一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及其控制方法，用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)。智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)SVC補(bǔ)償支路與SVG補(bǔ)償支路的高效協(xié)調(diào)控制，從而達(dá)到精確補(bǔ)償及瞬時(shí)響應(yīng)的能力，能夠在容量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)從容性到感性的連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)，能夠解決由于沖擊性負(fù)荷而引起的無(wú)功突變問(wèn)題，有效地抑制電網(wǎng)電壓由于大負(fù)荷起停或遇到故障情況造成的閃變和跌落，提高系統(tǒng)出力，同時(shí)，SVC補(bǔ)償支路與SVG補(bǔ)償支路相結(jié)合，使產(chǎn)品在補(bǔ)償特性、造價(jià)、可靠性等方面達(dá)到最優(yōu)，性價(jià)比更高。
【專利說(shuō)明】
一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及其控制方法，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，諸如交流電弧爐、電氣化鐵路、大型軋鋼機(jī)等均屬于動(dòng)態(tài)變化的非線性負(fù)荷。這類負(fù)荷的特點(diǎn)是有功功率與無(wú)功功率隨時(shí)間作快速變化，由于其非線性和不平衡的用電特性，使供電電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變，引起電壓的波動(dòng)、閃變以及三相不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率的波動(dòng)，而且向系統(tǒng)注入大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。
[0003]靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(簡(jiǎn)稱SVC)是一種快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率的裝置，其典型代表是晶閘管控制電抗器+固定電容器(TCR+FC)、晶閘管投切電容器(TSC)、以及磁控電抗器+固定電容器(MCR+FC)等。目前已成功地應(yīng)用于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上。這種裝置在功能多樣性、工作可靠性以及投資和運(yùn)行成本等方面都比早期同步調(diào)相機(jī)有明顯的優(yōu)點(diǎn)，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，因而在國(guó)內(nèi)外得到較快的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用。
[0004]基于在SVC技術(shù)研究的基礎(chǔ)之上，隨著GT0、IGCT, IGBT等大功率電力電子器件的發(fā)展和應(yīng)用，靜止無(wú)功發(fā)生器(簡(jiǎn)稱SVG)成為最新一代動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，具備響應(yīng)速度快、吸收無(wú)功連續(xù)、產(chǎn)生的高次諧波量小、調(diào)節(jié)范圍廣、損耗與噪音小等突出優(yōu)點(diǎn)，在電能質(zhì)量與無(wú)功補(bǔ)償研究的領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
[0005]SVC與SVG相比較，SVC運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)性較好，但是SVC響應(yīng)速度慢，響應(yīng)時(shí)間需20?40ms，而響應(yīng)時(shí)間是抑制電壓波動(dòng)閃變的主要決定因素，SVC響應(yīng)慢，無(wú)法有效抑制電壓閃變。與SVC相比，SVG動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果好，響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于5ms，能夠有效抑制電壓波動(dòng)和閃變；對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，安全性與穩(wěn)定性較好，不會(huì)發(fā)生諧波放大的情況。但是SVG由于受到元器件容量限制，大容量的SVG實(shí)施困難，工程造價(jià)高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述各裝置的不足，通過(guò)結(jié)合兩種裝置各自的優(yōu)點(diǎn)，以提供一種動(dòng)態(tài)特性好，響應(yīng)速度快，能夠有效抑制電壓波動(dòng)和閃變，提高電能質(zhì)量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)從容性到感性連續(xù)補(bǔ)償?shù)闹悄苄蛣?dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及其控制方法。
[0007]本發(fā)明公開(kāi)了一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)，該補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路包含補(bǔ)償支路以及控制器，所述補(bǔ)償支路包含SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路，所述SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路并聯(lián)接入電網(wǎng)，電網(wǎng)連接有其他負(fù)荷；
