CN211556870U - 最大无功功率补偿跟踪系统 - Google Patents

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张广宇
杨凯
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陈振轩
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Abstract

本实用新型公开了一种最大无功功率补偿跟踪系统,其中,电网电流检测器的输入端与电网连接,输出端分别连接负荷电流计算器和第二无功电流检测器;输出电流检测器的输入端与输出电流控制器相连,输出端分别连接负荷电流计算器和输出电流控制器;第一无功电流检测器的输入端连接负荷电流计算器,输出端连接输出电流指令合成器;闭环控制器的输入端连接第二无功电流检测器,输出端连接输出电流指令合成器;输出电流控制器的输入端连接输出电流指令合成器和输出电流检测器,输出端经过输出电流检测器连接至电网。通过本实用新型的技术方案,能够减少延时,将稳态补偿效果控制最优,实现了电网侧无功电流动态响应快、稳态精度高的闭环控制。

Description

最大无功功率补偿跟踪系统
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种最大无功功率补偿跟踪系统。
背景技术
随着现代工业技术的发展,用电设备的飞速电力电子化,配电系统中的无功功率特性发生了巨大变化,无功功率的从之前的稳定、缓慢、单感性变得更加具有冲击性、快速性以及容性和感性都有可能大量存。
如图1至图3所示,现有的静止无功发生器(SVG,Static Var Generator)通常使用开环或闭环的补偿方式,对电网的无功功率进行跟踪补偿,单现有的采用开环方式总会给电网的补偿带来一定的误差,无法做到最优的无功电流补偿,而现有的闭环方式,由于控制器算法的限制,虽然保证了稳态精度,但是牺牲了补偿的快速性,无法实现和开环方式一样的低延时跟踪响应。
实用新型内容
针对上述问题中的至少之一,本实用新型提供了一种最大无功功率补偿跟踪系统,通过同时计算电网侧和负荷侧的无功电流大小,将网侧无功电流进行闭环控制后直接与负荷侧无功电流叠加,相当于同时利用了闭环和开环的控制方式,通过计算得到的负荷无功电流进行前置指令补偿,其实时响应速度和开环完全相同,能够最大限度的减少除无功检测算法以外带来的延时,利用计算得到的电网无功电流进行闭环的控制,能够将稳态补偿效果控制最优,能够充分发挥SVG无级输出的补偿特性,将最终的电网无功电流控制在目标值,从而实现了电网侧无功电流动态响应快、稳态精度高的闭环控制。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种最大无功功率补偿跟踪系统,包括:用于探测电网侧电流瞬时值的电网电流检测器;用于获取输出电流控制器输出电流的输出电流检测器;用于通过电网电流和输出电流瞬时值计算负荷电流的负荷电流计算器;用于计算负荷产生无功大小的第一无功电流检测器;用于计算电网无功电流的第二无功电流检测器;用于将两个无功电流检测器的无功电流指令进行合成的输出电流指令合成器、闭环控制器和所述输出电流控制器;所述电网电流检测器的输入端与电网连接,输出端分别连接所述负荷电流计算器和所述第二无功电流检测器;所述输出电流检测器的输入端与所述输出电流控制器相连,输出端分别连接所述负荷电流计算器和所述输出电流控制器;所述第一无功电流检测器的输入端连接所述负荷电流计算器,输出端连接所述输出电流指令合成器;所述闭环控制器的输入端连接所述第二无功电流检测器,输出端连接所述输出电流指令合成器;所述输出电流控制器的输入端连接所述输出电流指令合成器和所述输出电流检测器,输出端经过所述输出电流检测器连接至电网。
在上述技术方案中,优选地,所述输出电流控制器包括SVG输出电流控制器和逆变器。
