CN113193566A - 一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，包括静止同步补偿器和若干多组TSC单元，所述静止同步补偿器用以实现快速无级的无功精调补偿，所述TSC单元用以实现大容量分级的无功粗调补偿；当系统无功需求在n组和n+1组的TSC单元之间时，投切完成n组的TSC单元，再由静止同步补偿器补偿小容量无功，实现无级连续无功补偿。本发明兼备静止同步补偿器的连续调节无功和TSC单元大容量无功补偿的优点，实现低成本大容量无功动态补偿。
Description
技术领域
本发明涉及电力电容补偿装置技术领域，特别涉及一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统。
背景技术
现代电力系统中，电力电子技术发展迅速，使得电力系统中电力电子器件的应用呈现越来越普及的现象。在电力电子设备工作时，均会对电力系统造成谐波污染，功率因数降低等电能质量问题。另外，各种电力整流、换流设备等大量非线性和具有时变特性负荷的广泛应用，造成电力系统中的无功功率和谐波显著增加，严重影响电网电压质量，造成网络损耗的加大，能源浪费严重，电能的生产、传输和利用效率降低，还使电气设备过热，易与系统产生谐振，威胁电气设备的正常运行，给电力用户带来极大的危害。
电网电压与无功密切相关，大量谐波注入电网很大程度的影响电力系统正常运行。为了动态补偿无功功率和谐波，传统方法就是采用晶闸管投切控制的LC调谐滤波器（TSF）。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。但这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想，同时容易造成无功功率过补或欠补。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，用于解决上述技术问题，兼备静止同步补偿器的连续调节无功和TSC单元大容量无功补偿的优点，实现低成本大容量无功动态补偿。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，包括静止同步补偿器和若干多组TSC单元，所述静止同步补偿器用以实现快速无级的无功精调补偿，所述TSC单元用以实现大容量分级的无功粗调补偿；当系统无功需求在n组和n+1组的TSC单元之间时，投切完成n组的TSC单元，再由静止同步补偿器补偿小容量无功，实现无级连续无功补偿；所述静止同步补偿器和若干多组TSC单元构成执行单元，所述静止同步补偿器通过PWM信号由模糊神经网络PI控制器控制，所述模糊神经网络PI控制器与处于最佳时刻的TSC单元构成无功智能控制单元；还包括决策单元，所述决策单元为指令输入端。
当系统所需投切的TSC单元的组数随所需补偿无功功率有效变化的情况下，可实现在最大容性无功电流和最大感性无功电流之间连续可调。
所述TSC单元包括晶闸管、与所述晶闸管反并联的二极管、补偿电容器和与所述补偿电容器并联的泻荷电阻，单个所述TSC单元与电网之间连接有电感。
所述模糊神经网络PI控制器用以接收决策单元通过所述指令输入端输入的无功电流期望值，所述模糊神经网络PI控制器输出的有功、无功电流经转换器变换，在由三角载波调制后输出PWM信号至静止同步补偿器。
静止同步补偿器的直流电流控制方法采用了直流侧电容电压的闭环控制，直流侧电容电压输出形成指令值，并通过所述模糊神经网络PI控制器输出的有功、无功电流经转换器变换，在由三角载波调制后输出PWM信号至静止同步补偿器。
还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器包括第一CPU单元和第二CPU单元，所述第一CPU单元和所述第二CPU单元采用冗余控制。
所述第一CPU单元和所述第二CPU单元通过自动切换电路可实现信号互换；所述第一CPU单元监测所述第二CPU单元的信号信息，若第二CPU单元出现不正常信号，所述第一CPU单元将发出故障信息送至诊断显示器内；第二CPU单元可对第一CPU单元进行监测，若发现第一CPU单元出现不正常信号，所述第二CPU单元获得主控口令，所述第二CPU单元代替所述第一CPU单元实现整个系统控制。
当所述第一CPU单元处于正常状态时，所述第一CPU单元获得主控口令，并实现数据采样、逻辑控制、PWM信号输出和TSC单元投切驱动信号控制。