[0008]其中，所述SVC補(bǔ)償支路，與控制器相連接，包含SVC電流采樣電路、投切控制單元和電容器補(bǔ)償支路，所述SVC電流采樣電路采集SVC補(bǔ)償支路的電流，并將電流采樣信號(hào)傳輸至控制器，所述投切控制單元接收控制器發(fā)出的投切信號(hào)，控制電容器補(bǔ)償支路的投切；所述電容器補(bǔ)償支路為由若干個(gè)三角形或星型連接的電容器組成的補(bǔ)償支路；
[0009]所述SVG補(bǔ)償支路，與控制器相連接，包含SVG電流采樣電路、逆變電路，所述SVG電流采樣電路采集SVG補(bǔ)償支路的電流，并將電流采樣信號(hào)傳輸至控制器，所述逆變電路是以電容為直流側(cè)儲(chǔ)能元件的三相橋式逆變電路，并通過(guò)串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)，用于接收控制器發(fā)出的PWM脈沖控制信號(hào)，并發(fā)出精確可控的無(wú)功電流；
[0010]所述控制器，與電網(wǎng)連接，采集系統(tǒng)電流和系統(tǒng)電壓，通過(guò)控制SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路，對(duì)電網(wǎng)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述SVC電流采樣電路通過(guò)霍爾傳感器采集SVC補(bǔ)償支路的電流，所述SVG電流采樣電路通過(guò)霍爾傳感器采集SVG補(bǔ)償支路的電流。
[0012]作為優(yōu)選，所述控制器控制SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路的步驟是:控制器先采集電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流，計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率，預(yù)先設(shè)定的無(wú)功控制目標(biāo)值為零，根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)值與系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率的差值，首先向SVG補(bǔ)償支路發(fā)送PWM脈沖控制信號(hào)，使其發(fā)出精確可控的無(wú)功電流，隨后向SVC補(bǔ)償支路發(fā)出投切控制信號(hào)，控制投切控制單元的投切動(dòng)作，由此實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償。
[0013]作為優(yōu)選，所述控制器包含電壓互感器，電流互感器，采樣電路，信號(hào)調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，主控CPU，PWM驅(qū)動(dòng)電路、PWM觸發(fā)電路，1 口開(kāi)出電路，所述電壓互感器和電流互感器連接電網(wǎng)，所述采樣電路將電壓互感器、電流互感器采集到的信號(hào)輸入信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路將處理好的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后輸入至主控CPU，主控CPU生成PWM脈沖指令和投切控制信號(hào)，PWM脈沖指令經(jīng)PWM驅(qū)動(dòng)電路、PWM觸發(fā)電路發(fā)出相應(yīng)的PWM脈沖控制信號(hào)到所述補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路以驅(qū)動(dòng)SVG補(bǔ)償支路工作，投切控制信號(hào)經(jīng)1 口開(kāi)出電路到所述補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路以驅(qū)動(dòng)SVC補(bǔ)償支路工作。
[0014]進(jìn)一步地，所述控制器還包括鎖相環(huán)電路、過(guò)流檢測(cè)電路、過(guò)壓檢測(cè)電路、PWM故障反饋電路和通訊CPU，其中:
[0015]所述鎖相環(huán)電路，與信號(hào)調(diào)理電路相連接，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理好的電壓信號(hào)進(jìn)行鎖相，并將結(jié)果輸送至主控CPU。通過(guò)該鎖相環(huán)電路，系統(tǒng)可快速鎖定電網(wǎng)的相位和頻率，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的精確同步，可保證SVG補(bǔ)償支路無(wú)功電流的控制精度。
[0016]所述過(guò)流檢測(cè)電路，與信號(hào)調(diào)理電路相連接，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理好的裝置側(cè)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電流時(shí)，直接閉鎖PWM驅(qū)動(dòng)電路，并將故障信號(hào)反饋至主控CPU。通過(guò)過(guò)流檢測(cè)電路，在系統(tǒng)產(chǎn)生故障或由于外界原因引起故障的情況下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速的過(guò)電流保護(hù)，該保護(hù)可通過(guò)過(guò)流檢測(cè)硬件電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要軟件干預(yù)，保護(hù)速度快，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