在上述技术方案中,优选地,所述电网电流检测器和所述输出电流检测器为电流互感器或霍尔电流传感器。
在上述技术方案中,优选地,所述第一无功电流检测器和所述第二无功电流检测器为快速傅里叶变换器或反傅里叶变换器、瞬时无功计算器或基于时域变换的无功计算器。
在上述技术方案中,优选地,所述闭环控制器为PID控制器或重复控制器。
在上述技术方案中,优选地,所述SVG输出电流控制器采用PID输出电流控制方式、重复电流控制方式或滞环电流控制方式,所述逆变器为三电平模块化SVG、两电平SVG或SVG与电容柜组合。
在上述技术方案中,优选地,所述输出电流指令合成器的输出为所述闭环控制器的输出与所述第一无功电流检测器的输出之和。
本实用新型还提出一种最大无功功率补偿跟踪系统,在上述技术方案中任一项所述的最大无功功率补偿跟踪系统的基础上增加负荷电流检测器、删除所述负荷电流计算器;所述负荷电流检测器连接至负荷端以用于检测负荷端电流,输出端连接至所述第一无功电流检测器的输入端以输出电流检测结果;所述电网电流检测器的输入端与电网连接,输出端与所述第二无功电流检测器相连接;所述输出电流检测器的输入端与所述输出电流控制器相连,输出端反馈连接至所述输出电流控制器。
本实用新型还提出一种最大无功功率补偿跟踪系统,在上述技术方案中任一项所述的最大无功功率补偿跟踪系统的基础上增加负荷电流检测器、删除所述输出电流检测器;所述负荷电流检测器连接至负荷端以用于检测负荷端电流,输出端连接至所述第一无功电流检测器以及所述负荷电流计算器;所述负荷电流计算器的输入端分别连接所述电网电流检测器和所述符合电流检测器,输出端连接所述输出电流控制器;所述输出电流控制器的输出端连接至电网。
在上述技术方案中,优选地,所述负荷电流计算器用于通过所述负荷电流检测器的输出值减去所述电网电流检测器的输出值,计算得到静止无功电流。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:通过同时计算电网侧和负荷侧的无功电流大小,将网侧无功电流进行闭环控制后直接与负荷侧无功电流叠加,相当于同时利用了闭环和开环的控制方式,通过计算得到的负荷无功电流进行前置指令补偿,其实时响应速度和开环完全相同,能够最大限度的减少除无功检测算法以外带来的延时,利用计算得到的电网无功电流进行闭环的控制,能够将稳态补偿效果控制最优,能够充分发挥SVG无级输出的补偿特性,将最终的电网无功电流控制在目标值,从而实现了电网侧无功电流动态响应快、稳态精度高的闭环控制。
附图说明
图1为现有技术实施例的静止无功发生器的工作电路示意图;
图2为未采用静止无功发生器补偿的电网电压电流信号示意图;
图3为采用静止无功发生器补偿的电网电压电流信号示意图;
图4为本实用新型实施例一公开的最大无功电流补偿跟踪系统的连接方式示意图;
图5为本实用新型实施例一公开的最大无功电流补偿跟踪系统的实现逻辑示意图;
图6为本实用新型实施例二公开的最大无功电流补偿跟踪系统的连接方式示意图;
图7为本实用新型实施例二公开的最大无功电流补偿跟踪系统的实现逻辑示意图;
图8为本实用新型实施例三公开的最大无功电流补偿跟踪系统的连接方式示意图;
图9为本实用新型实施例三公开的最大无功电流补偿跟踪系统的实现逻辑示意图。
图中,各组件与附图标记之间的对应关系为:
100.电网电流检测器,200.输出电流检测器,300.负荷电流计算器,400.输出电流控制器,401.SVG输出电流控制器,402.逆变器,500.第二无功电流检测器,600.闭环控制器,700.输出电流指令合成器,800.第一无功电流检测器,900.负荷电流检测器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述:
如图1所示为现有的静止无功发生器的工作电路示意图。静止无功发生器可以接在电网与负荷之间,也可以接在负荷最末端,图中Ig表示电网电流,Ip表示有功电流,Is表示静止无功发生器输出电流,IL表示负荷电流,Iq表示负荷电流的无功分量,在理想条件下,Is=Iq,这样在电网侧就只有有功电流Ip
