CN202737475U - 一种配电网的功率补偿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种配电网的功率补偿系统，包括：电流采样电路、模数转换器、数字信号处理器、谐波补偿电路、无功补偿触发电路以及无功补偿电路；其中，所述电流采样电路连接所述模数转换器；所述模数转换器连接所述数字信号处理器；所述数字信号处理器连接所述谐波补偿电路和所述无功补偿触发电路；所述无功补偿触发电路、所述谐波补偿电路的一端分别连接所述无功补偿电路；所述谐波补偿电路的另一端连接配电网系统侧。使用本实用新型，可以提高配电网的稳定性和可靠性。

Description

一种配电网的功率补偿系统

技术领域

本实用新型涉及电力配电网安全控制领域，特别是涉及一种配电网的功率补偿系统。

背景技术

当下电力系统配电网面临的主要问题是如何为用户提供安全、可靠、优质、经济的电能。随着现代工业技术的发展，电力电子装置日益广泛应用于电力系统，无功不足和谐波的危害日益突出。因此无功补偿和谐波抑制就为实现上诉目标而显得尤为重要。传统的电力系统中，的无功补偿和谐波补偿两种设备各自独立运行，无功补偿和谐波补偿之间无相互通信和数据融合。其缺点显著，如：动态无功补偿器投切电容器带来的冲击电流对有源电力滤波器带来的冲击；动态无功补偿器响应慢，有源电力滤波器响应快。

因此，需将无功补偿和谐波补偿综合起来使用，但是目前的方法中，是将两者简单并联运行，动态无功补偿器出现频繁投切电容器等情况，这样系统容易出现振荡，表现为有源电力滤波器突然出现过流，稳定性不高；另外容易缩短设备寿命，重者导致配电台区中其他设备出现灾难性后果，可靠性不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种配电网的功率补偿系统，可以提高配电网的稳定性和可靠性。

为达到上述目的采用的技术方案是：

一种配电网的功率补偿系统，包括：电流采样电路、模数转换器、数字信号处理器、谐波补偿电路、无功补偿触发电路以及无功补偿电路；

其中，所述电流采样电路连接所述模数转换器；所述模数转换器连接所述数字信号处理器；所述数字信号处理器连接所述谐波补偿电路和所述无功补偿触发电路；所述无功补偿触发电路、所述谐波补偿电路的一端分别连接所述无功补偿电路；所述谐波补偿电路的另一端连接配电网系统侧。

本实用新型通过电流采样电路采样配电网三相负载电流，经模数转换器转换后，数字信号处理器利用无功理论计算出需补偿的无功电流，以及根据三相负载电流计算谐波补偿指令电流和无功补偿指令电流；谐波补偿电路根据谐波补偿指令电流进行谐波补偿；无功补偿电路进行无功补偿前，还需考虑无功补偿指令电流的变化率是否满足预设的值，若满足才投入电容器组进行无功补偿，这样使得系统稳定性好、可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型的一个结构示意图；

图2为本实用新型的一个应用示意图。

具体实施方式

为便于理解本实用新型，下面结合附图进行阐述。

本实用新型提出了一种配电网的功率补偿系统，参考图1，包括：电流采样电路201、模数转换器202、数字信号处理器203、谐波补偿电路204、无功补偿触发电路205以及无功补偿电路206；

其中，电流采样电路201连接模数转换器202；模数转换器202连接数字信号处理器203；数字信号处理器203连接谐波补偿电路204和无功补偿触发电路205；无功补偿触发电路205、谐波补偿电路204的一端分别连接无功补偿电路206；谐波补偿电路204的另一端连接配电网系统侧。

本实用新型的工作原理是：

一、采样配电网的三相负载电流；

采样配电网的三相负载电流，得到三相电流分别为i_a、i_b以及i_c。

二、将配电网的三相负载电流，由模拟信号转换成数字信号；

三、根据数字转换后的三相负载电流，计算谐波补偿指令电流；

具体计算方法可按一般的计算方法进行，此处不再赘述具体计算过程。

四、根据数字转换后的三相负载电流，计算需补偿的无功电流以及无功补偿指令电流；

A、根据数字转换后的三相负载电流，计算需补偿的无功电流，可按照瞬时无功理论计算得到，此处不再赘述具体计算过程；

B、根据数字转换后的三相负载电流，计算无功补偿指令电流时，可按照如下方式进行：

利用如下公式计算得到瞬时无功功率；

$\left[\begin{array}{c}{i}_p\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\ωt}& -\cos \mathrm{\ωt}\\ -\cos \mathrm{\ωt}& -\sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right]\·\frac{1}{\sqrt{3}}\·\sqrt{\frac{2}{3}}\·\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

其中，i_q为瞬时无功功率；i_p为瞬时有功功率；i_a、i_b和i_c为三相负载电流；i_q为瞬时无功功率包括基波无功功率和谐波无功功率；因此需对瞬时无功功率进行谐波滤波处理，可使用低通滤波器来实现，经过低通滤波之后即可得到基波无功电流；具体的，低通滤波的处理方式为：使用以下等式进行处理y(n+1)=(1-f)y(n)+x(n)f；

