專利名稱：一種基于功率平衡的靜止無功補(bǔ)償器無功電流跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜止無功補(bǔ)償器的控制方法，具體涉及一種基于功率平衡的靜止 無功補(bǔ)償器的無功電流跟蹤方法。
背景技術(shù)：
在配電系統(tǒng)中，為提高配電變壓器高壓側(cè)的功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量，通常 在配電變壓器的低壓側(cè)設(shè)置無功補(bǔ)償裝置。靜止無功補(bǔ)償器(以下簡稱STATC0M)是一種 廣泛應(yīng)用的無功補(bǔ)償裝置，在STATC0M的運(yùn)行中需要對(duì)負(fù)載所需的無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)的補(bǔ) 償，當(dāng)負(fù)載所需的無功功率發(fā)生變動(dòng)時(shí)，要求STATC0M輸出的無功功率也能自動(dòng)地進(jìn)行跟 蹤補(bǔ)償，這是由STATC0M的無功電流跟蹤方法來實(shí)現(xiàn)的。目前，配電系統(tǒng)中STATC0M的傳統(tǒng)無功電流跟蹤方法采用dqO分解直接提取出負(fù) 載無功電流并使STATC0M輸出的無功電流跟蹤負(fù)載無功電流的方法對(duì)負(fù)載電流k進(jìn)行 dqO分解，q軸電流分量、表示負(fù)載電流的無功分量，從而提取出負(fù)載電流的無功分量iu， 使STATC0M輸出總參考電流的無功分量等于負(fù)載電流的無功分量iu，而總參考電流的有功 分量根據(jù)STATC0M直流電容電壓的控制環(huán)節(jié)來確定。同樣對(duì)STATC0M的實(shí)際輸出電流作 dqO分解，提取出輸出電流的有功分量iM和無功分量‘作為電流反饋量，對(duì)輸出電流的有 功分量和無功分量分別進(jìn)行電流閉環(huán)比例積分(PI)控制，生成控制信號(hào)，從而形成觸發(fā)脈 沖控制STATC0M中電力電子器件的開關(guān)，使STATC0M輸出的無功電流跟蹤負(fù)載無功電流的 變化，以達(dá)到STATC0M動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)載無功功率的目的。傳統(tǒng)的無功電流跟蹤方法因?yàn)橹苯影沿?fù)載測(cè)量電流中提取出的無功分量作為 STATC0M補(bǔ)償電流中無功分量的參考值，所以只適用于STATC0M補(bǔ)償?shù)臒o功電流與負(fù)載電 流測(cè)量點(diǎn)測(cè)得的負(fù)載所需無功電流相等的應(yīng)用場(chǎng)合。以附圖1為例，當(dāng)負(fù)載電流測(cè)量點(diǎn)設(shè) 置在變壓器低壓側(cè)L時(shí)，STATC0M的補(bǔ)償點(diǎn)就只能設(shè)置在變壓器的低壓側(cè)L，此時(shí)注入L側(cè) 的補(bǔ)償電流無功分量必須和L側(cè)測(cè)量得到的負(fù)載電流無功分量相等；如果補(bǔ)償點(diǎn)跨越了 變壓器設(shè)置在高壓側(cè)H、變壓器的抽頭T或者外設(shè)的第三繞組M上，在經(jīng)過了變壓器的傳 變之后，補(bǔ)償電流和負(fù)載電流存在幅值和相位的差異，則負(fù)載電流的無功分量不再能作為 STATC0M輸出的實(shí)際電流的無功分量參考值，傳統(tǒng)的無功電流跟蹤方法將不再適用。因此， 傳統(tǒng)方法限制了補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置的位置，不利于補(bǔ)償方式的靈活選取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于功率平衡的靜止無功補(bǔ)償器無功電流跟蹤方法， 該方法可以實(shí)現(xiàn)更靈活的補(bǔ)償方式。本發(fā)明提供的一種基于功率平衡的靜止無功補(bǔ)償器無功電流跟蹤方法，在整個(gè) 過程中，保持對(duì)變壓器低壓側(cè)三相相電壓和相電流、靜止無功補(bǔ)償器補(bǔ)償點(diǎn)的三相相電壓 及靜止無功補(bǔ)償器輸出三相相電流進(jìn)行等間隔采樣，其特征在于，該方法包括下述具體過 禾呈