当所述第一CPU单元处于正常状态时，所述第二CPU单元用以接收信号，并进行控制计算，且不输出信号。
所述数字信号处理器通过光电隔离与IPM模块实现输入或输出。
本发明与现有技术相比具有如下突出优点和效果：本发明兼备静止同步补偿器的连续调节无功和TSC单元大容量无功补偿的优点，实现低成本大容量无功动态补偿，提高电能质量，降低装置成本，提高了经济效益。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的TSC单元原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明提供了一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，包括静止同步补偿器和若干多组TSC单元，其中静止同步补偿器选用较小容量，TSC单元选用大容量；静止同步补偿器用以实现快速无级的无功精调补偿，TSC单元用以实现大容量分级的无功粗调补偿；当系统无功需求在n组和n+1组的TSC单元之间时，投切完成n组的TSC单元，再由静止同步补偿器补偿小容量无功，实现无级连续无功补偿。
本系统能够连续补偿的无功的范围随着其投切的TSC单元组数的不同而形成变化，当系统所需投切的TSC单元的组数随所需补偿无功功率有效变化的情况下，可实现在最大容性无功电流和最大感性无功电流之间连续可调；系统内发出的感性无功功率小于容性无功功率，但是配电网对感性无功的要求补偿容量往往较小，因此其可以符合实际需求。
优选的，本系统优选分为三个层级，分别为执行单元、无功智能控制单元和决策单元；决策单元根据系统实时数据，通过人为判读得出TSC单元的投切数据和静止同步补偿器的控制模式等相关决策信息，并通过指令输入端完成相关指令的输入；模糊神经网络PI控制器与处于最佳时刻的TSC单元构成无功智能控制单元，静止同步补偿器通过PWM信号由模糊神经网络PI控制器控制，模糊神经网络PI控制器用以接收决策单元通过指令输入端输入的无功电流期望值，模糊神经网络PI控制器输出的有功、无功电流经转换器变换，在由三角载波调制后输出PWM信号至静止同步补偿器；静止同步补偿器和若干多组TSC单元构成执行单元，执行单元通过接受无功智能控制单元的控制信号来实现对电网的无功补偿。
本实施例中，结合图1所示，TSC单元包括晶闸管、与所述晶闸管反并联的二极管、补偿电容器和与所述补偿电容器并联的泻荷电阻，单个TSC单元与电网之间连接有电感。
基于上述，当电容电压比电网电压峰值有所降低，二极管将完成充电至峰值电压，因此不会发生两个晶闸管反并联的方式中补偿电容器充电电压下架的现象；由于二极管存在不可控因素，当要切除其中一段电容支路时，会形成一定的时间滞后，最大为一个周波，因此其响应速度比双晶闸管反并联的方式稍慢，但是其成本比双晶闸管反并联的方式成本更低，因此采用上述结构的TSC单元，且在实际工业应用中，该结构能满足补偿的快速性要求，可以保证当晶闸管不工作状态时，补偿电容器两端的电压能动态的跟踪电网的最高电压变化而变化，减少晶闸管导通补偿电容器投入时产生的冲击电流。
本实施例中，静止同步补偿器的直流电流控制方法采用了直流侧电容电压的闭环控制，直流侧电容电压输出形成指令值，并通过模糊神经网络PI控制器输出的有功、无功电流经转换器变换，在由三角载波调制后输出PWM信号至静止同步补偿器。
本实施例中，静止同步补偿器的主电路和控制电路的连接路径主要为两处，分别为驱动电路与主电路的连接处、驱动电路与控制信号的连接处；本实施例中采用IPM模块，数字信号处理器通过光电隔离与IPM模块实现输入或输出，IPM模块将三相全桥逆变电路与驱动电路集成为一体，因此驱动电路与主电路的连接处的电气隔离问题已经由IPM模块自身解决；驱动电路与控制信号的连接处为了实现电气隔离作用，需要将IPM模块的控制信号输入端与数字信号处理器内的PWM信号输出端连接，且IPM模块的故障信号输出端与数字信号处理器内的控制板连接，从而实现对驱动电路和控制电路进行电气隔离作用。
本实施例中还包括数字信号处理器，数字信号处理器包括第一CPU单元和第二CPU单元，第一CPU单元和所述第二CPU单元采用冗余控制；第一CPU单元和所述第二CPU单元通过自动切换电路可实现信号互换；第一CPU单元监测所述第二CPU单元的信号信息，若第二CPU单元出现不正常信号，第一CPU单元将发出故障信息送至诊断显示器内；第二CPU单元可对第一CPU单元进行监测，若发现第一CPU单元出现不正常信号，第二CPU单元获得主控口令，第二CPU单元代替第一CPU单元实现整个系统控制。