其中，y(n+1)为低通滤波器当前输出，即，当前基波无功电流值；y(n)为低通滤波器上一个采样点对应的基波无功电流值；x(n)为当前的瞬时无功功率i_q，f为截止频率的特征值。可选取截止频率为2Hz，即权截止频率f＝0.001。当系统电压一定时，

代表负载的无功电流有效值，该负载的无功电流有效值即为所求的无功补偿指令电流。

五、根据谐波补偿指令电流对配电网进行谐波补偿；

谐波补偿方式可按常用的谐波补偿方式，此处不再赘述。

六、根据无功补偿指令电流进行无功补偿。

（1）求取无功补偿指令电流的变化率dI_Lq/dt；

（2）比较无功补偿指令电流的变化率与预设的值的大小；

（3）当无功补偿指令电流的变化率大于预设的值时，不进行无功补偿；

（4）当无功补偿指令电流的变化率小于预设的值时，根据需补偿的无功电流和无功补偿指令电流进行无功补偿。为方便理解，下面以一个具体例子来进行说明：假设有3组电容器。3组电容器可以实现的无功补偿容量有8种组合，将补偿的无功电流按从小到大编为I₀、I₁……I₇。

确定无功补偿容量和投切组合的一一映射关系，即I₀、I₁……I₇分别对应投切组合C₀、C₁......C₇。当I_Lq满足I_j<I_Lq<I_j+1，且dI_Lq/dt>Δ时，其中，Δ为预设的值，表示无功负载处于暂态过程中，此时维持电容器组的投切状态不变；

当I_Lq满足I_j<I_Lq<I_j+1，且dI_Lq/dt<Δ时，选择投切组合C_j（j=1、2、…、7）对电容器组的投切状态进行更新。具体更新方式为，通过控制器，投入和切除电容器直至I_Lq趋近为0。

作为本实用新型的一个具体应用例子，请参见图2，电流采样电路201采集配电网负载侧的电流互感器207感应的三相负载电流；采样的电流经过模数转换器202转换后，送给数字信号处理器203处理，具体处理方式包括：

利用瞬时无功理论计算得到谐波补偿指令电流；

利用以下公式计算得到瞬时无功功率；

$\left[\begin{array}{c}{i}_p\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\&omega;t}& -\cos \mathrm{\&omega;t}\\ -\cos \mathrm{\&omega;t}& -\sin \mathrm{\&omega;t}\end{array}\right]\&CenterDot;\frac{1}{\sqrt{3}}\&CenterDot;\sqrt{\frac{2}{3}}\&CenterDot;\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

其中，i_q为瞬时无功功率；i_p为瞬时有功功率；i_a、i_b和i_c为三相负载电流；并对瞬时无功功率进行谐波滤波处理，得到基波无功电流；根据基波无功电流得到无功补偿指令电流。

进行谐波补偿时，谐波补偿电路204根据谐波补偿指令电流向配电网系统侧提供谐波功率补偿；

当触发无功补偿时，无功补偿电路206对需补偿的无功电流进行从小到大的排序；

确定需补偿的无功电流与动态无功补偿器投切组合的一一对应关系；

若I_j<I_Lq<I_j+1，且无功补偿指令电流的变化率小于预设的值时，则投入I_j对应的动态无功补偿器投切组合；其中，I_j为需补偿的无功电流；I_Lq为无功补偿指令电流。

其中，无功补偿电路206包括：控制器302、双向可控硅301以及电容器组303；控制器302连接无功补偿触发电路205；控制器302连接双向可控硅301的控制端；双向可控硅301的另一端连接谐波补偿电路204；双向可控硅301的另一端连接电容器组303的一端；电容器组303的另一端接地。

本实用新型通过电流采样电路采样配电网三相负载电流，经模数转换器转换后，数字信号处理器利用无功理论计算出需补偿的无功电流，以及根据三相负载电流计算谐波补偿指令电流和无功补偿指令电流；谐波补偿电路根据谐波补偿指令电流进行谐波补偿；无功补偿电路进行无功补偿前，还需考虑无功补偿指令电流的变化率是否满足预设的值，若满足才投入电容器组进行无功补偿，这样使得系统稳定性好、可靠性高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种配电网的功率补偿系统，其特征在于，包括：电流采样电路、模数转换器、数字信号处理器、谐波补偿电路、无功补偿触发电路以及无功补偿电路；

其中，所述电流采样电路连接所述模数转换器；所述模数转换器连接所述数字信号处理器；所述数字信号处理器连接所述谐波补偿电路和所述无功补偿触发电路；所述无功补偿触发电路、所述谐波补偿电路的一端分别连接所述无功补偿电路；所述谐波补偿电路的另一端连接配电网系统侧。

2.根据权利要求1所述的配电网的功率补偿系统，其特征在于，

所述无功补偿电路包括控制器、双向可控硅以及电容器组；所述控制器连接所述无功补偿触发电路；所述控制器连接所述双向可控硅的控制端；所述双向可控硅的一端连接所述谐波补偿电路；所述双向可控硅的另一端连接所述电容器组的一端；所述电容器组的另一端接地。

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