第1步取當(dāng)前采樣時(shí)刻為計(jì)算開始時(shí)刻，設(shè)為、，設(shè)T為電網(wǎng)工頻周期，利用‘-T 時(shí)刻到、時(shí)刻變壓器低壓側(cè)的三相相電壓和相電流的采樣值數(shù)據(jù)，計(jì)算出、時(shí)刻低壓 側(cè)三相相電壓的幅值V-、VLbffl, VLcffl和相位、(Pv,,、d,，以及低壓側(cè)三相相電流的幅值 ILam> ILbm> II 和相位、(PlLb、(PlLc ；計(jì)算相電壓和相電流之間的相位差外a = (PvLa ~ ^PlLa、 <PLb = (PvLb~(PILb ,Lc = (PVLC-(P1LC，丙計(jì)算得到t(1時(shí)刻負(fù)載所需的三相無功功率；第2步利用‘-T時(shí)刻到、時(shí)刻靜止無功補(bǔ)償器補(bǔ)償點(diǎn)相電壓的采樣值數(shù)據(jù)，計(jì)算 出、時(shí)刻補(bǔ)償點(diǎn)處相電壓的幅值V^V.V^和相位外、(pvob、cpVOc，然后按照公式⑴⑵ ⑶計(jì)算出靜止無功補(bǔ)償器輸出三相純無功參考電流在、時(shí)刻的瞬時(shí)值、iQEb(t0)、
IqEc “c第3步將補(bǔ)償點(diǎn)電壓的合成電壓矢量的方向作為dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸方向 時(shí)，輸出電流矢量G在d軸上的投影iM表示輸出電流的有功分量，在q軸上的投影&表 示輸出電流的無功分量；據(jù)此對(duì)靜止無功補(bǔ)償器輸出純無功參考電流進(jìn)行abc三相坐標(biāo)系 到dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得到靜止無功補(bǔ)償器輸出純無功參考電流、時(shí)刻的三相瞬 時(shí)值 iQKa(tQ)、iQEb(t0)、iQEc(t0)在 dqO 坐標(biāo)系下的分量 iQKd(tQ)、iQEq(t0)、i_(t。)；并對(duì)采樣得到的補(bǔ)償點(diǎn)處靜止無功補(bǔ)償器實(shí)際輸出相電流在、時(shí)刻的三相瞬時(shí) 值UJO、、。(、)進(jìn)行坐標(biāo)變換，分別得到它們?cè)赿qO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸下的分量iM(tQ)、
loq (七0)、土00 (七0) ？第4步將控制靜止無功補(bǔ)償器直流電容電壓的電壓比例積分環(huán)節(jié)的輸出作為、 時(shí)刻總參考電流的有功分量‘(、)；將上述第3步計(jì)算得到的、時(shí)刻純無功參考電流的 q軸分量iQKq(tQ)作為總參考電流的q軸無功分量iKq(tQ)，計(jì)算出iKd(tQ) %i0d(t0)的差值 A id(t0)，以及 iEq(t0)與 i0q(t0)的差值 A iq(t0)；第5步把上述第4步得到的A id(t0)和A iq(t0)分別通過電流比例積分環(huán)節(jié)運(yùn)算 使得系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)電流比例積分環(huán)節(jié)的輸出量分別作為靜止無功補(bǔ)償器電壓控制量 在dqO坐標(biāo)系下的d軸分量 (、)和q軸分量％(、)，把電壓控制量的0軸分量、(、)設(shè) 為0;對(duì)vPd(tQ)、vPq(tQ)、vro(tQ)進(jìn)行dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到abc三相坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得 到abc坐標(biāo)系下PWM脈沖發(fā)生器的調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值vPa (t0)、vPb (t0)、vPc (t0)；第6步將調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值vPa (t0)、vPb (t0)、vPc (t0)經(jīng)過PWM調(diào)制生成脈沖信號(hào) 控制靜止無功補(bǔ)償器中電力電子器件的開關(guān)，控制靜止無功補(bǔ)償器輸出交流電壓和電流；第7步等待下一個(gè)采樣時(shí)刻，轉(zhuǎn)入第1步，重復(fù)執(zhí)行第1步到第7步，直至關(guān)機(jī)。 