当负荷为容性或者感性负荷时,负荷电流IL中会含有大量的无功电流分量,这些无功电流分量会影响供电质量与供电安全。
当静止无功发生器未开启时,则电网电流与负荷电流完全一致,如图2所示。
当静止无功发生器开启后,静止无功发生器会给电网输出和负载无功相等的无功电流分量,这样在电网侧就只有有功电流了,电网的电流和电网电压相位差为0,如图3所示。
如图1所示的静止无功发生器一般采用开环或闭环方式,当采用开环时,静止无功发生器直接采样负荷的电流,计算得到负荷无功电流,然后让静止无功输出等大的无功电流,这样的补偿速度最快,但是由于采样误差,装置输出电流的误差等因素,导致补偿精度不够高。当采用闭环方式时,静止无功发生器直接采样电网侧电流,计算得到电网侧的无功电流含量,通过PID或重复控制等算法来控制电网侧的无功电流含量为0。但是这种方式,当负荷无功电流如果出现冲击性波动时,PID或重复控制的闭环控制回路带宽有限,存在较大的延时。为了克服上述缺陷,本实用新型提出了一种如图4所示的最大无功电流补偿跟踪系统。
实施例一:
如图4和图5所示,根据本实用新型提供的一种最大无功功率补偿跟踪系统,包括:用于探测电网侧电流瞬时值的电网电流检测器100;用于获取输出电流控制器输出电流的输出电流检测器200;用于通过电网电流和输出电流瞬时值计算负荷电流的负荷电流计算器300;用于计算负荷产生无功大小的第一无功电流检测器800;用于计算电网无功电流的第二无功电流检测器500;用于将两个无功电流检测器的无功电流指令进行合成的输出电流指令合成器700、闭环控制器600和输出电流控制器400;电网电流检测器100的输入端与电网连接,输出端分别连接负荷电流计算器300和第二无功电流检测器500;输出电流检测器200的输入端与输出电流控制器400相连,输出端分别连接负荷电流计算器300和输出电流控制器400;第一无功电流检测器800的输入端连接负荷电流计算器300,输出端连接输出电流指令合成器700;闭环控制器600的输入端连接第二无功电流检测器500,输出端连接输出电流指令合成器700;输出电流控制器400的输入端连接输出电流指令合成器700和输出电流检测器200,输出端经过输出电流检测器200连接至电网。
在该实施例中,电网电流检测器100的输入端与电网相连,将电网电流信号发送给第二无功电流检测器500和负荷电流计算器300;输出电流检测器200的输入端与包含静止无功发生器的输出电流控制器400的输出一次线相连,将检测的输出电流信号发给负荷电流计算器300和输出电流控制器400;负荷电流计算器300根据电网电流和输出电流两个信号可以计算得到实时的负荷电流,并将实时的负荷电流信号发送给第一无功电流检测器800进行负荷无功电流的计算,负荷无功电流计算结果作为指令一发送给输出电流指令合成器700,由第二无功电流检测器500检测得到的电网无功电流信号经过闭环控制器600得到指令二,输出电流指令合成器700将指令一和指令二进行合成得到最终的装置输出指令;输出电流控制器400的输入为前述的最终装置输出指令,其根据实时的输出电流通过调节PWM的脉宽,驱动IGBT功率器件的开通和关断,实现静止无功发生器的实际的逆变输出。
在上述实施例中,优选地,输出电流控制器400包括SVG输出电流控制器401和逆变器402。其中,SVG输出电流控制器401根据指令和实际的SVG输出电流,通过一定的算法如PI调节、重复控制或滞环控制,改变驱动IGBT开通和关断的时间和时刻,最终实现将直流侧的能量逆变到交流电网上去。
具体地,SVG输出电流控制器401的指令为第一无功电流检测器800和闭环控制器600输出之和,输出电流检测器200和逆变器402电连接,并最终接到电网的母线上,输出电流检测器200的输出和电网电流检测器100的输出做减法得到的结果给第一无功电流检测器800进行无功电流计算,SVG输出电流控制器401根据输出电流检测器200的检测结果作为反馈和指令做比较,生成一系列的占空比或频率变化的脉冲信号,经过硬件驱动放大以后电连接传输给逆变器402,逆变器402因为这些驱动脉冲信号其IGBT开关器件产生了响应的开关动作,最终实现输出电流的控制。
