靜止同步補償裝置及其實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種靜止同步補償裝置及其實現(xiàn)方法，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的配電系統(tǒng)電能質(zhì)量受到嚴(yán)重影響后，傳統(tǒng)無功補償裝置和常規(guī)濾波裝置不能有效解決動態(tài)電能質(zhì)量的問題。該靜止同步補償裝置，包括中央處理模塊，輸出端分別與中央處理模塊相連的直流電壓采樣模塊、輸出電流采樣模塊和負(fù)載電流采樣模塊，輸入端分別與中央處理模塊相連的人機界面和觸發(fā)電路，輸出端與直流電壓采樣模塊相連、輸入端與觸發(fā)電路相連的變流器，所述變流器和輸出電流采樣模塊均與電網(wǎng)相連，所述負(fù)載電流采樣模塊與負(fù)載相連。通過上述方案，本發(fā)明達(dá)到了性價比較高，實現(xiàn)有效補償?shù)耐瑫r不會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】靜止同步補償裝置及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種靜止同步補償裝置及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的無功補償技術(shù)如同步調(diào)相機、電容器等，受其原理及實現(xiàn)方式的限制，對快速動態(tài)無功補償不能給出實用、高效的解決方案。SVC等靜止補償裝置雖然可以實現(xiàn)連續(xù)快速補償，但其本質(zhì)上仍然采用電容/電抗提供無功，因而補償特性會受系統(tǒng)工況的限制，且其產(chǎn)生的補償電流諧波含量較高，甚至必須配備濾波器。
[0003]傳統(tǒng)無源濾波裝置的濾波效果與系統(tǒng)運行參數(shù)密切相關(guān)，受系統(tǒng)諧波特性(阻抗/短路容量)變化和系統(tǒng)電壓的影響，其諧波頻譜的適用范圍小，適應(yīng)負(fù)載特性的能力較差，而且易受溫度漂移、網(wǎng)絡(luò)諧波污染、自身元件老化的影響，過載能力較差，在特定情況下還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振，因而，在實際應(yīng)用中缺少一種性價比較高，功能適用且不會對配電系統(tǒng)造成不利影響的補償裝置，不能滿足實際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種靜止同步補償裝置及其實現(xiàn)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的配電系統(tǒng)電能質(zhì)量受到嚴(yán)重影響后，傳統(tǒng)無功補償裝置和常規(guī)濾波裝置不能有效解決動態(tài)電能質(zhì)量的問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
靜止同步補償裝置，包括中央處理模塊，輸出端分別與中央處理模塊相連的直流電壓采樣模塊、輸出電流采樣模塊和負(fù)載電流采樣模塊，輸入端分別與中央處理模塊相連的人機界面和觸發(fā)電路，輸出端與直流電壓采樣模塊相連、輸入端與觸發(fā)電路相連的變流器，所述變流器和輸出電流采樣模塊均與電網(wǎng)相連，所述負(fù)載電流采樣模塊與負(fù)載相連。
[0006]進一步地，所述直流電壓采樣模塊、輸出電流采樣模塊和負(fù)載電流采樣模塊均為霍爾傳感器。
[0007]作為優(yōu)選，所述變流器采用IGBT變流器；所述人機界面采用嵌入式一體化觸摸屏人機界面。
[0008]具體地說，所述中央處理模塊、直流電壓采樣模塊、輸出電流采樣模塊、負(fù)載電流采樣模塊、觸發(fā)電路和變流器均集成并固定安裝于一柜體內(nèi)，所述人機界面安裝于柜體上。
[0009]基于上述裝置，本發(fā)明提供了一種靜止同步補償裝置的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