[0017]所述過(guò)壓檢測(cè)電路，與信號(hào)調(diào)理電路相連接，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理好的直流電容電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電壓時(shí)，直接閉鎖PWM驅(qū)動(dòng)電路，并將故障信號(hào)反饋至主控CPU。通過(guò)過(guò)壓檢測(cè)電路，在系統(tǒng)產(chǎn)生故障或由于外界原因引起故障的情況下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速的直流電壓過(guò)電壓保護(hù)，該保護(hù)可通過(guò)過(guò)壓檢測(cè)硬件電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要軟件干預(yù)，保護(hù)速度快，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
[0018]所述PWM故障反饋電路，與主電路相連接，將從主電路獲得的IGBT故障信號(hào)傳送至PWM驅(qū)動(dòng)電路，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)再將此故障信號(hào)反饋至主控CPU。通過(guò)PWM故障反饋電路，在IGBT故障的情況下，控制器可根據(jù)PWM故障反饋信號(hào)自動(dòng)閉鎖PWM脈沖信號(hào)，不需要軟件干預(yù)，保護(hù)速度快，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
[0019]所述通訊CPU，與主控CPU通過(guò)雙口 RAM電路進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交互；所述通訊CPU還連接有數(shù)據(jù)存取電路，通訊CPU將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存取電路中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，控制器斷電重啟時(shí)再?gòu)闹凶x出；通訊CPU連接有各類通訊電路，以太網(wǎng)通訊電路、RS-232通訊電路、RS-485通訊電路，RS-485通訊電路與系統(tǒng)外部的人機(jī)界面之間以報(bào)文的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。通訊CPU主要用于運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的存取，以及通訊數(shù)據(jù)的計(jì)算和顯示。通訊CPU與主控CPU相分離，各自負(fù)責(zé)不同的功能，有助于提高主控CPU運(yùn)行效率。
[0020]該智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)將SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路相結(jié)合，SVG補(bǔ)償支路在其可調(diào)范圍內(nèi)作為一個(gè)快速可控的無(wú)功源，用于對(duì)無(wú)功需求中的動(dòng)態(tài)部分做出及時(shí)反應(yīng)；SVC補(bǔ)償支路則用于系統(tǒng)無(wú)功平穩(wěn)情況下的無(wú)功功率補(bǔ)償。SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路既相互協(xié)調(diào)配合，又各自相對(duì)獨(dú)立工作，以滿足不同的無(wú)功補(bǔ)償需求。區(qū)別于傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，該新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在裝置靈活性、響應(yīng)速度、性價(jià)比等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。
[0021]本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于上述新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法，所述方法包含以下步驟:
[0022]步驟1、控制器從電網(wǎng)采集主交流電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流，計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率(QSYS)，
[0023]步驟2、首先，以QSYS表示系統(tǒng)無(wú)功功率，QSVG額表示SVG補(bǔ)償支路的額定無(wú)功補(bǔ)償容量，QSVG表示SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，QSVC投限表示SVC補(bǔ)償支路投入電容時(shí)的無(wú)功功率投入門限設(shè)置值，QSVC切限表示SVC補(bǔ)償支路切除電容時(shí)的無(wú)功功率切除門限設(shè)置值，M表示SVC補(bǔ)償支路已投入的電容器組數(shù)，N表示SVC補(bǔ)償支路未投入的電容器組數(shù)，U電壓表示系統(tǒng)電壓，U下限表示正常電壓的最小值，U上限表示正常電壓的最大值；然后，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的系統(tǒng)無(wú)功功率(QSYS)，當(dāng)IQSYSI >0時(shí)，判斷SVG補(bǔ)償支路需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率數(shù)值(Iqsvg - qsys I)是否超出svg補(bǔ)償支路的額定無(wú)功補(bǔ)償容量(Iqsvg額