本發(fā)明方法首先對(duì)變壓器低壓側(cè)的三相相電壓和相電流進(jìn)行采樣，計(jì)算得到負(fù)載 所需的無功功率，將負(fù)載所需無功功率作為STATC0M的無功功率輸出參考值，結(jié)合補(bǔ)償點(diǎn) 的電壓計(jì)算STATC0M需要輸出的純無功參考電流，使得STATC0M實(shí)際輸出電流等于該純無 功參考電流時(shí)，補(bǔ)償?shù)臒o功功率與負(fù)載所需的無功功率平衡。將該純無功參考電流進(jìn)行dqO 分解可提取出總參考電流的無功分量，將控制STATC0M直流電容電壓的電壓比例積分(PI) 環(huán)節(jié)輸出作為總參考電流的有功分量，從而可以對(duì)電流的有功分量和無功分量分別進(jìn)行電 流閉環(huán)比例積分(PI)控制，從而生成控制信號(hào)控制STATC0M的輸出。具體而言，本發(fā)明具 有以下技術(shù)效果(1)本發(fā)明方法可以使STATC0M的補(bǔ)償點(diǎn)(以下簡稱補(bǔ)償點(diǎn))的設(shè)置不受負(fù)載電 流測(cè)量點(diǎn)的限制。當(dāng)負(fù)載電流測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在變壓器低壓側(cè)時(shí)，補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償點(diǎn)可以跨越 變壓器，設(shè)置在變壓器的高壓側(cè)、第三繞組或變壓器抽頭上，有利于利用變壓器多側(cè)的電氣 量信息，從而實(shí)現(xiàn)更靈活的補(bǔ)償方式。(2)靈活選擇補(bǔ)償點(diǎn)的位置可以合理選定補(bǔ)償裝置的輸出電壓和補(bǔ)償電流大小， 從而充分利用電力電子器件的耐壓能力，合理選擇電力電子器件通過的電流值，有利于降 低無功補(bǔ)償裝置的成本。(3)根據(jù)變壓器低壓側(cè)所需的無功功率以及STATC0M補(bǔ)償點(diǎn)處的相電壓構(gòu)造出 STATC0M需要輸出的純無功參考電流，通過控制使STATC0M實(shí)際輸出電流的無功部分跟蹤 該純無功參考電流，確保STATC0M輸出的無功功率與負(fù)載無功功率平衡，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)跟 蹤補(bǔ)償負(fù)載所需無功功率的目的。


圖1為靜止無功補(bǔ)償器的配置示意圖及基于功率平衡的無功電流跟蹤方法示意 2為STATC0M補(bǔ)償點(diǎn)電壓矢量、電流矢量與abc三相坐標(biāo)系、dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 示意3為STATC0M仿真模型示意4為仿真模型變壓器高壓側(cè)(補(bǔ)償點(diǎn))A相電壓波形圖5為仿真模型STATCOM A相輸出電流波形圖6為仿真模型無功補(bǔ)償后變壓器高壓側(cè)A相電流波形
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的方法具體涉及一種基于功率平衡的靜止無功補(bǔ)償器的無功電流跟 蹤方法，通過計(jì)算出負(fù)載所需的無功功率，結(jié)合STATCOM補(bǔ)償點(diǎn)處的相電壓和相電流就可 以實(shí)現(xiàn)STATCOM輸出無功電流對(duì)負(fù)載所需無功電流的跟蹤補(bǔ)償。