CN1414679A - 无功补偿装置的控制方法及装置 - Google Patents

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宋凌锋
刘文华
王仲鸿
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Abstract

本发明公开一种无功补偿装置的控制方法及装置，包括：所需无功运算装置、比例－积分－微分控制装置和无功逆计算装置；所需无功运算的输出与无功逆计算的输入相连；比例－积分－微分控制装置的输出和所述无功逆计算的输出均连接到同一个加法器输入，加法器的输出就是控制量——系统电压与静态无功补偿器STATCOM发出电压的相角差δ；其特征是还包括：单相瞬时无功计算装置，其输出和所需无功运算的输出接到同一比较器的输入端，比较器的输出接到比例－积分－微分控制的输入。由于以单相瞬时无功功率的计算方法来计算每一单相系统的瞬时有功和无功功率，从而实现动态的不对称无功补偿，解决电压、电流的不对称问题，提高了配网电能质量。

Description

无功补偿装置的控制方法及装置
技术领域：
本发明涉及一种无功补偿装置的控制方法及装置。
背景技术：
在电力系统中，为了控制母线电压使之合乎安全、经济运行的要求，经常需要在某些母线上投入无功补偿。以往常用的手段有机械投入的并联电容器，以及调相机等几种。但它们都存在着一些问题，如最常见的并联电容器就有运行不便、在系统电压降低时不能有效地提供无功支持等缺点。而调相机尽管动态性能较好，运行范围也较宽，但是由于包含转动部分，其设备及运行成本都较高。
STATCOM(Static Var Compensator，静态无功补偿器)较好的解决了这些问题。与以上几种设备不同，它不需要庞大且昂贵的无源器件----电容、电感，也不需要旋转电机，其动态响应速度相当快，远远高于传统的电磁器件；其工作范围很宽，容性或感性补偿都很容易实现；它受系统电压变化的影响比较小，可以在系统故障情况下提供有力的无功支持。
传统的无功补偿是通过储能来实现的，如并联电容器产生超前(容性)无功功率，并联电抗器产生滞后(感性)无功功率。然而在STATCOM中并不是这样，直流电容和连接电感不起储能作用，而是通过控制每个桥臂上开关元件的导通角使瞬时无功功率在三相间循环，从而达到改变注入系统无功功率的目的。
在输电系统中，STATCOM通过快速的向系统提供或吸收无功电流，可以维持受端电压，增强系统电压稳定性，提高系统的负荷能力，或支撑输电系统关键节点的电压，提高系统稳定极限和输电线路的运行极限。
图1是一般STATCOM系统整体方案示意图。其中控制部分的任务是要给出系统电压与STATCOM发出电压的相角差δ。
稳态情况下，STATCOM输出的无功功率可近似表示为： Q = 3 V m 2 2 R sin ( 2 δ ) 其中Vm为STATCOM接入点的系统线电压有效值，而R为STATCOM的等效电阻，δ即是系统电压与STATCOM发出电压的相角差。
现阶段，STATCOM的主要用途是无功补偿及稳定电压。在配电网中，电压恒定至关重要，所以一般情况下控制器都为设定为电压控制，原理图如图2、3、4所示。这种控制方式只能够进行对称的无功补偿，而不能进行负载或者电压的不对称补偿。
在配电网中，电压、电流不对称是很常见的现象，为了综合治理配网电能质量，必须考虑不对称补偿问题。
发明内容：
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种无功补偿装置的控制方法及装置，实现不对称补偿。
为实现上述目的，本发明提出一种无功补偿装置的控制方法及装置。
所述无功补偿装置的控制方法包括如下步骤：进行所需无功运算，并将其结果作为无功逆计算的输入数据；将比例-积分-微分控制的结果和所述无功逆计算的结果相加，得到控制量——系统电压与静态无功补偿器发出电压的相角差δ；其特征是还包括如下步骤：进行单相瞬时无功计算，并将其结果和所需无功运算的结果相比较后，其输出作为比例-积分-微分控制的输入。
所述无功补偿装置的控制装置包括：所需无功运算装置、比例-积分-微分控制装置和无功逆计算装置；所需无功运算的输出与无功逆计算的输入相连；比例-积分-微分控制装置的输出和所述无功逆计算的输出均连接到同一个加法器输入，加法器的输出就是控制量——系统电压与静态无功补偿器发出电压的相角差δ；其特征是还包括：单相瞬时无功计算装置，其输出和所需无功运算的输出接到同一比较器的输入端，比较器的输出接到比例-积分-微分控制的输入。
由于采用了以上的方案，以单相瞬时无功功率的计算方法来计算每一单相系统的瞬时有功和无功功率，从而实现动态的不对称无功补偿，解决电压、电流的不对称问题，提高了配网电能质量。
附图说明：
图1是STATCOM系统整体方案示意图。
图2是现有控制器的控制原理方框示意图之一。
图3是现有控制器的控制原理方框示意图之二。
图4是现有控制器的控制电路示意图。
图5是本发明不对称补偿的控制原理方框示意图之一。
图6是本发明不对称补偿的控制原理方框示意图之二。
图7是本发明不对称补偿的控制电路示意图。
图8是本发明综合补偿的控制原理方框示意图。
图9是本发明综合补偿的控制电路示意图。
具体实施方式：
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明是采用动态无功补偿的方式，与现有的静态无功补偿不同，为了区分，称之为D-STATCOM(dynamic-STATCOM)。
不对称负荷具有易波动及不稳定的特点，因此D-STATCOM的补偿需要有较快的响应速度和较好的精度，才能跟上负荷的变化，得到良好的补偿效果。D-STATCOM本身具有较好的开环响应特性，但是还需要和适当的算法相配合，才能实现最优补偿。
不对称补偿基于矢量控制的补偿方法，为了便于实现以无功功率为反馈参考量的反馈控制，以单相瞬时无功功率的计算方法来计算每一单相系统的瞬时有功和无功功率。
图5、6、7给出了基于瞬时无功理论的不对称补偿控制算法框图。其中图6、7相当于对图5的细化。
图5所示的控制装置包括所需无功运算装置、比例-积分-微分控制装置和无功逆计算装置；所需无功运算的输出与无功逆计算的输入相连；比例-积分-微分控制装置的输出和所述无功逆计算的输出均连接到同一个加法器输入，加法器的输出就是控制量——系统电压与STATCOM发出电压的相角差δ。为实现不对称补偿，它还包括单相瞬时无功计算装置，其输出和所需无功运算的输出接到同一比较器的输入端，比较器的输出接到比例-积分-微分控制的输入。
其控制方法包括如下步骤：
进行所需无功运算，并将其结果作为无功逆计算的输入数据；
将比例-积分-微分控制的结果和所述无功逆计算的结果相加，得到控制量——系统电压与STATCOM发出电压的相角差δ；
进行单相瞬时无功计算，并将其结果和所需无功运算的结果相比较后，其输出作为比例-积分-微分控制的输入。
而图6所示装置中还包括每样电压电流采样装置，其输出接到单相瞬时无功计算的输入；还包括电压参考信号装置和所需电流给定信号装置，二者接到乘法器的输入端，乘法器的输出接到所需无功运算的输入。图7是以另一种形式对图6进行描述。与图5相比，其控制方法还包括如下步骤：
进行每相电压电流采样，其结果作为单相瞬时无功计算的输入；
将电压参考和所需电流给定相乘，其结果作为所需无功运算的输入。
本发明还可实现不对称补偿和电压补偿相结合的综合补偿。由于本装置的主要目的在于不对称补偿，平衡的电压补偿应该主要由对称补偿装置完成。因此在电压和不对称的综合补偿中，仍将不对称补偿作为主要环节，对于电压补偿，做了以下处理：
将三相电压进行处理，得到三相电压均方根Us，将其和给定电压Uref做差，然后再送入PI环节进行计算，折算成需要补偿的无功功率数值，将其和不对称补偿所要求的无功功率相加，即可得到各相发出无功的参考值qref。图8、9给出了综合补偿的控制框图。其中图9相当于图8的另一种描述方式。
图8所示控制装置还包括电压采样装置，其输出接到电压计算的输入；电压计算装置的输出一路与电流给定信号装置的输出接到同一乘法器的输入端，另一路与电压给定信号装置的输出接到同一比较器，比较器的输出接到比例-积分-微分控制装置；上述乘法器和比例-积分-微分控制装置的输出一同接到加法器，该加法器的输出接到所需无功运算的输入；还包括每相电压电流采样装置，其输出接到单相瞬时无功计算的输入。
电压稳定环节所进行的是三相对称的补偿，它相当于在不对称的输出电流上，叠加了一个对称的电流。因而综合补偿并不会影响不对称补偿的效果。