(1)輸出電流采樣模塊將采集到的電網(wǎng)電流信號傳遞至中央處理模塊，中央處理模塊將接收到的電流信號進行dq變換后得出反饋值Iq ;負(fù)載電流采樣模塊將采集到的負(fù)載電流信號傳遞至中央處理模塊，中央處理模塊根據(jù)該電流信號得出參考電流IQMf ;
(2)中央處理模塊將得出的反饋值Iq和參考電流Ittof差分后送入PI調(diào)節(jié)器；
(3)PI調(diào)節(jié)器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)得出獲得無功諧波補償電流的控制指令； (4)中央處理模塊將該控制指令反變換形成實際的補償電流控制信號；
Ca)輸出電流采樣模塊將采集到的電網(wǎng)電流信號傳遞至中央處理模塊，中央處理模塊將該電流信號進行dq變換后形成基波有功電流反饋值Id ;直流電壓采樣模塊采集直流側(cè)電壓反饋值Udref ；
(b)中央處理模塊計算直流側(cè)電壓反饋值Udref與給定電壓值的差值，將計算出的差值和基波有功電流反饋值Id均送入PI調(diào)節(jié)器；
(c)PI調(diào)節(jié)器根據(jù)接收到的差值形成基波有功電流指令值IPMf，并根據(jù)基波有功電流反饋值Id和形成的基波有功電流指令值Ipm得出直流側(cè)電壓控制所需的電流控制信號；
Cd)中央處理模塊將該電流控制信號進行dq反變換形成實際的電流控制信號；
中央處理模塊將步驟(4)和步驟(d)得出的電流控制信號進行疊加形成最終的輸出電流控制信號，進而得出變流器輸出控制電壓、導(dǎo)通狀態(tài)及時間，獲得觸發(fā)信號，通過觸發(fā)電流驅(qū)動該變流器進行補償。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明集無功功率的連續(xù)、快速、同步補償、濾波、平衡三相負(fù)載、消除電壓閃變和電壓波動等多種功能于一體，能夠有效地提高供電電壓質(zhì)量、提高配電網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行水平，同時還可以降低功率損耗和電能損失，解決了傳統(tǒng)無功補償和常規(guī)濾波裝置不能有效解決的動態(tài)電能質(zhì)量問題，代表了無功補償、諧波治理、電能質(zhì)量控制的發(fā)展方向。
[0011](2)本發(fā)明支持自適應(yīng)補償，即可以自動跟蹤補償變化的諧波與無功功率，對補償?shù)膶ο笥兄鴺O快的響應(yīng)；可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響，同時可以根據(jù)不同的現(xiàn)場要求靈活設(shè)定不同的控制方式，進而達(dá)到不同的補償效果，應(yīng)用靈活，適用范圍較廣。
[0012](3)本發(fā)明支持連續(xù)動態(tài)無功補償，即可以對無功功率連續(xù)動態(tài)跟蹤補償，響應(yīng)快(40 μ s響應(yīng)負(fù)荷變化，全響應(yīng)時間小于10ms)，補償容量準(zhǔn)確可控，輸出電流不依賴于系統(tǒng)電壓，有著較寬的運行范圍和較好的補償效果，可以從感性到容性全范圍連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0013](4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、實施方便、性價比較高，符合實際需求，具有實質(zhì)性特點和進步，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的控制邏輯示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0017]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種靜止同步補償裝置，包括柜體，安裝于柜體內(nèi)的中央處理模塊、輸出電流采樣模塊、負(fù)載電流采樣模塊、直流電壓采樣模塊、觸發(fā)電路和變流器，安裝于柜體上的人機界面。
[0018]在實際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的容量要求，對柜體進行靈活設(shè)置，再把各個模塊安裝在柜體中，組裝出靜止同步補償裝置。