由于該方法基于電力系 統(tǒng)中功率平衡的概念，采用負(fù)載所需的無功功率以及補(bǔ)償點(diǎn)的電壓來計(jì)算STATCOM的需要 輸出純無功參考電流，當(dāng)把該純無功參考電流作為STATCOM實(shí)際輸出電流的無功參考電流 時(shí)，能確保STATCOM輸出的補(bǔ)償無功功率和負(fù)載所需的無功功率相等，因此稱之為基于功 率平衡的靜止無功補(bǔ)償器無功電流跟蹤方法，以下簡稱功率平衡無功電流跟蹤方法。功率平衡無功電流跟蹤方法原理電力系統(tǒng)里面功率的需求和供給是平衡的，只要確定負(fù)載需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，并使STATC0M的補(bǔ)償點(diǎn)電壓和輸出電流計(jì)算所得的 無功功率等于負(fù)載所需的無功功率，就能達(dá)到補(bǔ)償效果。根據(jù)所選擇的補(bǔ)償點(diǎn)電壓不同， STATC0M需要輸出無功補(bǔ)償電流也有所不同。此時(shí)STATC0M的實(shí)際輸出的無功補(bǔ)償電流不 一定要與負(fù)載電流的無功部分相等。通過選擇合適的STATC0M輸出電壓和電流，確保在補(bǔ) 償點(diǎn)處注入與負(fù)載所需無功功率相同的無功功率，使無功功率得到平衡，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù) 載無功，提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā) 明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。如圖1所示，設(shè)變壓器低壓側(cè)L為負(fù)載電壓和電流測(cè)量點(diǎn)，在功率平衡無功電流跟 蹤方法中，STATC0M的補(bǔ)償點(diǎn)可以不限于設(shè)置在變壓器側(cè)壓側(cè)L，補(bǔ)償點(diǎn)可以跨越變壓器， 選擇在變壓器高壓側(cè)H、繞組抽頭T，或者外設(shè)的第三繞組M上進(jìn)行無功補(bǔ)償。圖1為負(fù)載 電壓和電流測(cè)量點(diǎn)設(shè)在變壓器低壓側(cè)L、補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)在變壓器高壓側(cè)H的情況，當(dāng)補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)在 繞組抽頭上的T、或者外設(shè)的第三繞組M上時(shí)，計(jì)算步驟和下述步驟相同。在下述整個(gè)過程中，保持對(duì)變壓器低壓側(cè)L三相相電壓和相電流、STATC0M補(bǔ)償點(diǎn) H的三相相電壓及STATC0M輸出三相相電流進(jìn)行等間隔采樣，采樣時(shí)間間隔為T/N，其中T 為電網(wǎng)工頻周期，N為根據(jù)采樣率需要確定的正整數(shù)，得到各個(gè)采樣時(shí)刻低壓側(cè)和補(bǔ)償點(diǎn)三 相相電壓及相電流的瞬時(shí)值。1、取當(dāng)前采樣時(shí)刻為計(jì)算開始時(shí)刻，設(shè)為、。設(shè)T為電網(wǎng)工頻周期，利用‘-T時(shí) 刻到、時(shí)刻變壓器低壓側(cè)L的三相相電壓和相電流的采樣值數(shù)據(jù)，通過離散傅氏算法計(jì)算 出、時(shí)刻低壓側(cè)三相相電壓的幅值V^^V^^V^和相位、(P^、<P^C，以及低壓側(cè)三相 相電流的幅值I-、ILbffl> 和相位、(P1Lb、(P1Lc。計(jì)算相電壓和相電流之間的相位差 (Pla = (PvLa-(PlLa ,Lb = Hb、<PLc = HILc。根據(jù)基于相量的功率計(jì)算公式⑴，計(jì)算得 到、時(shí)刻負(fù)載所需的三相無功功率；
