CN112366722A - 一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，包括如下步骤：获取变流器的有功功率输出参考量；所述有功功率输出参考量小于阈值时，对变流器采用第一类误差补偿方法进行补偿；所述有功功率输出参考量大于阈值时，对变流器采用所述第一类误差补偿方法和第二类误差补偿方法进行补偿。本发明按照功率参考值对变流器采用不同的控制补偿方法，使无功补偿变流器输出功率追踪精度得到大幅提升，更好的利用变流器容量，避免能源浪费。

Description

一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法
技术领域
本发明属于变流器控制技术领域，具体涉及一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法。
背景技术
随着人们对能源高效利用和环境友好性的日益关注，基于可再生绿色能源的分布式发电受到越来越多的关注。利用太阳能、风能、水能等可再生能源替代石油、天然气、煤炭等传统能源是可持续发展的重要组成部分，具有重要的经济、生态和社会效益。支持可再生能源的开发利用成为世界各国的重要目标。来自可再生能源的能源通过分布式发电机被输送到电网，并满足当地的负荷，为了更好的利用可再生能源，研究者们提出了微电网的概念。
在现有技术中，并网耦合变流器的控制方案主要分为两大类:电流控制法和功率解耦法。电流控制法容易造成谐波失真增加、破环动态性能和稳定裕度降低。为了获得良好的性能，需要较高的平均开关频率和精心设计的滤波器；传统功率解耦法准确控制的功率范围狭窄，对无功补偿的控制精度较低，无法消除稳态误差。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其能使变流器在更大的范围内输出功率。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，包括如下步骤：
获取变流器的有功功率输出参考量；
所述有功功率输出参考量小于阈值时，对变流器采用第一类误差补偿方法进行补偿；
所述有功功率输出参考量大于阈值时，对变流器采用所述第一类误差补偿方法和第二类误差补偿方法进行补偿。
作为本发明的进一步改进，所述第一类误差补偿方法包括如下步骤：
计算解耦-升压系数；
根据所述解耦-升压系数计算第一无功功率补偿电压幅值；
计算有功功率系数；
根据所述有功功率系数计算第一电压参考值相角；
对所述变流器输入第一补偿电压参考值，所述第一补偿电压参考值等于所述第一无功功率补偿电压幅值与所述第一电压参考值相角的乘积。
作为本发明的进一步改进，根据所述解耦-升压系数计算第一无功功率补偿电压幅值包括如下步骤：
获取变流器的无功功率和变流器的额定并网电压值；
计算变流器的功率基准值；
所述无功功率小于所述功率基准值时，所述第一无功功率补偿电压幅值等于所述额定并网电压值减去所述解耦-升压系数与所述无功功率值乘积的差值；
所述无功功率值小于所述功率基准值时，所述第一无功功率补偿电压幅值等于所述解耦- 升压系数与所述无功功率值乘积减去所述额定并网电压值的差值。
作为本发明的进一步改进，计算解耦-升压系数包括如下步骤：
计算变流器输出电压范围和容性能源变流器输出无功功率补偿范围；
所述解耦-升压系数等于所述变流器输出电压范围与所述容性能源变流器输出无功功率补偿范围的比值。
作为本发明的进一步改进，计算有功功率系数包括如下步骤：
计算变流器输出电压范围和容性能源变流器输出有功功率输出范围；
所述有功功率系数等于所述变流器输出电压范围与所述容性能源变流器输出有功功率输出范围的比值。
作为本发明的进一步改进，根据所述有功功率系数计算第一电压参考值相角包括如下步骤：
获取变流器的有功功率；
所述第一电压参考值相角等于所述有功功率系数与有功功率的乘积。
作为本发明的进一步改进，所述第二类误差补偿方法包括如下步骤：
在同一所述无功功率下，计算变流器的输出相角和输出电压，和计算在所述无功功率小于所述功率基准值时的所述第一参考值相角；或在同一变流器的有功功率下，计算所述输出相角和所述输出电压，和计算在所述无功功率小于所述功率基准值时的所述第一参考值相角；
根据所述输出相角和所述第一参考值相角计算得到补偿相角；
根据所述输出电压和所述补偿相角计算得到补偿电压幅值；
根据所述补偿电压幅值计算第二无功功率补偿电压幅值，根据所述补偿相角计算第二电压参考值相角；
对所述变流器输入第二补偿电压参考值，所述第二补偿电压等于所述第二无功功率补偿电压幅值和所述第二电压参考值相角的乘积。
作为本发明的进一步改进，根据所述输出相角和所述第一参考值相角计算得到补偿相角包括如下步骤；
