一種基于改進(jìn)斜率調(diào)節(jié)的dstatcom群無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法，用于解決同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)DSTATCOM的無(wú)功互補(bǔ)問(wèn)題，包括以下步驟：建立計(jì)及網(wǎng)架參數(shù)條件下無(wú)功電壓和斜率調(diào)節(jié)下的DSTATCOM輸出無(wú)功電流之間的關(guān)系；接著根據(jù)裝置的最大無(wú)功容量整定各個(gè)DSTATCOM的調(diào)節(jié)斜率，合理分配各個(gè)裝置的無(wú)功輸出；最后在基準(zhǔn)電壓基礎(chǔ)上加入比例增益作為負(fù)反饋，構(gòu)成DSTATCOM新的電壓參考值，建立基于斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制方法。使其在無(wú)需通信的情況下，多個(gè)DSTATCOM在斜率調(diào)節(jié)下進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功輸出分配合理，在實(shí)現(xiàn)設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行的同時(shí)確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種基于改進(jìn)斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于改進(jìn)斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群 無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 新能源大量接入配網(wǎng)會(huì)給配網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)很多新的問(wèn)題，其中無(wú)功電壓?jiǎn)栴}是最為 受關(guān)注的問(wèn)題之一。目前在新能源并網(wǎng)點(diǎn)安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置是維持并網(wǎng)點(diǎn)電壓穩(wěn)定的最常 見(jiàn)的手段。
[0003] 電力系統(tǒng)是一個(gè)發(fā)輸配同時(shí)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的瞬時(shí)不平衡將導(dǎo)致 系統(tǒng)安全穩(wěn)定問(wèn)題，因此要求無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠快速響應(yīng)。但實(shí)際的低壓配網(wǎng)系統(tǒng)中，一般 都采用機(jī)械式投切裝置，滿(mǎn)足不了電力系統(tǒng)對(duì)快速性的要求。然而，隨著FACTS裝置的快速 發(fā)展，通過(guò)FACTS裝置的快速響應(yīng)及連續(xù)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、無(wú)功潮流等的快速平滑連續(xù)控 制，解決了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)無(wú)法解決的問(wèn)題。
[0004] 而FACTS家族中基于變流器并聯(lián)補(bǔ)償裝置的低壓靜止同步補(bǔ)償器（DSTATCOM)裝 置以其體積小，調(diào)節(jié)速度快，變流器的工作范圍大，輸出的電流獨(dú)立于電壓，因此在配電系 統(tǒng)越來(lái)越廣泛應(yīng)用。