在上述实施例中,优选地,电网电流检测器100和输出电流检测器200为电流互感器或霍尔电流传感器。
在上述实施例中,优选地,第一无功电流检测器800和第二无功电流检测器500为快速傅里叶变换器或反傅里叶变换器、瞬时无功计算器或基于时域变换的无功计算器。
在上述实施例中,优选地,闭环控制器600为PID控制器或重复控制器。
在上述实施例中,优选地,输出电流指令合成器700的输出为闭环控制器600的输出和第一无功电流检测器800的输出之和。
在上述实施例中,优选地,SVG输出电流控制器401采用PID输出电流控制方式、重复电流控制方式或滞环电流控制方式,逆变器402为三电平模块化SVG、两电平SVG或SVG与电容柜组合。
在上述实施例中,优选地,输出电流指令合成器700的输出为闭环控制器600的输出与第一无功电流检测器800的输出之和。
实施例二:
如图6和图7所示,本实用新型还提出一种最大无功功率补偿跟踪系统,在上述实施例一的最大无功功率补偿跟踪系统的基础上,增加负荷电流检测器900、删除负荷电流计算器300;负荷电流检测器900连接至负荷端以用于检测负荷端电流,输出端连接至第一无功电流检测器800的输入端以输出电流检测结果;电网电流检测器100的输入端与电网连接,输出端与第二无功电流检测器500相连接;输出电流检测器200的输入端与输出电流控制器400相连,输出端反馈连接至输出电流控制器400。
实施例三:
如图8和图9所示,本实用新型还提出一种最大无功功率补偿跟踪系统,在上述实施例一的最大无功功率补偿跟踪系统的基础上,增加负荷电流检测器900、删除输出电流检测器200;负荷电流检测器900连接至负荷端以用于检测负荷端电流,输出端连接至第一无功电流检测器800以及负荷电流计算器300;负荷电流计算器300的输入端分别连接电网电流检测器100和符合电流检测器,输出端连接输出电流控制器400;输出电流控制器400的输出端连接至电网。其中,负荷电流计算器300用于通过负荷电流检测器900的输出值减去电网电流检测器100的输出值,计算得到静止无功电流。
在上述实施例中,依据电源电流Ig、负荷电流IL和静止无功发生器输出电流Is,总是满足IL=Ig+Is,通过负荷电流和电网电流能够计算得到静止无功发生器的输出电流。在图9的实现形式中,通过负荷电流IL减去电网电流Ig得到了输出电流Is,即负荷电流检测器900的输出减去电网电流检测器100的输出,连接到SVG输出电流控制器401。
具体的,当负荷电流IL存在突变,负荷的无功Iq发生突变时,突变分量为△Iq,该突变分量△Iq会由第一无功电流检测器800检测到,并传输给SVG控制器使SVG逆变电路立即输出相应的无功分量△Iqs,但是由于检测误差,装置逆变误差的存在,导致△Iqs并不等于△Iq,存在误差。同时的,最终的补偿结果也就是电网侧剩余的无功分量△Iqg,通过电网电流检测器100和第二无功电流检测器500是能够检测得到的,电网侧剩余的无功分量△Iqg作为反馈传输给闭环控制器600,一般的的闭环控制器600的指令为0,在一些场合也可以为某一特定的数值。此时闭环调节控制器通过PID控制或重复控制,产生另外一个指令△Iqg1,该指令传输叠加原来的指令使SVG逆变电路立即输出相应的无功分量△Iqs2。由于闭环控制的调节作用,经过一段时间的调节,指令△Iqg1总能使△Iqs2满足:△Iqs2+△Iqs=△Iq,这样最终电网侧的无功电流就被完全抵消掉了。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种最大无功功率补偿跟踪系统,用于补偿电网中产生的无功电流,其特征在于,包括:
用于探测电网侧电流瞬时值的电网电流检测器;
用于获取输出电流控制器输出电流的输出电流检测器;
用于通过电网电流和输出电流瞬时值计算负荷电流的负荷电流计算器;
用于计算负荷产生无功大小的第一无功电流检测器;
用于计算电网无功电流的第二无功电流检测器;
用于将两个无功电流检测器的无功电流指令进行合成的输出电流指令合成器、闭环控制器和所述输出电流控制器;
所述电网电流检测器的输入端与电网连接,输出端分别连接所述负荷电流计算器和所述第二无功电流检测器;所述输出电流检测器的输入端与所述输出电流控制器相连,输出端分别连接所述负荷电流计算器和所述输出电流控制器;所述第一无功电流检测器的输入端连接所述负荷电流计算器,输出端连接所述输出电流指令合成器;所述闭环控制器的输入端连接所述第二无功电流检测器,输出端连接所述输出电流指令合成器;所述输出电流控制器的输入端连接所述输出电流指令合成器和所述输出电流检测器,输出端经过所述输出电流检测器连接至电网。
2.根据权利要求1所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述输出电流控制器包括SVG输出电流控制器和逆变器。
3.根据权利要求1所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述电网电流检测器和所述输出电流检测器为电流互感器或霍尔电流传感器。
4.根据权利要求1所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述第一无功电流检测器和所述第二无功电流检测器为快速傅里叶变换器或反傅里叶变换器、瞬时无功计算器或基于时域变换的无功计算器。
5.根据权利要求1所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述闭环控制器为PID控制器或重复控制器。
6.根据权利要求2所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述SVG输出电流控制器采用PID输出电流控制方式、重复电流控制方式或滞环电流控制方式,所述逆变器为三电平模块化SVG、两电平SVG或SVG与电容柜组合。
7.根据权利要求1所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述输出电流指令合成器的输出为所述闭环控制器的输出与所述第一无功电流检测器的输出之和。
8.一种最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,在权利要求1至7中任一项所述的最大无功功率补偿跟踪系统的基础上增加负荷电流检测器、删除所述负荷电流计算器;
所述负荷电流检测器连接至负荷端以用于检测负荷端电流,输出端连接至所述第一无功电流检测器的输入端以输出电流检测结果;
所述电网电流检测器的输入端与电网连接,输出端与所述第二无功电流检测器相连接;
所述输出电流检测器的输入端与所述输出电流控制器相连,输出端反馈连接至所述输出电流控制器。
9.一种最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,在权利要求1至7中任一项所述的最大无功功率补偿跟踪系统的基础上增加负荷电流检测器、删除所述输出电流检测器;
所述负荷电流检测器连接至负荷端以用于检测负荷端电流,输出端连接至所述第一无功电流检测器以及所述负荷电流计算器;
所述负荷电流计算器的输入端分别连接所述电网电流检测器和所述符合电流检测器,输出端连接所述输出电流控制器;
所述输出电流控制器的输出端连接至电网。
10.根据权利要求9所述的最大无功功率补偿跟踪系统,其特征在于,所述负荷电流计算器用于通过所述负荷电流检测器的输出值减去所述电网电流检测器的输出值,计算得到静止无功电流。
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