)，如果超出，SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于-1 QSVG額I或I QSVG額|，如果未超出，SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于QSVG - QSYS，控制器將此信號(hào)發(fā)送給SVG補(bǔ)償支路，使SVG補(bǔ)償支路執(zhí)行無(wú)功補(bǔ)償；
[0024]步驟3、SVG補(bǔ)償支路執(zhí)行無(wú)功補(bǔ)償后，控制器對(duì)系統(tǒng)電壓(U電壓)進(jìn)行判定:如果U下限〈U電壓〈U上限不成立，并且SVC補(bǔ)償支路已投入若干電容器，則切除所有已投入電容器；如果U下限〈U電壓〈U上限成立，則進(jìn)行SVC補(bǔ)償支路是否投切電容的判斷；如果系統(tǒng)的實(shí)際無(wú)功功率(QSYS - QSVG)大于QSVC投限，并且此狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間，則在電容器未全部投入的情況下，SVC補(bǔ)償支路將投入一組電容器；如果(QSYS - QSVG)小于-QSVC切限，并且此狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間，則在電容器未全部切除的情況下，SVC補(bǔ)償支路將切除一組電容器。
[0025]該新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法將SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路高效地結(jié)合在一起，當(dāng)系統(tǒng)的無(wú)功需求瞬間發(fā)生劇烈變化時(shí)，首先控制SVG補(bǔ)償支路快速改變其輸出，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行快速、動(dòng)態(tài)、連續(xù)地補(bǔ)償，同時(shí)提供對(duì)接入點(diǎn)電壓的動(dòng)態(tài)支撐和穩(wěn)態(tài)調(diào)整，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，抑制無(wú)功功率震蕩。當(dāng)擾動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)后，再控制SVC補(bǔ)償支路投入或切除適當(dāng)數(shù)量的電容器組，以承擔(dān)由SVG補(bǔ)償支路所卸下的部分無(wú)功負(fù)荷。這樣就使得混合補(bǔ)償裝置的SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路在統(tǒng)一調(diào)配下，通過(guò)高效協(xié)調(diào)控制方法，有效降低所需SVG補(bǔ)償容量，降低系統(tǒng)成本；同時(shí)加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)及閃變，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。
[0026]其有益效果是:本發(fā)明的智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)通過(guò)SVC補(bǔ)償支路與SVG補(bǔ)償支路的高效協(xié)調(diào)控制，從而達(dá)到精確補(bǔ)償及瞬時(shí)響應(yīng)的能力。區(qū)別于傳統(tǒng)無(wú)功TSC型無(wú)功補(bǔ)償裝置電容器容量固定，投入或切除電容器組時(shí)無(wú)功功率變化都存在階躍性，智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)由于結(jié)合了 SVG補(bǔ)償支路的逆變電路運(yùn)行特性，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平滑的無(wú)功補(bǔ)償。并且SVG補(bǔ)償支路可實(shí)現(xiàn)容性到感性的平滑調(diào)節(jié)，而傳統(tǒng)無(wú)功TSC型無(wú)功補(bǔ)償裝置則只能夠補(bǔ)償容性無(wú)功功率。通過(guò)SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路協(xié)調(diào)控制運(yùn)行，能夠解決由于沖擊性負(fù)荷而引起的無(wú)功突變問(wèn)題，有效地抑制電網(wǎng)電壓由于大負(fù)荷起?；蛴龅焦收锨闆r造成的閃變和跌落，提高系統(tǒng)出力。同時(shí)，SVC補(bǔ)償支路與SVG補(bǔ)償支路相結(jié)合，使產(chǎn)品在補(bǔ)償特性、造價(jià)、可靠性等方面達(dá)到最優(yōu)，性價(jià)比更高。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明所述新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是本發(fā)明所述新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制流程圖；