[0019]其中，中央處理模塊連接輸出電流采樣模塊、負(fù)載電流采樣模塊、直流電壓采樣模塊、觸發(fā)電路和人機界面，主要負(fù)責(zé)將輸出電流采樣模塊、負(fù)載電流采樣模塊、直流電壓采樣模塊采集來的數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)出補償電流指令信號，進而控制觸發(fā)電路觸發(fā)變流器產(chǎn)生補償電流，抵消負(fù)載電流中需要補償?shù)闹C波、無功及不平衡分量，最終得到期望的電源電流，實現(xiàn)補償功能；
輸出電流采樣模塊的輸出端與中央處理模塊的控制端連接，輸入端與電網(wǎng)一次進線端連接，主要負(fù)責(zé)采樣電網(wǎng)進線的電流數(shù)據(jù)傳送給中央處理模塊進行處理；負(fù)載電流采樣模塊的輸出端與中央處理模塊的控制端連接，輸入端與負(fù)載端連接，主要負(fù)責(zé)采樣負(fù)載端的電流數(shù)據(jù)傳送給中央處理模塊進行處理；直流電壓采樣模塊的輸出端與中央處理模塊連接，輸入端與變流器相連，主要負(fù)責(zé)采樣變流器上的直流電壓數(shù)據(jù)傳送給中央處理模塊處理；
變流器一端與觸發(fā)電路連接，另一端與電網(wǎng)一次進線連接，主要接受觸發(fā)電路的控制產(chǎn)生補償電流，抵消負(fù)載電流中需要補償?shù)闹C波、無功及不平衡分量，最終得到期望的電源電流，實現(xiàn)補償功能；
人機界面與中央處理模塊連接，主要是對整個裝置的運行狀態(tài)、各項數(shù)據(jù)進行顯示，并可通過嵌入式一體化觸摸屏人機界面對相關(guān)數(shù)據(jù)進行設(shè)置。
[0020]作為優(yōu)選，變流器模塊采用具有高度的可控性和快速響應(yīng)性，可以快速跟蹤負(fù)荷波動，高效地補償無功、諧波及不平衡分量，降低無功損耗，清潔電網(wǎng)，提高電能質(zhì)量，保證用電設(shè)備的正常工作的IGBT變流器；人機界面采用嵌入式一體化觸摸屏人機界面，其是可編程序控制器的小型人機界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)，從而使操作人員能夠自如地控制機器設(shè)備。
[0021]本發(fā)明中，靜止同步補償裝置在運行時需要控制交流并網(wǎng)側(cè)輸出電流的諧波及無功分量，同時穩(wěn)定直流側(cè)電壓。傳統(tǒng)的基于靜止坐標(biāo)系的控制方法，反饋值、參考值皆為正弦信號，最終的電流控制存在穩(wěn)態(tài)誤差，而且通常采用的線性化三角函數(shù)的方法的動態(tài)性能較差，對高次諧波的補償效果不甚理想，基于此，本發(fā)明的控制方法如圖2所示:
靜止同步補償裝置采用dq變換控制模式，在運算過程中反饋值、參考值及指令信號在穩(wěn)態(tài)時均為直流信號，通過PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無誤差的電流跟蹤控制，結(jié)合二階復(fù)合預(yù)測前饋控制方式，達(dá)到快速高精度的濾波補償效果。
[0022]設(shè)為三相電流，其一:靜止同步補償裝置的輸出電流(la、lb、Ic)經(jīng)dq變換后形成反饋值Iq，其和根據(jù)負(fù)載電流計算獲得的參考電流IQMf差分后進入PI調(diào)節(jié)器，計算獲得無功諧波補償電流的控制指令，而后經(jīng)dq反變換形成實際的補償電流控制信號。當(dāng)對多次諧波電流同時補償時，按各次諧波的對應(yīng)頻率分別進行dq變換運算并累加形成控制信號；
其二:靜止同步補償裝置的輸出電流(la、lb、Ic)經(jīng)dq變換后形成基波有功電流反饋值Id，直流側(cè)電壓反饋值Udref和電壓給定值的差值通過PI調(diào)節(jié)器形成基波有功電流指令值Ipd，反饋值和指令值差分后進入PI調(diào)節(jié)器，計算獲得直流側(cè)電壓控制所需的電流控制信號，并經(jīng)dq反變換形成實際的電流控制信號； 上述無功諧波補償電流控制信號和直流側(cè)電壓控制電流信號疊加形成最終的靜止同步補償裝置的輸出電流控制信號，進而計算獲得變流器輸出控制電壓，確定IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)及時間，獲得觸發(fā)信號，通過觸發(fā)電路驅(qū)動變流器。