[0005] 在許多實(shí)際應(yīng)用中，DSTATCOM并不是作為一個(gè)理想的電壓調(diào)節(jié)器來(lái)使用的，而是 允許輸出端電壓隨著輸出電流成一定比例的變化，即DSTATCOM的輸出無(wú)功根據(jù)系統(tǒng)電壓 的變化采用斜線(xiàn)控制。斜率調(diào)節(jié)能使得犧牲很小的電壓調(diào)節(jié)換取額定容量的大大減少，并 且防止電壓的微小波動(dòng)使得DSTATCOM頻繁運(yùn)行于無(wú)功極限狀態(tài)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于DSTATCOM 的研究中，主要包括DSTATCOM的建模仿真分析，DSTATCOM與發(fā)電機(jī)的分散協(xié)調(diào)控制，抑制 次同步諧振的機(jī)理分析，故障情況維持電壓穩(wěn)定控制策略，一個(gè)靜止無(wú)功補(bǔ)償器的多個(gè)控 制目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化控制等方面的內(nèi)容。然而，針對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)中相鄰區(qū)域多個(gè)DSTATCOM同時(shí)運(yùn) 行時(shí)，如何協(xié)調(diào)控制合理分配無(wú)功出力尚未有深入研究。
[0006] 實(shí)現(xiàn)DSTATCOM群的協(xié)調(diào)運(yùn)行的關(guān)鍵是能夠共同分擔(dān)電網(wǎng)的無(wú)功需求，而不是使 得DSTATCOM之間的出力處于互補(bǔ)的工況。實(shí)際系統(tǒng)中，DSTATCOM的并入位置具有分散性， 各個(gè)DSTATCOM的額定容量也不盡相同，并網(wǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)線(xiàn)路阻抗也不相同，并且低壓配網(wǎng)系統(tǒng) 中線(xiàn)路的電阻值較大，有功功率的傳輸對(duì)電壓的影響也相當(dāng)大，而且為了擺脫對(duì)通信的依 靠，如何使得各個(gè)DSTATCOM在無(wú)需通信的情況下實(shí)現(xiàn)按自身的額定容量比例分配無(wú)功出 力，實(shí)現(xiàn)共同分擔(dān)無(wú)功功率，是目前急需解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明結(jié)合DSTATCOM在實(shí)際工程應(yīng)用中的無(wú)功輸出 特性，提出了一種基于斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法；使其在無(wú)需通信 的情況下，多個(gè)DSTATCOM在斜率調(diào)節(jié)下進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功輸出 分配合理，在實(shí)現(xiàn)設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行的同時(shí)確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0009] -種基于改進(jìn)斜率調(diào)節(jié)的DSTATC0M群無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟： [0010] (1)建立計(jì)及網(wǎng)架參數(shù)條件下無(wú)功電壓與斜率調(diào)節(jié)下的分布式電源輸出有功電流 及DSTATC0M輸出無(wú)功電流之間的關(guān)系；
[0011] (2)由步驟⑴得出的網(wǎng)架參數(shù)與無(wú)功電壓、分布式電源有功電流及DSTATC0M輸 出無(wú)功電流之間的關(guān)系整定出各個(gè)DSTATC0M的調(diào)節(jié)斜率，合理分配各個(gè)DSTATC0M的無(wú)功 輸出；
[0012] (3)由步驟（2)整定出的調(diào)節(jié)斜率得到無(wú)功裝置的比例增益，并在基準(zhǔn)電壓基 礎(chǔ)上加入比例增益作為負(fù)反饋，構(gòu)成DSTATC0M新的電壓參考值，建立基于斜率調(diào)節(jié)的 DSTATC0M群協(xié)調(diào)控制方法。
[0013] 其中各步驟具體的實(shí)現(xiàn)方式為：
[0014] 步驟（1)是通過(guò)建立分布式電源輸出有功功率及DSTATC0M輸出的無(wú)功功率，得 到計(jì)及網(wǎng)架參數(shù)條件下的無(wú)功電壓、斜率調(diào)節(jié)下的分布式電源輸出的有功電流及DSTATC0M 輸出的無(wú)功電流之間的關(guān)系，具體如下：
[0015] 分布式電源輸出的有功功率如式（1)所示，DSTATC0M輸出的無(wú)功功率如
