專利名稱：無功補償裝置的控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無功補償裝置的控制方法及裝置。
STATCOM(Static Var Compensator，靜態(tài)無功補償器)較好的解決了這些問題。與以上幾種設備不同，它不需要龐大且昂貴的無源器件----電容、電感，也不需要旋轉電機，其動態(tài)響應速度相當快，遠遠高于傳統(tǒng)的電磁器件；其工作范圍很寬，容性或感性補償都很容易實現(xiàn)；它受系統(tǒng)電壓變化的影響比較小，可以在系統(tǒng)故障情況下提供有力的無功支持。
傳統(tǒng)的無功補償是通過儲能來實現(xiàn)的，如并聯(lián)電容器產生超前(容性)無功功率，并聯(lián)電抗器產生滯后(感性)無功功率。然而在STATCOM中并不是這樣，直流電容和連接電感不起儲能作用，而是通過控制每個橋臂上開關元件的導通角使瞬時無功功率在三相間循環(huán)，從而達到改變注入系統(tǒng)無功功率的目的。
在輸電系統(tǒng)中，STATCOM通過快速的向系統(tǒng)提供或吸收無功電流，可以維持受端電壓，增強系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的負荷能力，或支撐輸電系統(tǒng)關鍵節(jié)點的電壓，提高系統(tǒng)穩(wěn)定極限和輸電線路的運行極限。


圖1是一般STATCOM系統(tǒng)整體方案示意圖。其中控制部分的任務是要給出系統(tǒng)電壓與STATCOM發(fā)出電壓的相角差δ。
穩(wěn)態(tài)情況下，STATCOM輸出的無功功率可近似表示為Q=3Vm22Rsin(2δ)]]>其中Vm為STATCOM接入點的系統(tǒng)線電壓有效值，而R為STATCOM的等效電阻，δ即是系統(tǒng)電壓與STATCOM發(fā)出電壓的相角差。
現(xiàn)階段，STATCOM的主要用途是無功補償及穩(wěn)定電壓。在配電網(wǎng)中，電壓恒定至關重要，所以一般情況下控制器都為設定為電壓控制，原理圖如圖2、3、4所示。這種控制方式只能夠進行對稱的無功補償，而不能進行負載或者電壓的不對稱補償。
在配電網(wǎng)中，電壓、電流不對稱是很常見的現(xiàn)象，為了綜合治理配網(wǎng)電能質量，必須考慮不對稱補償問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種無功補償裝置的控制方法及裝置。
所述無功補償裝置的控制方法包括如下步驟進行所需無功運算，并將其結果作為無功逆計算的輸入數(shù)據(jù)；將比例-積分-微分控制的結果和所述無功逆計算的結果相加，得到控制量——系統(tǒng)電壓與靜態(tài)無功補償器發(fā)出電壓的相角差δ；其特征是還包括如下步驟進行單相瞬時無功計算，并將其結果和所需無功運算的結果相比較后，其輸出作為比例-積分-微分控制的輸入。
所述無功補償裝置的控制裝置包括所需無功運算裝置、比例-積分-微分控制裝置和無功逆計算裝置；所需無功運算的輸出與無功逆計算的輸入相連；比例-積分-微分控制裝置的輸出和所述無功逆計算的輸出均連接到同一個加法器輸入，加法器的輸出就是控制量——系統(tǒng)電壓與靜態(tài)無功補償器發(fā)出電壓的相角差δ；其特征是還包括單相瞬時無功計算裝置，其輸出和所需無功運算的輸出接到同一比較器的輸入端，比較器的輸出接到比例-積分-微分控制的輸入。
由于采用了以上的方案，以單相瞬時無功功率的計算方法來計算每一單相系統(tǒng)的瞬時有功和無功功率，從而實現(xiàn)動態(tài)的不對稱無功補償，解決電壓、電流的不對稱問題，提高了配網(wǎng)電能質量。