Ql = \vLamILam sin (pLa + ^VLbmILbm sin (pLb +^VLcmILcm sin (pLc ( 1 )2、利用t^T時(shí)刻到、時(shí)刻STATCOM補(bǔ)償點(diǎn)H的相電壓的采樣值數(shù)據(jù)，通過離散傅 氏算法計(jì)算出、時(shí)刻補(bǔ)償點(diǎn)處相電壓的幅值l^Va^V^和相位外⑶、(pvob、(Pvoc，然后按 照公式⑵(3)⑷可計(jì)算出STATCOM輸出三相純無功參考電流在tQ時(shí)刻的瞬時(shí)值iQKa(tQ)、 其中為由公式⑴計(jì)算所得的負(fù)載所需三相無功功率；3、由附圖2可知，把補(bǔ)償點(diǎn)H電壓的合成電壓矢量的方向作為旋轉(zhuǎn)dqO坐標(biāo)系 的d軸方向時(shí)，輸出電流矢量在d軸上的投影iM表示輸出電流的有功分量，在q軸上的 投影‘表示輸出電流的無功分量。據(jù)此對(duì)STATC0M輸出純無功參考電流和實(shí)際輸出電流 進(jìn)行abc三相坐標(biāo)系dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換。由上述第2步可得到STATC0M輸出純無功參考電流tQ時(shí)刻的瞬時(shí)值iQKa(tQ)、 iQEb(t0)、iQK。(tQ)，按公式(5) (6) (7)對(duì) abc 坐標(biāo)系下的 iQKa(tQ)、iQEb(t0)、iQEc(t0)進(jìn)進(jìn)行變 換，分別得到它們?cè)赿qO坐標(biāo)系下的分量、iQEq(t0)、iQE0(t0)
2 2 2 iQRd(^o) = -[tQRa0。)coscpVOa + iQRb(t0)cos((pVOa + iQRc(t0)cos(<pVOa( 5 )
2 2 2
ieRq= -i^QRa0。)sin(pVOa + iQRb(t0)sm((pVOa+ iQRc00)sin(^Gfl(6)iQm 0。)= | UeRa 0。) + W ih ) + iQRc (t0)] (7)對(duì)采樣得到的補(bǔ)償點(diǎn)處STATCOM實(shí)際輸出相電流在、時(shí)刻的瞬時(shí)值ito(tQ)、 i0b(t0)、i0c(t0)按公式⑶⑶(10)進(jìn)行abc三相坐標(biāo)系到dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，分別得 到它們?cè)赿qO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的分量i。d(tQ)、i0q(t0)、i00(t0)；
2 2 2 iod(^o) = -Uoa0。)coscpVOa + iob(t0)cos((pVOa+ i0c0。)cos(tpma(8)
2 2 2 i0q(^o) = -Voa0。)sin(pVOa + iob(t0)sm((pVOa + i0c0。)sin(^Gfl + 了;r)] (9)i00 ) = [i0a (t0) + iob (t0) + iQc (t0)](10)4、按照對(duì)STATCOM無功電流和有功電流解耦控制的方法，確定STATCOM輸出的總 參考電流的有功分量iKd和無功分量iKq。將STATCOM直流電容電壓穩(wěn)定控制的電壓比例積分(PI)環(huán)節(jié)的輸出作為tQ時(shí)刻 總參考電流的有功分量‘(、)；將上述第3步計(jì)算得到的、時(shí)刻純無功參考電流的q軸分 量iQKq(to)作為總參考電流的q軸無功分量、(、)，按照公式(11) (12)計(jì)算出iwaj與 iod(to)的差值 Aid(t0)，以及 iKq(t0)與 i。q(t0)的差值 Aiq(t0)。Aid(t0) = iEd(t0)-i0d(t0) (11)Aiq(t0) = iEq(t0)-i0q(t0) (12)5、把上述第4步得到的A id(t0)和A iq(t0)分別通過電流比例積分(PI)環(huán)節(jié)運(yùn) 算，調(diào)節(jié)比例常數(shù)與積分常數(shù)使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，則電流比例積分(PI)環(huán)節(jié)的輸出量 分別為STATCOM電壓控制量在dqO坐標(biāo)系下的d軸分量VpJ、)和q軸分量vPq (t0)，把電壓 控制量的0軸分量VpJtJ設(shè)為0。