[0016] 式⑵所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于改進(jìn)斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括 以下步驟： (1) 建立考慮網(wǎng)架參數(shù)條件下的無(wú)功電壓、斜率調(diào)節(jié)下的分布式電源輸出的有功電流 及DSTATCOM輸出的無(wú)功電流之間的關(guān)系； (2) 由步驟（1)得出的網(wǎng)架參數(shù)與無(wú)功電壓、分布式電源有功電流及DSTATCOM輸出 無(wú)功電流之間的關(guān)系整定出各個(gè)DSTATCOM的調(diào)節(jié)斜率，合理分配各個(gè)DSTATCOM的無(wú)功輸 出； (3) 由步驟（2)整定出的調(diào)節(jié)斜率得到無(wú)功裝置的比例增益，并在基準(zhǔn)電壓基礎(chǔ)上加 入比例增益作為負(fù)反饋，構(gòu)成DSTATCOM新的電壓參考值，建立基于斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM群 協(xié)調(diào)控制方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)建立分布式電源輸出有功功率及 DSTATCOM輸出的無(wú)功功率，得到計(jì)及網(wǎng)架參數(shù)條件下的無(wú)功電壓、斜率調(diào)節(jié)下的分布式電 源輸出的有功電流及DSTATCOM輸出的無(wú)功電流之間的關(guān)系，具體如下： 分布式電源輸出的有功功率如式（1)所示，DSTATCOM輸出的無(wú)功功率如式（2)所示：
(1) (2) 式中，P為分布式電源輸出的有功功率；Q為DSTATCOM輸出的無(wú)功功率；UA為線(xiàn)路末端 電壓；UB為線(xiàn)路首端電壓；R為線(xiàn)路電阻；X為線(xiàn)路電抗；δ為兩端電壓的相角差； 根據(jù)實(shí)際線(xiàn)路的阻抗特性，將實(shí)際的有功和無(wú)功轉(zhuǎn)化為虛擬的有功和無(wú)功功率，令

(3) 式中，Ρ'和Q'為虛擬的有功功率和無(wú)功功率；a = atan(R/X)，為線(xiàn)路的阻抗角，Ζ為 線(xiàn)路阻抗，a為線(xiàn)路阻抗角； 由分布式電源輸出的有功功率及DSTATCOM輸出的無(wú)功功率得到分布式電源輸出的有 功電流如式⑷，DSTATCOM輸出的無(wú)功電流如式（5):
(4) (5) 式中，Ia為分布式電源輸出的有功電流；I,為DSTATCOM輸出的無(wú)功電流； 同樣，將實(shí)際的有功電流及無(wú)功電流轉(zhuǎn)化為虛擬的有功電流和無(wú)功電流，則虛擬有功 電流和無(wú)功電流如式（6)所示： (6) 式中，、和L為實(shí)際的有功和無(wú)功功率；I' 3和為轉(zhuǎn)化后的虛擬的有功和無(wú)功功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)得到的分布式電源輸出的有功電流 及DSTATCOM輸出的無(wú)功電流及線(xiàn)路參數(shù)之間的關(guān)系整定各個(gè)DSTATCOM的斜率，合理分配 各DSTATCOM的無(wú)功出力，其具體過(guò)程如下： 為了降低線(xiàn)路電阻對(duì)系統(tǒng)并聯(lián)均流的不利影響，對(duì)斜率調(diào)節(jié)下的DSTATCOM輸出的無(wú) 功電流與端電壓之間的關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)得式（7): U* = Uref+kpuIa+kquIr (7) 式中丄為DSTATCOM輸出的實(shí)際無(wú)功電流；Ia為DG輸出的有功電流；UMf為DSTATCOM 基準(zhǔn)參考電壓；U#為DSTATCOM計(jì)及斜率調(diào)節(jié)后實(shí)際的參考電壓；kpu為DG的有功調(diào)節(jié)斜率； kqu為DSTATCOM無(wú)功調(diào)節(jié)斜率； 由式（6)得
，實(shí)際運(yùn)行中，兩端電壓的相角差值δ?〇,即虛擬 的無(wú)功電流簡(jiǎn)化式（8):
(8) 設(shè)母線(xiàn)端電壓UB，η條線(xiàn)路并聯(lián)，每條線(xiàn)路末端接一個(gè)分布式電源及一個(gè)DSTATCOM，即 每條線(xiàn)路末端電壓與母線(xiàn)電壓之間的關(guān)系如式（9):