基于上述，当第一CPU单元处于正常状态时，第一CPU单元获得主控口令，并实现数据采样、逻辑控制、PWM信号输出和TSC单元投切驱动信号控制。
基于上述，当第一CPU单元处于正常状态时，第二CPU单元用以接收信号，并进行控制计算，且不输出信号。
本发明兼备静止同步补偿器的连续调节无功和TSC单元大容量无功补偿的优点，实现低成本大容量无功动态补偿，提高电能质量，降低装置成本，提高了经济效益。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，包括静止同步补偿器和若干多组TSC单元，其特征在于：所述静止同步补偿器用以实现快速无级的无功精调补偿，所述TSC单元用以实现大容量分级的无功粗调补偿；当系统无功需求在n组和n+1组的TSC单元之间时，投切完成n组的TSC单元，再由静止同步补偿器补偿小容量无功，实现无级连续无功补偿；所述静止同步补偿器和若干多组TSC单元构成执行单元，所述静止同步补偿器通过PWM信号由模糊神经网络PI控制器控制，所述模糊神经网络PI控制器与处于最佳时刻的TSC单元构成无功智能控制单元；还包括决策单元，所述决策单元为指令输入端。
2.根据权利要求1所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：当系统所需投切的TSC单元的组数随所需补偿无功功率有效变化的情况下，可实现在最大容性无功电流和最大感性无功电流之间连续可调。
3.根据权利要求1所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：所述TSC单元包括晶闸管、与所述晶闸管反并联的二极管、补偿电容器和与所述补偿电容器并联的泻荷电阻，单个所述TSC单元与电网之间连接有电感。
4.根据权利要求1所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：所述模糊神经网络PI控制器用以接收决策单元通过所述指令输入端输入的无功电流期望值，所述模糊神经网络PI控制器输出的有功、无功电流经转换器变换，在由三角载波调制后输出PWM信号至静止同步补偿器。
5.根据权利要求4所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：静止同步补偿器的直流电流控制方法采用了直流侧电容电压的闭环控制，直流侧电容电压输出形成指令值，并通过所述模糊神经网络PI控制器输出的有功、无功电流经转换器变换，在由三角载波调制后输出PWM信号至静止同步补偿器。
6.根据权利要求1所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器包括第一CPU单元和第二CPU单元，所述第一CPU单元和所述第二CPU单元采用冗余控制。
7.根据权利要求6所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：所述第一CPU单元和所述第二CPU单元通过自动切换电路可实现信号互换；所述第一CPU单元监测所述第二CPU单元的信号信息，若第二CPU单元出现不正常信号，所述第一CPU单元将发出故障信息送至诊断显示器内；第二CPU单元可对第一CPU单元进行监测，若发现第一CPU单元出现不正常信号，所述第二CPU单元获得主控口令，所述第二CPU单元代替所述第一CPU单元实现整个系统控制。
8.根据权利要求7所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：当所述第一CPU单元处于正常状态时，所述第一CPU单元获得主控口令，并实现数据采样、逻辑控制、PWM信号输出和TSC单元投切驱动信号控制。
9.根据权利要求7所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：当所述第一CPU单元处于正常状态时，所述第二CPU单元用以接收信号，并进行控制计算，且不输出信号。
10.根据权利要求6所述的一种智能集成式混合动态无功补偿控制系统，其特征在于：所述数字信号处理器通过光电隔离与IPM模块实现输入或输出。
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