[0029]圖3是本發(fā)明中控制器原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本說(shuō)明書中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0031]本說(shuō)明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0032]一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)，該補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路包含補(bǔ)償支路以及控制器，所述補(bǔ)償支路包含SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路，所述SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路并聯(lián)接入電網(wǎng)，電網(wǎng)連接有其他負(fù)荷；
[0033]其中，所述SVC補(bǔ)償支路，與控制器相連接，包含SVC電流采樣電路、投切控制單元和電容器補(bǔ)償支路，所述SVC電流采樣電路通過(guò)霍爾傳感器采集SVC補(bǔ)償支路的電流，并將電流采樣信號(hào)傳輸至控制器，所述投切控制單元接收控制器發(fā)出的投切信號(hào)，控制電容器補(bǔ)償支路的投切；所述電容器補(bǔ)償支路為由若干個(gè)三角形或星型連接的電容器組成的補(bǔ)償支路；
[0034]所述SVG補(bǔ)償支路，與控制器相連接，包含SVG電流采樣電路、逆變電路，所述SVG電流采樣電路通過(guò)霍爾傳感器采集SVG補(bǔ)償支路的電流，并將電流采樣信號(hào)傳輸至控制器，所述逆變電路是以電容為直流側(cè)儲(chǔ)能元件的三相橋式逆變電路，并通過(guò)串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)，用于接收控制器發(fā)出的PWM脈沖控制信號(hào)，并發(fā)出精確可控的無(wú)功電流；
[0035]所述控制器，與電網(wǎng)連接，采集系統(tǒng)電流和電壓，通過(guò)控制SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路，對(duì)電網(wǎng)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償。
[0036]所述控制器控制SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路的步驟是:控制器先采集電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流，計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率，預(yù)先設(shè)定的無(wú)功控制目標(biāo)值為零，根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)值與系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率的差值，首先向SVG補(bǔ)償支路發(fā)送PWM脈沖控制信號(hào)，使其發(fā)出精確可控的無(wú)功電流，隨后向SVC補(bǔ)償支路發(fā)出投切控制信號(hào)，控制投切控制單元的投切動(dòng)作，由此實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償。
[0037]如圖3所示，所述控制器包含電壓互感器、電流互感器、采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控CPU、PWM驅(qū)動(dòng)電路、PWM觸發(fā)電路和1 口開(kāi)出電路，所述電壓互感器和電流互感器連接主電網(wǎng)。該混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)控制器的主要工作流程:所述采樣電路將電壓互感器、電流互感器采集到的信號(hào)輸入信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路將處理好的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后輸入至主控CPU，主控CPU生成PWM脈沖指令和投切控制信號(hào)，PWM脈沖指令經(jīng)PWM驅(qū)動(dòng)電路、PWM觸發(fā)電路發(fā)出相應(yīng)的PWM脈沖控制信號(hào)到補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路以驅(qū)動(dòng)SVG補(bǔ)償支路工作，投切控制信號(hào)經(jīng)1 口開(kāi)出電路到所述補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路以驅(qū)動(dòng)SVC補(bǔ)償支路工作。
[0038]進(jìn)一步地，所述控制器還包括鎖相環(huán)電路、過(guò)流檢測(cè)電路、過(guò)壓檢測(cè)電路、PWM故障反饋電路和通訊CPU，其中:
[0039]所述鎖相環(huán)電路，與信號(hào)調(diào)理電路相連接，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理好的電壓信號(hào)進(jìn)行鎖相，并將結(jié)果輸送至主控CPU。通過(guò)該鎖相環(huán)電路，系統(tǒng)可快速鎖定電網(wǎng)的相位和頻率，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的精確同步，可保證SVG補(bǔ)償支路無(wú)功電流的控制精度。