圖2是現(xiàn)有控制器的控制原理方框示意圖之一。
圖3是現(xiàn)有控制器的控制原理方框示意圖之二。
圖4是現(xiàn)有控制器的控制電路示意圖。
圖5是本發(fā)明不對稱補償?shù)目刂圃矸娇蚴疽鈭D之一。
圖6是本發(fā)明不對稱補償?shù)目刂圃矸娇蚴疽鈭D之二。
圖7是本發(fā)明不對稱補償?shù)目刂齐娐肥疽鈭D。
圖8是本發(fā)明綜合補償?shù)目刂圃矸娇蚴疽鈭D。
圖9是本發(fā)明綜合補償?shù)目刂齐娐肥疽鈭D。
本發(fā)明是采用動態(tài)無功補償?shù)姆绞剑c現(xiàn)有的靜態(tài)無功補償不同，為了區(qū)分，稱之為D-STATCOM(dynamic-STATCOM)。
不對稱負荷具有易波動及不穩(wěn)定的特點，因此D-STATCOM的補償需要有較快的響應速度和較好的精度，才能跟上負荷的變化，得到良好的補償效果。D-STATCOM本身具有較好的開環(huán)響應特性，但是還需要和適當?shù)乃惴ㄏ嗯浜?，才能實現(xiàn)最優(yōu)補償。
不對稱補償基于矢量控制的補償方法，為了便于實現(xiàn)以無功功率為反饋參考量的反饋控制，以單相瞬時無功功率的計算方法來計算每一單相系統(tǒng)的瞬時有功和無功功率。
圖5、6、7給出了基于瞬時無功理論的不對稱補償控制算法框圖。其中圖6、7相當于對圖5的細化。
圖5所示的控制裝置包括所需無功運算裝置、比例-積分-微分控制裝置和無功逆計算裝置；所需無功運算的輸出與無功逆計算的輸入相連；比例-積分-微分控制裝置的輸出和所述無功逆計算的輸出均連接到同一個加法器輸入，加法器的輸出就是控制量——系統(tǒng)電壓與STATCOM發(fā)出電壓的相角差δ。為實現(xiàn)不對稱補償，它還包括單相瞬時無功計算裝置，其輸出和所需無功運算的輸出接到同一比較器的輸入端，比較器的輸出接到比例-積分-微分控制的輸入。
其控制方法包括如下步驟進行所需無功運算，并將其結果作為無功逆計算的輸入數(shù)據(jù)；將比例-積分-微分控制的結果和所述無功逆計算的結果相加，得到控制量——系統(tǒng)電壓與STATCOM發(fā)出電壓的相角差δ；進行單相瞬時無功計算，并將其結果和所需無功運算的結果相比較后，其輸出作為比例-積分-微分控制的輸入。
而圖6所示裝置中還包括每樣電壓電流采樣裝置，其輸出接到單相瞬時無功計算的輸入；還包括電壓參考信號裝置和所需電流給定信號裝置，二者接到乘法器的輸入端，乘法器的輸出接到所需無功運算的輸入。圖7是以另一種形式對圖6進行描述。與圖5相比，其控制方法還包括如下步驟進行每相電壓電流采樣，其結果作為單相瞬時無功計算的輸入；將電壓參考和所需電流給定相乘，其結果作為所需無功運算的輸入。
本發(fā)明還可實現(xiàn)不對稱補償和電壓補償相結合的綜合補償。由于本裝置的主要目的在于不對稱補償，平衡的電壓補償應該主要由對稱補償裝置完成。因此在電壓和不對稱的綜合補償中，仍將不對稱補償作為主要環(huán)節(jié)，對于電壓補償，做了以下處理將三相電壓進行處理，得到三相電壓均方根Us，將其和給定電壓Uref做差，然后再送入PI環(huán)節(jié)進行計算，折算成需要補償?shù)臒o功功率數(shù)值，將其和不對稱補償所要求的無功功率相加，即可得到各相發(fā)出無功的參考值qref。圖8、9給出了綜合補償?shù)目刂瓶驁D。其中圖9相當于圖8的另一種描述方式。
圖8所示控制裝置還包括電壓采樣裝置，其輸出接到電壓計算的輸入；電壓計算裝置的輸出一路與電流給定信號裝置的輸出接到同一乘法器的輸入端，另一路與電壓給定信號裝置的輸出接到同一比較器，比較器的輸出接到比例-積分-微分控制裝置；上述乘法器和比例-積分-微分控制裝置的輸出一同接到加法器，該加法器的輸出接到所需無功運算的輸入；還包括每相電壓電流采樣裝置，其輸出接到單相瞬時無功計算的輸入。