(9) 式中，{/:、￡/(、…、?/,:分別為第一個(gè)DSTATCOM至第η個(gè)DSTATCOM的實(shí)際參考電壓； I'ri、I'rt、…、〖'《^分別為第一條線(xiàn)路至第η條線(xiàn)路輸出的虛擬無(wú)功電流；ZpZ 2、…、Zn* 別為第一條線(xiàn)路至第η條線(xiàn)路的阻抗； 將式（7)代入式（9)，得式（10): Uref+kpulIal+kqulIrl + I rlZl Uref+kpUiIa2+kqU2lr2+I Uref~^kpUnIan't'kqUnI rn't'I rnZn (10) 式中，kpul、kpu2、···、kpun為第一個(gè)DG至第n個(gè)DG的有功調(diào)節(jié)斜率 ；kqul、kqu2、…、kqun 為第一個(gè)DSTATCOM至第n個(gè)DSTATCOM的無(wú)功調(diào)節(jié)斜率； ρ γ 將式（6)中/)二代入式（10)，并化簡(jiǎn)得式（11): Ow+Ri) Ial+Gv+X!) Irl = (kpu2+R2) Ia2+(kqu2+X2) Ir2 =…=(kpun+Rn) Im+(k-+Xn) Irn(11) 令 Ia2 = n2Ial、…、Im = nnIal，調(diào)節(jié) kpul、kpu2、…、kpun 使得式（12)成立， IVn+Ri = (kpu2+R2) n2 =…=(kpun+Rn) nn (12) 將式（12)代入式（11)，得式（13): Ο^+ΧΟ?η = (kqu2+X2)Ir2 =…=(k-+Xn)Irn (13) 由式（13)可知，各個(gè)DSTATCOM對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)斜率與對(duì)應(yīng)的線(xiàn)路電抗之和與其輸出的無(wú) 功電流成比例關(guān)系，因此，同樣也跟其輸出的對(duì)應(yīng)無(wú)功功率成比例關(guān)系，如式（14): (k1+X1)/(k2+X2)/-/(k n+Xn) = QyQ^-VQn (14) 式中，Qi、Q2、…仏分別為第一個(gè)DSTATCOM至第η個(gè)DSTATCOM輸出的無(wú)功功率； 由此，為了合理分配各個(gè)DSTATC0M輸出的無(wú)功功率，對(duì)各個(gè)DSTATC0M的斜率整定如式 (15)， (kj+Xj) / (k2+X2) /··· / (kn+Xn) - Qimax/Q2max/*** /Qnmax (! 5)式中，Qlmax、Q2max、…、分 別為第一個(gè)DSTATCOM至第n個(gè)DSTATCOM最大無(wú)功容量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)得到的DG有功輸出的斜率調(diào)節(jié)kpu及 DSTATCOM無(wú)功輸出的斜率調(diào)節(jié)kqu，根據(jù)整定出的斜率得到無(wú)功裝置的比例增益，并在基準(zhǔn) 電壓基礎(chǔ)上加入比例增益作為負(fù)反饋，構(gòu)成DSTATCOM新的電壓參考值，建立基于斜率調(diào)節(jié) 的DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制方法，具體如下： 對(duì)DG有功輸出的調(diào)節(jié)斜率kpu與其輸出的有功電流的乘積與DSTATCOM無(wú)功輸出的調(diào) 節(jié)斜率kqu與其對(duì)應(yīng)輸出的無(wú)功電流的乘積求和作為負(fù)反饋； 并網(wǎng)點(diǎn)的參考電壓UMf及實(shí)際電壓Up。。進(jìn)行比較后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器形成q軸參考電流〇 直流側(cè)電容電壓Ud。與參考值Ud_f比較后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器形成有功電流指令信號(hào)?】，控 制直流側(cè)電容電壓在其正常范圍之內(nèi)； DSTATCOM輸出的三相電流信號(hào)經(jīng)Park變換后得到d軸和q軸的實(shí)際值id，i,，與參考 指令電流信號(hào)丨^ 經(jīng)PI控制后形成PWM調(diào)制波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)DSTATCOM主電路。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104104093SQ201410312853
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】魏承志, 丁曉兵, 劉年, 黃維芳, 蘇杰和, 文安, 金鑫, 楊穎安, 李正紅, 沈添福 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司