對(duì)vPd(tQ)、vPq(tQ)、vro(tQ)進(jìn)行dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到abc三相坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，變 換公式為(14) (15) (16)，得到abc坐標(biāo)系下PWM脈沖發(fā)生器的調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值vPa(tQ)、Vpb (t0) > Vpc (t0)； 6、如圖2所示，將調(diào)制波信號(hào)三相瞬時(shí)值vPa(tQ)、vPb(tQ)、vP。(tQ)輸入PWM脈沖發(fā) 生器，經(jīng)過PWM調(diào)制生成脈沖信號(hào)控制STATC0M電力電子器件開關(guān)，控制STATC0M輸出交流 電壓和電流。在上述控制算法下，STATC0M在運(yùn)行中輸出的無功電流能跟蹤負(fù)載所需無功 電流的變化，實(shí)時(shí)補(bǔ)償負(fù)載需要的無功功率。7、等待下一個(gè)采樣時(shí)刻，轉(zhuǎn)入第1步，重復(fù)執(zhí)行第1步到第7步，直至關(guān)機(jī)。下面為說明功率平衡無功電流跟蹤方法以的控制效果，建立仿真模型，模型示意 圖如附圖3所示，模型基本參數(shù)說明如下供電電源額定電壓線電壓有效值Vs :800V輸電線參數(shù)電阻Rs = 0. 4 Ω，電感Ls = 2. 25mH連接電抗參數(shù)阻值Rf = 0. 1 Ω，電感值Lf = 4mH變壓器參數(shù)容量Stn = 50kVA, DYll接法，變比k = 800V/380V，短路阻抗 Xk%=6%負(fù)載在額定電壓380V下的有功功率Pl = 30kff,負(fù)載無功功率Ql = 30kVar電壓閉環(huán)控制比例常數(shù)Kvp = 0. 5，積分常數(shù)Kvi = 0. 05電流閉環(huán)控制比例常數(shù)Kip = 0. 005，積分常數(shù)K11 = 0. 125STATC0M裝置投入運(yùn)行之前，負(fù)載所需的有功功率和無功功率全部由電源經(jīng)過變 壓器提供，變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)為0. 73，線路上有一定的電壓跌落，測(cè)得負(fù)載電壓為其額 定值的0.9倍。在STATC0M裝置投入系統(tǒng)并穩(wěn)定運(yùn)行后，控制系統(tǒng)通過采樣值計(jì)算出負(fù)載需要 的無功功率為27. 3kVar。測(cè)得穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)STATC0M補(bǔ)償點(diǎn)相電壓基波有效值為450V，結(jié) 合負(fù)載所需無功功率可按上述具體實(shí)施步驟2構(gòu)造出STATC0M需要輸出的純無功參考電 流，純無功參考電流相位滯后補(bǔ)償點(diǎn)電壓相位90°。將三相純無功參考電流經(jīng)過坐標(biāo)變 換后提取出總參考電流的無功分量；直流電容實(shí)際穩(wěn)定值為1502V，參考值為1500V，兩者 之差通過電壓比例積分控制(PI)環(huán)節(jié)形成總參考電流的有功分量。將STATC0M實(shí)際輸出 電流作為反饋電流，和總參考電流通過電流比例積分(PI)解耦控制，生成調(diào)制波信號(hào)控制 STATC0M輸出需要的電壓和電流。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，STATC0M補(bǔ)償點(diǎn)電壓與輸出電流的基波有效 值分別為450V和20A，補(bǔ)償點(diǎn)電壓A相波形如圖4，輸出電流A相波形如圖5，兩者相位差為 90. 3°，主要輸出無功功率，吸收少量有功功率；負(fù)載側(cè)相電壓和相電流基波有效值分別為 209V和62A，相位差為45°。分別計(jì)算得輸出無功功率為27. 30kVar，負(fù)載所需無功功率為 27. 31kVar，基本上實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償點(diǎn)注入無功功率與負(fù)載消耗無功功率平衡，變壓器高壓側(cè)電 源電流A相波形如圖6，與圖5所示的高壓側(cè)(即補(bǔ)償點(diǎn))電壓波形比較可見高壓側(cè)電壓與電源電流相位基本相同，高壓側(cè)功率因數(shù)從未補(bǔ)償時(shí)的0. 