获取每一个所述有功功率/所述无功功率对应的所述输出相角和所述第一参考值相角，所述补偿相角等于所述输出相角与所述第一参考值相角的差值。
作为本发明的进一步改进，根据所述输出相角和所述第一参考值相角计算得到补偿相角包括如下步骤；
对有功功率曲线/无功功率曲线进行线性化，计算所述输出相角与所述第一参考值相角的相角差值变化差，并根据所述相角差值变化差计算所述补偿相角。
作为本发明的进一步改进，所述阈值为传统功率解耦算法控制下的有功功率输出最大值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：按照功率参考值对变流器采用不同的控制补偿方法，使无功补偿变流器输出功率追踪精度得到大幅提升，更好的利用变流器容量，避免能源浪费。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为实施例一所述一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法的流程图；
图2为实施例一中无功补偿变流器的无功-电压幅值特性图；
图3为实施例一中无功补偿变流器的有功-电压幅值特性图；
图4为实施例一所述第二类误差补偿方法控制框图；
图5为实施例一无功功率和有功功率曲线图；
图6为实施例一另一无功功率和有功功率曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明提供了一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，如图1所示，,包括如下步骤：
S01、获取变流器的有功功率输出参考量；
S02、有功功率输出参考量小于传统功率解耦算法控制下的有功功率输出最大值时，对变流器采用第一类误差补偿方法进行补偿；
S03、有功功率输出参考量大于传统功率解耦算法控制下的有功功率输出最大值时，对变流器采用第一类误差补偿方法或第二类误差补偿方法进行补偿。
在上述实施例中，第一类误差补偿方法包括如下步骤：
S11、计算解耦-升压系数n；
S12、根据所述解耦-升压系数n计算第一无功功率补偿电压幅值E1；
S13、计算有功功率系数m；
S14、根据所述有功功率系数m计算第一电压参考值相角δ1；
S15、对变流器输入补偿电压参考值Vref1＝δ1*E1。
在上述实施例中，步骤S12包括如下步骤：
S121、获取变流器的无功功率Q和变流器的额定并网电压值E*；
S122、计算变流器的功率基准值Sbase；
S123、无功功率Q小于所述功率基准值Sbase时，第一无功功率补偿电压幅值E1等于额定并网电压值E*减去解耦-升压系数n与无功功率Q乘积的差值；
S124、无功功率值Q小于功率基准值Sbase时，第一无功功率补偿电压幅值E1等于解耦- 升压系数n与无功功率Q乘积减去额定并网电压值E*的差值。
即第一类误差补偿方法变流器的第一补偿电压参考值E1按照以下公式进行计算：
Figure RE-GDA0002882005010000041
在上述实施例中，如图2所示，步骤S11包括如下步骤：
S111、计算变流器输出电压范围ΔEmax和容性能源变流器输出无功功率补偿范围
Figure RE-GDA0002882005010000051
S112、解耦-升压系数n等于变流器输出电压范围ΔEmax与容性能源变流器输出无功功率补偿范围
Figure RE-GDA0002882005010000052
的比值，即：
Figure RE-GDA0002882005010000053
具体的，变流器输出电压范围ΔEmax是O-Emax，因此可得：
Figure RE-GDA0002882005010000054
式中，Emax是电压幅值的极值，VDC是变流器的直流电压；
当变流器输出电压达到最大值时，无功补偿范围可由下式获得：
Figure RE-GDA0002882005010000055
Figure RE-GDA0002882005010000056
通过上述公式，无功补偿范围Qrange可表示为：
Figure RE-GDA0002882005010000057
这样，解耦-升压系数n可按下式算出：
Figure RE-GDA0002882005010000058
根据功率基准值Sbase的定义，可得：
Figure RE-GDA0002882005010000059
式中，Vs是变流器的并网电压，XC是变流器的耦合阻抗。
在上述实施例中，如图3所示，步骤S13包括如下步骤：
S131、计算变流器输出电压范围ΔEmax和容性能源变流器输出有功功率输出范围Prange，
Figure RE-GDA0002882005010000061
Prange＝Pmax-Pmin (10)
Pmin＝0 (11)
Figure RE-GDA0002882005010000062