[0040]所述過(guò)流檢測(cè)電路，與信號(hào)調(diào)理電路相連接，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理好的裝置側(cè)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電流時(shí)，直接閉鎖PWM驅(qū)動(dòng)電路，并將故障信號(hào)反饋至主控CPU。通過(guò)過(guò)流檢測(cè)電路，在系統(tǒng)產(chǎn)生故障或由于外界原因引起故障的情況下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速的過(guò)電流保護(hù)，該保護(hù)可通過(guò)過(guò)流檢測(cè)硬件電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要軟件干預(yù)，保護(hù)速度快，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
[0041]所述過(guò)壓檢測(cè)電路，與信號(hào)調(diào)理電路相連接，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路處理好的直流電容電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電壓時(shí)，直接閉鎖PWM驅(qū)動(dòng)電路，并將故障信號(hào)反饋至主控CPU。通過(guò)過(guò)壓檢測(cè)電路，在系統(tǒng)產(chǎn)生故障或由于外界原因引起故障的情況下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)快速的直流電壓過(guò)電壓保護(hù)，該保護(hù)可通過(guò)過(guò)壓檢測(cè)硬件電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要軟件干預(yù)，保護(hù)速度快，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
[0042]所述PWM故障反饋電路，與主電路相連接，將從主電路獲得的IGBT故障信號(hào)傳送至PWM驅(qū)動(dòng)電路，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)再將此故障信號(hào)反饋至主控CPU。通過(guò)PWM故障反饋電路，在IGBT故障的情況下，控制器可根據(jù)PWM故障反饋信號(hào)自動(dòng)閉鎖PWM脈沖信號(hào)，不需要軟件干預(yù)，保護(hù)速度快，有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。
[0043]所述通訊CPU，與主控CPU通過(guò)雙口 RAM電路進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交互；所述通訊CPU還連接有數(shù)據(jù)存取電路，通訊CPU將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存取電路中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，控制器斷電重啟時(shí)再?gòu)闹凶x出；通訊CPU連接有各類通訊電路，以太網(wǎng)通訊電路、RS-232通訊電路、RS-485通訊電路，RS-485通訊電路與系統(tǒng)外部的人機(jī)界面之間以報(bào)文的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。通訊CPU主要用于運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的存取，以及通訊數(shù)據(jù)的計(jì)算和顯示。通訊CPU與主控CPU相分離，各自負(fù)責(zé)不同的功能，有助于提高主控CPU運(yùn)行效率。
[0044]該智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)將SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路相結(jié)合，SVG補(bǔ)償支路在其可調(diào)范圍內(nèi)作為一個(gè)快速可控的無(wú)功源，用于對(duì)無(wú)功需求中的動(dòng)態(tài)部分做出及時(shí)反應(yīng)；SVC補(bǔ)償支路則用于系統(tǒng)無(wú)功平穩(wěn)情況下的無(wú)功功率補(bǔ)償。SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路既相互協(xié)調(diào)配合，又各自相對(duì)獨(dú)立工作，以滿足不同的無(wú)功補(bǔ)償需求。區(qū)別于傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，該新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在裝置靈活性、響應(yīng)速度、性價(jià)比等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。
[0045]一種基于上述新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法，如圖2所示，本發(fā)明所述新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)控制流程圖，圖中各符號(hào)含義做如下說(shuō)明:以QSYS表示系統(tǒng)無(wú)功功率，QSVG額表示SVG補(bǔ)償支路的額定無(wú)功補(bǔ)償容量，QSVG表示SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，QSVC投限表示SVC補(bǔ)償支路投入電容時(shí)的無(wú)功功率投入門限設(shè)置值，QSVC切限表示SVC補(bǔ)償支路切除電容時(shí)的無(wú)功功率切除門限設(shè)置值，M表示SVC補(bǔ)償支路已投入的電容器組數(shù)，N表示SVC補(bǔ)償支路未投入的電容器組數(shù)，U電壓表示系統(tǒng)電壓，U下限表示正常電壓的最小值，U上限表示正常電壓的最大值。