73提高至0. 99，且負(fù)載電壓提高 至其額定值的0. 96倍，高于未補(bǔ)償時(shí)的0. 9倍。其中STATCOM所跟蹤的無功參考電流是通 過計(jì)算構(gòu)造所得，其相電流有效值為20A ；而負(fù)載電流中三相無功電流的相電流有效值為43A?？梢娫谠诠β势胶鉄o功電流跟蹤方法下，STATCOM跟蹤的無功電流不是直接把負(fù)載電 流中的無功電流分量作為參考值，可以根據(jù)實(shí)際選擇補(bǔ)償點(diǎn)的電壓去構(gòu)造相應(yīng)的無功參考 電流。在本仿真例中補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置在變壓器高壓側(cè)，當(dāng)補(bǔ)償?shù)臒o功功率與負(fù)載所需無功功率 平衡時(shí)，較高的補(bǔ)償點(diǎn)電壓使得實(shí)際補(bǔ)償電流比負(fù)載所需的無功電流要小，在達(dá)到補(bǔ)償效 果的同時(shí)也降低了通過電力電子器件的電流值。
權(quán)利要求
一種基于功率平衡的靜止無功補(bǔ)償器無功電流跟蹤方法，在整個(gè)過程中，保持對(duì)變壓器低壓側(cè)三相相電壓和相電流、靜止無功補(bǔ)償器補(bǔ)償點(diǎn)的三相相電壓及靜止無功補(bǔ)償器輸出三相相電流進(jìn)行等間隔采樣，其特征在于，該方法包括下述具體過程第1步 取當(dāng)前采樣時(shí)刻為計(jì)算開始時(shí)刻，設(shè)為t0，設(shè)T為電網(wǎng)工頻周期，利用t0-T時(shí)刻到t0時(shí)刻變壓器低壓側(cè)的三相相電壓和相電流的采樣值數(shù)據(jù)，計(jì)算出t0時(shí)刻低壓側(cè)三相相電壓的幅值VLam、VLbm、VLcm和相位以及低壓側(cè)三相相電流的幅值ILam、ILbm、ILcm和相位計(jì)算相電壓和相電流之間的相位差再計(jì)算得到t0時(shí)刻負(fù)載所需的三相無功功率QL；第2步 利用t0-T時(shí)刻到t0時(shí)刻靜止無功補(bǔ)償器補(bǔ)償點(diǎn)相電壓的采樣值數(shù)據(jù)，計(jì)算出t0時(shí)刻補(bǔ)償點(diǎn)處相電壓的幅值VOam、VObm、VOcm和相位然后按照公式(1)(2)(3)計(jì)算出靜止無功補(bǔ)償器輸出三相純無功參考電流在t0時(shí)刻的瞬時(shí)值iQRa(t0)、iQrb(t0)、iQRc(t0)；第3步 將補(bǔ)償點(diǎn)電壓的合成電壓矢量的方向作為dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸方向時(shí)，輸出電流矢量在d軸上的投影iOd表示輸出電流的有功分量，在q軸上的投影iOq表示輸出電流的無功分量；據(jù)此對(duì)靜止無功補(bǔ)償器輸出純無功參考電流進(jìn)行abc三相坐標(biāo)系到dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得到靜止無功補(bǔ)償器輸出純無功參考電流t0時(shí)刻的三相瞬時(shí)值iQRa(t0)、iQrb(t0)、iQRc(t0)在dq0坐標(biāo)系下的分量iQRd(t0)、iQRq(t0)、iQRa(t0)；并對(duì)采樣得到的補(bǔ)償點(diǎn)處靜止無功補(bǔ)償器實(shí)際輸出相電流在t0時(shí)刻的三相瞬時(shí)值iOa(t0)、iOb(t0)、iOc(t0)進(jìn)行坐標(biāo)變換，分別得到它們?cè)赿q0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸下的分量iOd(t0)、iOq(t0)、iO0(t0)；第4步 將控制靜止無功補(bǔ)償器直流電容電壓的電壓比例積分環(huán)節(jié)的輸出作為t0時(shí)刻總參考電流的有功分量iRd(t0)；將上述第3步計(jì)算得到的t0時(shí)刻純無功參考電流的q軸分量iQRq(t0)作為總參考電流的q軸無功分量iRq(t0)，計(jì)算出iRd(t0)與iOd(t0)的差值Δid(t0)，以及iRq(t0)與iOq(t0)的差值Δiq(t0)；第5步 