Figure RE-GDA0002882005010000063
S132、有功功率系数m等于所述变流器输出电压范围ΔEmax与容性能源变流器输出有功率停机范围Prange的比值，最终，有功功率系数m计算公式可以写为：
Figure RE-GDA0002882005010000064
根据功率基准值Sbase的定义，有功功率系数m可以由下列公式确定：
Figure RE-GDA0002882005010000065
在上述实施例中，步骤S14包括如下步骤：
S141、获取变流器的有功功率P；
S142、第一电压参考值相角δ1等于有功功率系数m与有功功率P的乘积，即δ1＝mP。
进一步的，如图4所示，在进行第一类误差补偿方法进行补偿后，再进行第二类补偿方法进行补偿，第二类误差补偿方法包括如下步骤：
S21、在同一所述无功功率Q下，计算变流器的输出相角δ，和计算在无功功率Q小于功率基准值Sbase时的第一参考值相角δ1；或在同一变流器的有功功率P下，计算输出相角δ，和计算在无功功率Q小于功率基准值Sbase时的第一参考值相角δ；
S22、根据输出相角δ和第一参考值相角δ1计算得到补偿相角Δδ；
S23、根据输出电压E和补偿相角Δδ计算得到补偿电压幅值ΔE；
S24、根据补偿电压幅值ΔE计算第二无功功率补偿电压幅值E2，根据补偿相角δ计算第二电压参考值相角Δδ；
S25、对变流器输入第二补偿电压参考值Vref2，第二补偿电压参考值Vref2等于第二无功功率补偿电压幅值E2和第二电压参考值相角Δδ的乘积。
如图5所示，给出了有功功率和无功率的参考，根据下垂函数可以得到第一电压参考值相角δ1，从下垂函数可以得到第一无功功率补偿电压幅值E1，如图所示。根据δ1和E1，根据初始潮流方程得到第1点和第1*点。然而，当有功功率超出常规下垂方法的控制范围时，得到了较大的Perror1和Qerror2。采用误差检测耦合升压方法，将δ2移至δs+Δδ(Δδ＜0)，因此点 2和2*是变流器在此时间周期的下一个操作点。对比2和1，有功功率追踪误差明显降低。同时，如图6所示，无功功率也会受相位角变化的影响。这意味着当容性补偿变流器在线性区域外工作时，有功功率和无功率的解耦不适合于所提出的方法。
如图6所示，为了减少无功误差Qerror2，E2调整为E1+^E。在此算例中，变流器工作在工作点3和3*。对于操作点2，操作点3具有相同的相位角，但是电压幅值进行了改变。这样，无功追踪误差Qerror3就会减小。显而易见的是，当无功追踪误差减小的时候，有功追踪误差也会明显减小。根据图5以及图6，有功及无功追踪误差都出现了减小。
由此可得，根据第二类误差补偿方法得到的第二无功功率补偿电压幅值E1＝E*-nQ+ΔE，第二电压参考值相角δ2-mP+Δδ，最终，第二补偿电压Vref2＝δ2*E2。
在上述实施例中，步骤S22包括如下步骤：
S2201、获取每一个有功功率P/所述无功功率Q对应的输出相角δ和第一参考值相角δ1，补偿相角Δδ等于输出相角与第一参考值相角δ1的差值；
具体的，步骤S2201为查表法，查表法是事先计算出在可接受精确度内δ每一点与sinδ的差值，该差值即为误差补偿相位Δδ；计算出可接受精度内cosδ每一点与1的差值，误差补偿相位Δδ与E的积即为补偿电压幅值ΔE。将所有差值编制成表存入控制器的存储器中，需要时根据给定δ进行查询。该方法的优点是节约计算资源，缺点是占用控制器内存较多，且计算精确值与占用内存值成正比。
在上述实施例中，步骤S22也可以包括如下步骤：
S2202、对有功功率曲线/无功功率曲线进行线性化，计算所述输出相角与所述第一参考值相角的相角差值变化差，并根据所述相角差值变化差计算所述补偿相角，。
具体的，步骤S2202为假设近似法。该方法将线性化后相位角的值与实际值的差D变化假设为线性变化，这样，在δ达到极值，即
Figure RE-GDA0002882005010000081
时，线性化相位角值与实际值的差Dmax可由下式表达：
Dmax＝π-1 (16)
如上所述，假定D的变化是线性的，那么每个δ对应的D8可由下式表达：
Figure RE-GDA0002882005010000082
则误差补偿相位Δδ可通过下式得出：
Figure RE-GDA0002882005010000083
根据图5可知，将Δδ左移
Figure RE-GDA0002882005010000084
个相位即为误差补偿幅值ΔV，即：
Figure RE-GDA0002882005010000085
综上所述，通过本发明的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，能达到以下有益效果：
1、按照功率参考值对变流器采用不同的控制补偿方法，使无功补偿变流器输出功率追踪精度得到大幅提升，更好的利用变流器容量，避免能源浪费，且可以有效提升含有无功补偿变流器的主动配电网的电能质量，提高主动配电网的潮流调节能力。
