,h＝Z_SVG×h；

如图3所示为本发明实施例所述SVG并网的串并联谐振分析模型示意图，当系统h次谐波阻抗Z_S,h与总集电线路h次谐波阻抗Z_L,h发生并联谐振时，由于总集电线路电阻分量与容抗分量并联，并联结果接近容抗分量，可以将图中的R_L,h忽略，则：

Z_L,h＝-jX_L,h＝-jX_L/h；

如图4所示为本发明实施例忽略电阻后的SVG并网串并联谐振分析模型示意图，并联后的等效容抗Z_equ,h再与SVG并网电抗器h次谐波阻抗Z_SVG发生串联谐振，如图5所示为本发明实施例忽略电阻后的等效容抗与电抗器的串联谐振分析模型示意图，串联谐振会导致谐振点对应的h次谐波电压放大，则满足：

Z_S,h||Z_L,h+Z_SVG,h＝0

化简得到：

进而获得串并联谐振时所对应的谐波次数h表示为：

步骤4、使步骤3得到的谐波次数h避开步骤2得到的非特征次谐波的次数h₁，即满足h<h₁，避免谐波放大，并以此得到SVG并网电抗器参数Z_SVG的取值要求和SVG并网电抗器电感值L_SVG的取值要求。

需要满足：

化简得到SVG并网电抗器参数Z_SVG的取值要求为：

结合Z_SVG＝jX_SVG＝j2πfL_SVG，其中f为电网频率，一般为50Hz，则求出SVG并网电抗器电感值L_SVG的取值要求为：

下面在以具体实例对上述方法的过程进行详细说明，本实例以某光伏发电站为例，SVG装置接入35kV系统，通过现场测试可以得到：SVG装置的谐波发射特性，并判断其产生的非特征次谐波为50次左右；35kV总进线的50次三相谐波阻抗为210Ω；光伏发电站停运时总集电线路测量得到的三相基波有功功率为0.43MW，三相总容性基波无功功率为0.16Mvar。

根据SVG装置的谐波发射特性，判断SVG产生的非特征次谐波次数h₁＝50。

根据35kV总进线的50次三相谐波阻抗为210Ω，系统阻抗Z_S为：

当线路空载时，负载阻抗可忽略不计。

总集电线路等效负荷电阻R_L为：

总集电线路等效负荷容抗X_L为：

则总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L为：Z_L＝R_L-jX_L＝(2848.8-j7656.25)Ω

进一步的，各线路等效h次谐波阻抗分别表示为：

系统h次谐波阻抗Z_S,h＝Z_S×h＝(j4.2×h)Ω；

总集电线路h次谐波电阻

h次谐波容抗X_L,h＝X_L/h＝(7656.25/h)Ω，h次谐波阻抗Z_L,h＝R_L,h-jX_L,h；

SVG并网电抗器h次谐波阻抗Z_SVG,h＝Z_SVG×h＝(j8.165×h)Ω。

当系统h次谐波阻抗Z_S,h与总集电线路h次谐波阻抗Z_L,h发生并联谐振时，由于总集电线路电阻分量与容抗分量并联，并联结果接近容抗分量，可以将R_L,h忽略，即Z_L,h＝-jX_L,h＝-jX_L/h＝-j(7656.25/h)Ω。二者并联后的等效容抗Z_equ,h与SVG并网电抗器h次谐波阻抗Z_SVG,h发生串联谐振，即满足：

Z_equ,h+Z_SVG,h＝0

Z_S,h||Z_L,h+Z_SVG,h＝0

化简可得：

带入数值并求得串并联谐振时所对应的谐波次数h为：

使串并联谐振时所对应的谐波次数h避开SVG产生的非特征次谐波次数h₁＝50，即满足h<h₁＝50，化简可得SVG并网电抗器参数Z_SVG取值要求为：

再结合Z_SVG＝jX_SVG＝j2πfL_SVG，可以求出SVG并网电抗器电感值L_SVG的取值要求为：

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述方法在选取电抗器参数时综合考虑系统阻抗和电缆线路充电电容，调节串并联谐振点，使其避开SVG产生的非特征次谐波，从而避免谐波放大造成过电压。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、根据设备厂商或者现场测试得到的数据，获得系统阻抗Z_S、SVG装置谐波发射特性，以及总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L；

步骤2、根据所得到的SVG装置谐波发射特性判断SVG装置产生的非特征次谐波的次数h₁；

步骤3、获得当SVG并网电抗器阻抗Z_SVG、系统阻抗Z_S、总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L发生串并联谐振时所对应的谐波次数h；其中，所述谐波次数h的获取过程具体为：

首先，系统h次谐波阻抗表示为Z_S,h＝Z_S×h；

总集电线路h次谐波电阻

h次谐波容抗X_L,h＝X_L/h，则总集电线路h次谐波阻抗表示为：Z_L,h＝R_L,h-jX_L,h；

SVG并网电抗器h次谐波阻抗表示为：Z_SVG,h＝Z_SVG×h；

当系统h次谐波阻抗Z_S,h与总集电线路h次谐波阻抗Z_L,h发生并联谐振时，由于总集电线路电阻分量与容抗分量并联，并联结果接近容抗分量，则Z_L,h＝-jX_L,h＝-jX_L/h；

并联后的等效容抗Z_equ,h再与SVG并网电抗器h次谐波阻抗Z_SVG发生串联谐振，串联谐振会导致谐振点对应的h次谐波电压放大，则满足：

Z_S,h||Z_L,h+Z_SVG,h＝0

化简得到：

进而获得串并联谐振时所对应的谐波次数h表示为：

步骤4、使步骤3得到的谐波次数h避开步骤2得到的非特征次谐波的次数h₁，即满足h＜h₁，避免谐波放大，并以此得到SVG并网电抗器参数Z_SVG的取值要求和SVG并网电抗器电感值L_SVG的取值要求。

2.根据权利要求1所述电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法，其特征在于，在步骤1中，根据现场测试得到的系统h₁次三相谐波阻抗

计算得系统阻抗Z_S，具体表示为：

其中，h₁为SVG装置产生的非特征次谐波的次数；

总集电线路等效负荷电阻R_L表示为：

其中，U_N为电网的电压等级；P为负载停运时总集电线路的三相基波有功功率；

总集电线路等效负荷容抗X_L表示为：

其中，Q为总集电线路的三相总容性基波无功功率；

则总集电线路等效负荷基波阻抗Z_L表示为：

Z_L＝R_L-jX_L；

j为虚数单位。

3.根据权利要求1所述电网稳定性约束的SVG并网电抗器参数的选取方法，其特征在于，在步骤4中，需要满足：

化简得到SVG并网电抗器参数Z_SVG的取值要求为：

结合Z_SVG＝jX_SVG＝j2πfL_SVG，其中f为电网频率，则求出SVG并网电抗器电感值L_SVG的取值要求为：

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