把上述第4步得到的Δid(t0)和Δiq(t0)分別通過電流比例積分環(huán)節(jié)運(yùn)算使得系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)電流比例積分環(huán)節(jié)的輸出量分別作為靜止無功補(bǔ)償器電壓控制量在dq0坐標(biāo)系下的d軸分量vPd(t0)和q軸分量vPq(t0)，把電壓控制量的0軸分量vP0(t0)設(shè)為0；對(duì)vPd(t0)、vPq(t0)、vP0(t0)進(jìn)行dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到abc三相坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得到abc坐標(biāo)系下PWM脈沖發(fā)生器的調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值vPa(t0)、vPb(t0)、vPc(t0)；第6步 將調(diào)制波信號(hào)瞬時(shí)值vPa(t0)、vPb(t0)、vPc(t0)經(jīng)過PWM調(diào)制生成脈沖信號(hào)控制靜止無功補(bǔ)償器中電力電子器件的開關(guān)，控制靜止無功補(bǔ)償器輸出交流電壓和電流；第7步 等待下一個(gè)采樣時(shí)刻，轉(zhuǎn)入第1步，重復(fù)執(zhí)行第1步到第7步，直至關(guān)機(jī)。FDA0000021247350000011.tif,FDA0000021247350000012.tif,FDA0000021247350000013.tif,FDA0000021247350000014.tif,FDA0000021247350000015.tif,FDA0000021247350000016.tif,FDA0000021247350000017.tif,FDA0000021247350000018.tif,FDA0000021247350000019.tif,FDA00000212473500000110.tif,FDA00000212473500000111.tif,FDA00000212473500000112.tif,FDA00000212473500000113.tif
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于功率平衡的靜止無功補(bǔ)償器無功電流跟蹤方法，首先對(duì)變壓器低壓側(cè)的三相相電壓和相電流進(jìn)行采樣，計(jì)算負(fù)載所需的無功功率，將其作為STATCOM的無功功率輸出參考值，結(jié)合補(bǔ)償點(diǎn)的電壓計(jì)算STATCOM需要輸出的純無功參考電流，使得實(shí)際輸出電流等于該純無功參考電流時(shí)，補(bǔ)償?shù)臒o功功率與負(fù)載所需的無功功率平衡。將該純無功參考電流進(jìn)行dq0分解可提取出總參考電流的無功分量，將控制STATCOM直流電容電壓的PI環(huán)節(jié)輸出作為總參考電流的有功分量，從而可以對(duì)電流的有功和無功分量分別進(jìn)行電流PI控制，控制STATCOM的輸出。本發(fā)明中，STATCOM補(bǔ)償點(diǎn)的設(shè)置不受負(fù)載電流測(cè)量點(diǎn)的限制，可以在變壓器各側(cè)靈活設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)，從而合理選定補(bǔ)償裝置的輸出電壓和補(bǔ)償電流大小。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101847874SQ20101016878
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者劉健, 尹項(xiàng)根, 張哲 , 張斌, 文明浩, 熊卿, 王存平 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)