Claims (6)

1、一种无功补偿装置的控制方法，包括如下步骤：
进行所需无功运算，并将其结果作为无功逆计算的输入数据；
将比例-积分-微分控制的结果和所述无功逆计算的结果相加，得到控制量——系统电压与静态无功补偿器发出电压的相角差(δ)；
其特征是还包括如下步骤：进行单相瞬时无功计算，并将其结果和所需无功运算的结果相比较后，其输出作为比例-积分-微分控制的输入。
2、如权利要求1所述的无功补偿装置的控制方法，其特征是还包括如下步骤：
进行每相电压电流采样，其结果作为单相瞬时无功计算的输入；
将电压参考和所需电流给定相乘，其结果作为所需无功运算的输入。
3、如权利要求1所述的无功补偿装置的控制方法，其特征是还包括如下步骤：
进行电压采样，并将其结果作为电压计算的输入；
将电压计算的输出一路与电流给定相乘，另一路与电压给定相比较后经比例-积分-微分控制处理；
将两路处理的结果相加后结果作为所需无功运算的输入；
进行每相电压电流采样并作为单相瞬时无功计算的输入。
4、一种无功补偿装置的控制装置，包括：所需无功运算装置、比例-积分-微分控制装置和无功逆计算装置；所需无功运算的输出与无功逆计算的输入相连；比例-积分-微分控制装置的输出和所述无功逆计算的输出均连接到同一个加法器输入，加法器的输出就是控制量——系统电压与静态无功补偿器发出电压的相角差(δ)；
其特征是还包括：单相瞬时无功计算装置，其输出和所需无功运算的输出接到同一比较器的输入端，比较器的输出接到比例-积分-微分控制的输入。
5、如权利要求4所述的无功补偿装置的控制装置，其特征是还包括每样电压电流采样装置，其输出接到单相瞬时无功计算的输入；还包括电压参考信号装置和所需电流给定信号装置，二者接到乘法器的输入端，乘法器的输出接到所需无功运算的输入。
6、如权利要求4所述的无功补偿装置的控制装置，其特征是还包括电压采样装置，其输出接到电压计算的输入；
电压计算装置的输出一路与电流给定信号装置的输出接到同一乘法器的输入端，另一路与电压给定信号装置的输出接到同一比较器，比较器的输出接到比例-积分-微分控制装置；
上述乘法器和比例-积分-微分控制装置的输出一同接到加法器，该加法器的输出接到所需无功运算的输入；
还包括每相电压电流采样装置，其输出接到单相瞬时无功计算的输入。
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