[0046]步驟1、控制器從電網(wǎng)采集主交流電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流，計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率(QSYS)，
[0047]步驟2、根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的系統(tǒng)無(wú)功功率(QSYS)，當(dāng)I QSYS | >0時(shí)，判斷SVG補(bǔ)償支路需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率數(shù)值(Iqsvg - qsys I)是否超出svg補(bǔ)償支路的額定無(wú)功補(bǔ)償容量(I QSVG額I)，如果超出，SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于-1 QSVG額|或| QSVG額|，如果未超出，SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于QSVG - QSYS，控制器將此信號(hào)發(fā)送給SVG補(bǔ)償支路，使SVG補(bǔ)償支路執(zhí)行無(wú)功補(bǔ)償；
[0048]步驟3、SVG補(bǔ)償支路執(zhí)行無(wú)功補(bǔ)償后，控制器對(duì)系統(tǒng)電壓(U電壓)進(jìn)行判定:如果U下限〈U電壓〈U上限不成立，并且SVC補(bǔ)償支路已投入若干電容器，則切除所有已投入電容器；如果U下限〈U電壓〈U上限成立，則進(jìn)行SVC補(bǔ)償支路是否投切電容的判斷；如果系統(tǒng)的實(shí)際無(wú)功功率(QSYS - QSVG)大于QSVC投限，并且此狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間，則在電容器未全部投入的情況下，SVC補(bǔ)償支路將投入一組電容器；如果(QSYS - QSVG)小于-QSVC切限，并且此狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間，則在電容器未全部切除的情況下，SVC補(bǔ)償支路將切除一組電容器。
[0049]該新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法將SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路高效地結(jié)合在一起，當(dāng)系統(tǒng)的無(wú)功需求瞬間發(fā)生劇烈變化時(shí)，首先控制SVG補(bǔ)償支路快速改變其輸出，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行快速、動(dòng)態(tài)、連續(xù)地補(bǔ)償，同時(shí)提供對(duì)接入點(diǎn)電壓的動(dòng)態(tài)支撐和穩(wěn)態(tài)調(diào)整，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，抑制無(wú)功功率震蕩。當(dāng)擾動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)后，再控制SVC補(bǔ)償支路投入或切除適當(dāng)數(shù)量的電容器組，以承擔(dān)由SVG補(bǔ)償支路所卸下的部分無(wú)功負(fù)荷。這樣就使得混合補(bǔ)償裝置的SVG補(bǔ)償支路與SVC補(bǔ)償支路在統(tǒng)一調(diào)配下，通過(guò)高效協(xié)調(diào)控制方法，有效降低所需SVG補(bǔ)償容量，降低系統(tǒng)成本；同時(shí)加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)及閃變，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。
[0050]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，用于對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)，其特征在于，該補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路包含補(bǔ)償支路以及控制器，所述補(bǔ)償支路包含SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路，所述SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路并聯(lián)接入所述電網(wǎng)，所述電網(wǎng)連接有其他負(fù)荷； 其中，所述SVC補(bǔ)償支路，與控制器相連接，包含SVC電流采樣電路、投切控制單元和電容器補(bǔ)償支路，所述SVC電流采樣電路采集SVC補(bǔ)償支路的電流，并將電流采樣信號(hào)傳輸至控制器，所述投切控制單元接收控制器發(fā)出的投切信號(hào)，控制電容器補(bǔ)償支路的投切；所述電容器補(bǔ)償支路為由若干個(gè)三角形或星型連接的電容器組成的補(bǔ)償支路； 所述SVG補(bǔ)償支路，與控制器相連接，包含SVG電流采樣電路、逆變電路，所述SVG電流采樣電路采集SVG補(bǔ)償支路的電流，并將電流采樣信號(hào)傳輸至控制器，所述逆變電路是以電容為直流側(cè)儲(chǔ)能元件的三相橋式逆變電路，并通過(guò)串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)，用于接收控制器發(fā)出的PWM脈沖控制信號(hào)，并發(fā)出精確可控的無(wú)功電流； 