[0023]計算獲得參考電流Ittof時為避免控制運算過程的控制滯后，采取預(yù)測電流補償，以保證動態(tài)性能和補償精度，預(yù)測方法采用二階預(yù)測和周期迭代預(yù)測的自適應(yīng)加權(quán)復(fù)合預(yù)測，實現(xiàn)預(yù)測值的自適應(yīng)調(diào)整。
[0024]按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.靜止同步補償裝置，其特征在于，包括中央處理模塊，輸出端分別與中央處理模塊相連的直流電壓米樣模塊、輸出電流米樣模塊和負(fù)載電流米樣模塊，輸入端分別與中央處理模塊相連的人機界面和觸發(fā)電路，輸出端與直流電壓采樣模塊相連、輸入端與觸發(fā)電路相連的變流器，所述變流器和輸出電流采樣模塊均與電網(wǎng)相連，所述負(fù)載電流采樣模塊與負(fù)載相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止同步補償裝置，其特征在于，所述直流電壓采樣模塊、輸出電流采樣模塊和負(fù)載電流采樣模塊均為霍爾傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜止同步補償裝置，其特征在于，所述變流器采用IGBT變流器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜止同步補償裝置，其特征在于，所述人機界面采用嵌入式一體化觸摸屏人機界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜止同步補償裝置，其特征在于，所述中央處理模塊、直流電壓采樣模塊、輸出電流采樣模塊、負(fù)載電流采樣模塊、觸發(fā)電路和變流器均集成并固定安裝于一柜體內(nèi)，所述人機界面安裝于柜體上。
6.權(quán)利要求1飛任意一項所述的靜止同步補償裝置的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)輸出電流采樣模塊將采集到的電網(wǎng)電流信號傳遞至中央處理模塊，中央處理模塊將接收到的電流信號進行dq變換后得出反饋值Iq ;負(fù)載電流采樣模塊將采集到的負(fù)載電流信號傳遞至中央處理模塊，中央處理模塊根據(jù)該電流信號得出參考電流IQMf ; (2)中央處理模塊將得出的反饋值Iq和參考電流Ittof差分后送入PI調(diào)節(jié)器； (3)PI調(diào)節(jié)器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)得出獲得無功諧波補償電流的控制指令； (4)中央處理模塊將該控制指令反變換形成實際的補償電流控制信號； Ca)輸出電流采樣模塊將采集到的電網(wǎng)電流信號傳遞至中央處理模塊，中央處理模塊將該電流信號進行dq變換后形成基波有功電流反饋值Id ;直流電壓采樣模塊采集直流側(cè)電壓反饋值Udref ； (b)中央處理模塊計算直流側(cè)電壓反饋值Udref與給定電壓值的差值，將計算出的差值和基波有功電流反饋值Id均送入PI調(diào)節(jié)器； (c)PI調(diào)節(jié)器根據(jù)接收到的差值形成基波有功電流指令值IPMf，并根據(jù)基波有功電流反饋值Id和形成的基波有功電流指令值Ipm得出直流側(cè)電壓控制所需的電流控制信號； Cd)中央處理模塊將該電流控制信號進行dq反變換形成實際的電流控制信號； 中央處理模塊將步驟(4)和步驟(d)得出的電流控制信號進行疊加形成最終的輸出電流控制信號，進而得出變流器輸出控制電壓、導(dǎo)通狀態(tài)及時間，獲得觸發(fā)信號，通過觸發(fā)電流驅(qū)動該變流器進行補償。
【文檔編號】H02J3/18GK103825289SQ201410104802
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】陳財建, 柴若愚, 羅海衛(wèi), 李敏 申請人:成都星宇節(jié)能技術(shù)股份有限公司