電壓穩(wěn)定環(huán)節(jié)所進行的是三相對稱的補償，它相當于在不對稱的輸出電流上，疊加了一個對稱的電流。因而綜合補償并不會影響不對稱補償?shù)男Ч?br> 權利要求
1.一種無功補償裝置的控制方法，包括如下步驟進行所需無功運算，并將其結果作為無功逆計算的輸入數(shù)據(jù)；將比例-積分-微分控制的結果和所述無功逆計算的結果相加，得到控制量——系統(tǒng)電壓與靜態(tài)無功補償器發(fā)出電壓的相角差(δ)；其特征是還包括如下步驟進行單相瞬時無功計算，并將其結果和所需無功運算的結果相比較后，其輸出作為比例-積分-微分控制的輸入。
2.如權利要求1所述的無功補償裝置的控制方法，其特征是還包括如下步驟進行每相電壓電流采樣，其結果作為單相瞬時無功計算的輸入；將電壓參考和所需電流給定相乘，其結果作為所需無功運算的輸入。
3.如權利要求1所述的無功補償裝置的控制方法，其特征是還包括如下步驟進行電壓采樣，并將其結果作為電壓計算的輸入；將電壓計算的輸出一路與電流給定相乘，另一路與電壓給定相比較后經(jīng)比例-積分-微分控制處理；將兩路處理的結果相加后結果作為所需無功運算的輸入；進行每相電壓電流采樣并作為單相瞬時無功計算的輸入。
4.一種無功補償裝置的控制裝置，包括所需無功運算裝置、比例-積分-微分控制裝置和無功逆計算裝置；所需無功運算的輸出與無功逆計算的輸入相連；比例-積分-微分控制裝置的輸出和所述無功逆計算的輸出均連接到同一個加法器輸入，加法器的輸出就是控制量——系統(tǒng)電壓與靜態(tài)無功補償器發(fā)出電壓的相角差(δ)；其特征是還包括單相瞬時無功計算裝置，其輸出和所需無功運算的輸出接到同一比較器的輸入端，比較器的輸出接到比例-積分-微分控制的輸入。
5.如權利要求4所述的無功補償裝置的控制裝置，其特征是還包括每樣電壓電流采樣裝置，其輸出接到單相瞬時無功計算的輸入；還包括電壓參考信號裝置和所需電流給定信號裝置，二者接到乘法器的輸入端，乘法器的輸出接到所需無功運算的輸入。
6.如權利要求4所述的無功補償裝置的控制裝置，其特征是還包括電壓采樣裝置，其輸出接到電壓計算的輸入；電壓計算裝置的輸出一路與電流給定信號裝置的輸出接到同一乘法器的輸入端，另一路與電壓給定信號裝置的輸出接到同一比較器，比較器的輸出接到比例-積分-微分控制裝置；上述乘法器和比例-積分-微分控制裝置的輸出一同接到加法器，該加法器的輸出接到所需無功運算的輸入；還包括每相電壓電流采樣裝置，其輸出接到單相瞬時無功計算的輸入。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無功補償裝置的控制方法及裝置，包括所需無功運算裝置、比例－積分－微分控制裝置和無功逆計算裝置；所需無功運算的輸出與無功逆計算的輸入相連；比例－積分－微分控制裝置的輸出和所述無功逆計算的輸出均連接到同一個加法器輸入，加法器的輸出就是控制量——系統(tǒng)電壓與靜態(tài)無功補償器STATCOM發(fā)出電壓的相角差δ；其特征是還包括單相瞬時無功計算裝置，其輸出和所需無功運算的輸出接到同一比較器的輸入端，比較器的輸出接到比例－積分－微分控制的輸入。由于以單相瞬時無功功率的計算方法來計算每一單相系統(tǒng)的瞬時有功和無功功率，從而實現(xiàn)動態(tài)的不對稱無功補償，解決電壓、電流的不對稱問題，提高了配網(wǎng)電能質量。
文檔編號H02J3/18GK1414679SQ0213486
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權日2002年9月27日
發(fā)明者宋凌鋒, 劉文華, 王仲鴻 申請人:艾默生網(wǎng)絡能源有限公司