所述控制器，與電網(wǎng)連接，采集系統(tǒng)電流和系統(tǒng)電壓，通過(guò)控制SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路，對(duì)電網(wǎng)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述SVC電流采樣電路通過(guò)霍爾傳感器采集SVC補(bǔ)償支路的電流，所述SVG電流采樣電路通過(guò)霍爾傳感器采集SVG補(bǔ)償支路的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器控制SVC補(bǔ)償支路和SVG補(bǔ)償支路的步驟是:控制器先采集電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流，計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率，預(yù)先設(shè)定的無(wú)功控制目標(biāo)值為零，根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)值與系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率的差值，首先向SVG補(bǔ)償支路發(fā)送PWM脈沖控制信號(hào)，使其發(fā)出精確可控的無(wú)功電流，隨后向SVC補(bǔ)償支路發(fā)出投切控制信號(hào)，控制投切控制單元的投切動(dòng)作，由此實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包含電壓互感器、電流互感器、采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控CPU、PWM驅(qū)動(dòng)電路、PWM觸發(fā)電路和1 口開(kāi)出電路，所述電壓互感器和電流互感器連接所述電網(wǎng)，所述采樣電路將電壓互感器、電流互感器采集到的信號(hào)輸入信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路將處理好的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路后輸入至主控CPU，主控CPU生成PWM脈沖指令及投切控制信號(hào)，經(jīng)PWM驅(qū)動(dòng)電路、PWM觸發(fā)電路發(fā)出相應(yīng)的PWM脈沖控制信號(hào)到所述補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路以驅(qū)動(dòng)SVG補(bǔ)償支路工作，投切控制信號(hào)經(jīng)1 口開(kāi)出電路到所述補(bǔ)償系統(tǒng)的主電路以驅(qū)動(dòng)SVC補(bǔ)償支路工作。
5.一種基于權(quán)利要求1?4任意一項(xiàng)所述的新型智能動(dòng)態(tài)混成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟: 步驟1、控制器從電網(wǎng)采集電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流，計(jì)算出系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率(QSYS)， 步驟2、首先，以QSYS表示系統(tǒng)無(wú)功功率，QSVG額表示SVG補(bǔ)償支路的額定無(wú)功補(bǔ)償容量，QSVG表示SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，QSVC投限表示SVC補(bǔ)償支路投入電容時(shí)的無(wú)功功率投入門限設(shè)置值，QSVC切限表示SVC補(bǔ)償支路切除電容時(shí)的無(wú)功功率切除門限設(shè)置值，M表示SVC補(bǔ)償支路已投入的電容器組數(shù)，N表示SVC補(bǔ)償支路未投入的電容器組數(shù)，U電壓表示系統(tǒng)電壓，U下限表示正常電壓的最小值，U上限表示正常電壓的最大值；然后，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的系統(tǒng)無(wú)功功率(QSYS)，當(dāng)I QSYS I >0時(shí)，判斷SVG補(bǔ)償支路需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率數(shù)值(I QSVG - QSYS I)是否超出SVG補(bǔ)償支路的額定無(wú)功補(bǔ)償容量(| QSVG額)，如果超出，SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于-1 QSVG額I或I QSVG額|，如果未超出，SVG補(bǔ)償支路補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率等于QSVG - QSYS,控制器將此信號(hào)發(fā)送給SVG補(bǔ)償支路，使SVG補(bǔ)償支路執(zhí)行無(wú)功補(bǔ)償； 步驟3、SVG補(bǔ)償支路執(zhí)行無(wú)功補(bǔ)償后，控制器對(duì)系統(tǒng)電壓(U電壓)進(jìn)行判定:如果U下限〈U電壓〈U上限不成立，并且SVC補(bǔ)償支路已投入若干電容器，則切除所有已投入電容器；如果U下限〈U電壓〈U上限成立，則進(jìn)行SVC補(bǔ)償支路是否投切電容的判斷；如果系統(tǒng)的實(shí)際無(wú)功功率(QSYS - QSVG)大于QSVC投限，并且此狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間，則在電容器未全部投入的情況下，SVC補(bǔ)償支路將投入一組電容器；如果(QSYS - QSVG)小于-QSVC切限，并且此狀態(tài)持續(xù)了一定時(shí)間，則在電容器未全部切除的情況下，SVC補(bǔ)償支路將切除一組電容器。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104201694SQ201410448284
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張建興, 包虎平 申請(qǐng)人:江蘇方程電力科技有公司