2、可降低对新能源电压的需求，促进新能源渗透率的提升。
3、帮助无功补偿变流器实现精确、快速无功补偿效果，降低新能源发电工程建设成本，避免由于功率因素过低带来的罚款。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取变流器的有功功率输出参考量；
所述有功功率输出参考量小于阈值时，对变流器采用第一类误差补偿方法进行补偿；
所述有功功率输出参考量大于阈值时，对变流器采用所述第一类误差补偿方法和第二类误差补偿方法进行补偿。
2.根据权利要求1所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，所述第一类误差补偿方法包括如下步骤：
计算解耦-升压系数；
根据所述解耦-升压系数计算第一无功功率补偿电压幅值；
计算有功功率系数；
根据所述有功功率系数计算第一电压参考值相角；
对所述变流器输入第一补偿电压参考值，所述第一补偿电压参考值等于所述第一无功功率补偿电压幅值与所述第一电压参考值相角的乘积。
3.根据权利要求2所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，根据所述解耦-升压系数计算第一无功功率补偿电压幅值包括如下步骤：
获取变流器的无功功率和变流器的额定并网电压值；
计算变流器的功率基准值；
所述无功功率小于所述功率基准值时，所述第一无功功率补偿电压幅值等于所述额定并网电压值减去所述解耦-升压系数与所述无功功率值乘积的差值；
所述无功功率值小于所述功率基准值时，所述第一无功功率补偿电压幅值等于所述解耦-升压系数与所述无功功率值乘积减去所述额定并网电压值的差值。
4.根据权利要求2所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，计算解耦-升压系数包括如下步骤：
计算变流器输出电压范围和容性能源变流器输出无功功率补偿范围；
所述解耦-升压系数等于所述变流器输出电压范围与所述容性能源变流器输出无功功率补偿范围的比值。
5.根据权利要求2所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，计算有功功率系数包括如下步骤：
计算变流器输出电压范围和容性能源变流器输出有功功率输出范围；
所述有功功率系数等于所述变流器输出电压范围与所述容性能源变流器输出有功功率输出范围的比值。
6.根据权利要求5所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，根据所述有功功率系数计算第一电压参考值相角包括如下步骤：
获取变流器的有功功率；
所述第一电压参考值相角等于所述有功功率系数与有功功率的乘积。
7.根据权利要求3所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，所述第二类误差补偿方法包括如下步骤：
在同一所述无功功率下，计算变流器的输出相角和输出电压，和计算在所述无功功率小于所述功率基准值时的所述第一参考值相角；或在同一变流器的有功功率下，计算所述输出相角和所述输出电压，和计算在所述无功功率小于所述功率基准值时的所述第一参考值相角；
根据所述输出相角和所述第一参考值相角计算得到补偿相角；
根据所述输出电压和所述补偿相角计算得到补偿电压幅值；
根据所述补偿电压幅值计算第二无功功率补偿电压幅值，根据所述补偿相角计算第二电压参考值相角；
对所述变流器输入第二补偿电压参考值，所述第二补偿电压等于所述第二无功功率补偿电压幅值和所述第二电压参考值相角的乘积。
8.根据权利要求7所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，根据所述输出相角和所述第一参考值相角计算得到补偿相角包括如下步骤；
获取每一个所述有功功率/所述无功功率对应的所述输出相角和所述第一参考值相角，所述补偿相角等于所述输出相角与所述第一参考值相角的差值。
9.根据权利要求7所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，根据所述输出相角和所述第一参考值相角计算得到补偿相角包括如下步骤；
对有功功率曲线/无功功率曲线进行线性化，计算所述输出相角与所述第一参考值相角的相角差值变化差，并根据所述相角差值变化差计算所述补偿相角。
10.根据权利要求1所述的无功补偿变流器输出功率追踪精度提升方法，其特征在于，所述阈值为传统功率解耦算法控制下的有功功率输出最大值。
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