一種10kV靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及10KV靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都十分重要。電力系統(tǒng)為了輸送有功功率，就 要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這可以在相當(dāng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn);為了輸送無(wú)功功率，則 要求兩端電壓又一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多數(shù)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元件 消耗無(wú)功功率，大多數(shù)的負(fù)載也需要消耗無(wú)功功率。他們所需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中 的某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率如果全由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送是不合理的， 通常也是不可能的。合理的方法是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，這就是無(wú)功 補(bǔ)償。
[0003] 我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行中，長(zhǎng)期存在的一個(gè)問(wèn)題是無(wú)功補(bǔ)償容量不足和配備不合 理，特別是可調(diào)節(jié)的無(wú)功容量不足，快速響應(yīng)的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。電氣化鐵路、電弧爐、乳 機(jī)、礦井提升機(jī)等沖擊性負(fù)荷使得電網(wǎng)無(wú)功功率不平衡，將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的波動(dòng)、閃變，嚴(yán) 重時(shí)會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定性被破壞事故。因此無(wú)功功率補(bǔ)償對(duì) 電力系統(tǒng)十分重要。
[0004] 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)于電能質(zhì)量的要求也愈加嚴(yán)格，如何提高電 力系統(tǒng)的可靠性、可控性、快速性等問(wèn)題得到了人們廣泛的關(guān)注和研究…。靜止無(wú)功發(fā)生器 (StaticVarGenerator，SVG)的出現(xiàn)和應(yīng)用很好的應(yīng)對(duì)了以上這些突出問(wèn)題，其快速可控 的無(wú)功補(bǔ)償能力在穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、提高功率因數(shù)以及增加傳送容量等方面發(fā)揮著日益重要 的作用，代表了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于10kV的低壓SVG的研究尚 比較少見(jiàn)，隨著大容量電力電子器件的發(fā)展和成本的不斷降低，10kVSVG擁有廣闊的發(fā)展 前景。
[0005] SVG相當(dāng)于并聯(lián)在電網(wǎng)上的自換相橋式電路，通過(guò)對(duì)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的 相位或幅值的調(diào)節(jié)，使電路吸收或發(fā)出滿足負(fù)載需要的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。?程中常用的是電壓型橋式電路如附圖1所示，其交流側(cè)是由六個(gè)可控開(kāi)關(guān)構(gòu)成的三相逆變 器，直流側(cè)的電容器起儲(chǔ)能作用，三相整流器從交流側(cè)吸收少量的有功電流，以便為電容器 充電。SVG的工作不需要外加電源來(lái)維持電壓。SVG-般只用來(lái)對(duì)基波無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)常 通過(guò)多組逆變器的串聯(lián)和并聯(lián)來(lái)增大SVG的容量。
[0006] 目前常用的SVG控制方法主要有間接電流控制和直接電流控制兩種。所謂直接電 流控制，是指由計(jì)算得出交流側(cè)輸入電流的指令值，直接對(duì)電流值進(jìn)行的反饋控制，使其跟 蹤指令電流值。直接電流控制主要采用的比較方式有:滯環(huán)和三角波兩種。目前多采用的是 電流滯環(huán)方式，但在開(kāi)關(guān)頻率相同的情況下，電流滯環(huán)方式容易在輸出電流中產(chǎn)生較多的 高次諧波。而三角波比較方式是取補(bǔ)償電流參考值與實(shí)際補(bǔ)償電流的偏差，與三角載波信 號(hào)比較而生成PWM控制信號(hào)的。還有一種傳統(tǒng)的控制是根據(jù)接入點(diǎn)的電壓反饋值，運(yùn)用傳統(tǒng) 的PID控制策略來(lái)完成控制?；蛘咄ㄟ^(guò)引入線路功率的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來(lái)實(shí)現(xiàn)靜止無(wú)功發(fā) 生器的控制。這些傳統(tǒng)的常規(guī)控制策略很難提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)性 能的要求，不能達(dá)到理想的性能指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)傳統(tǒng)控制方式的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種針對(duì)10kv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方 法，通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，基于磁鏈控制，通過(guò)DSP最終實(shí)現(xiàn)控制脈沖觸發(fā)角的控制，其 包括步驟：
[0008] (1):建立含有靜止無(wú)功發(fā)生器交流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；
[0009] (2):建立基于外部因素的靜止無(wú)功發(fā)生器的反饋控制模型；
[0010] (3):采集靜止無(wú)功發(fā)生器直流母線電壓和輸出交流電流和電網(wǎng)電壓；
[0011] (4):將電網(wǎng)電壓依次經(jīng)過(guò)低通濾波器和高通濾波器后，建立磁鏈控制模型；
[0012] (5):通過(guò)數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)靜止無(wú)功發(fā)生器的控制。
[0013] 通過(guò)該控制方式，相對(duì)于現(xiàn)有的控制方式達(dá)到既能抑制干擾，又能實(shí)現(xiàn)良好的靜 動(dòng)態(tài)性能的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1:靜止無(wú)功發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0015] 結(jié)合附圖詳細(xì)表述10kv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法其包括步驟該方法包括以下 步驟：
[0016] 步驟(1):建立含有靜止無(wú)功發(fā)生器交流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；
[0017]電力系統(tǒng)中的輸電線路通常具有較長(zhǎng)的距離，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)候需要考慮系統(tǒng) 電網(wǎng)電壓VsZa、靜止無(wú)功發(fā)生器的輸出電壓Vsvg及其基波分量VsvgZSsvg，線路電抗X，直流 偵_容電壓Ud。，靜止無(wú)功發(fā)生器控制脈沖的觸發(fā)角Ssvg和導(dǎo)通角Θ，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度ω和 初始角速度ω〇，發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率Pm和發(fā)電機(jī)的電磁功率和發(fā)電機(jī)組的固有阻 尼系數(shù)D，慣性時(shí)間常數(shù)H，靜止無(wú)功發(fā)生器逆變器的放大系數(shù)K，靜止無(wú)功發(fā)生器的直流側(cè) 電容C，
[0018]靜止無(wú)功發(fā)生器的輸出電壓由控制脈沖的觸發(fā)角Ssvg來(lái)實(shí)現(xiàn)，而導(dǎo)通角Θ為常量。 發(fā)電機(jī)采用微分控制模型，結(jié)合靜止無(wú)功發(fā)生器的輸出電壓控制，則含有靜止無(wú)功發(fā)生器 交流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：
[0020] (2):建立基于外部因素的靜止無(wú)功發(fā)生器的反饋控制模型；
[0021] 在電力系統(tǒng)中通常會(huì)發(fā)生如電壓波動(dòng)，發(fā)電機(jī)功率不穩(wěn)定的現(xiàn)象;而靜止無(wú)功發(fā) 生器也會(huì)存在有輸出電壓波動(dòng)的問(wèn)題，因此，在對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)候需要考慮外部因素的干 擾，在數(shù)學(xué)模型建立上在轉(zhuǎn)子角速度和靜止無(wú)功發(fā)生器輸出電壓疊加兩個(gè)干擾量，則基于 外部因素的靜止無(wú)功發(fā)生器的反饋控制模型為：
[0023]￡1和￡2分別是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子擾動(dòng)和靜止無(wú)功發(fā)生器的輸出電壓擾動(dòng)。
[0024] (3):采集靜止無(wú)功發(fā)生器直流母線電壓和輸出交流電流和電網(wǎng)電壓；
[0025]在數(shù)學(xué)模型建立完成后，相當(dāng)于在微觀層面完成了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)靜 止無(wú)功發(fā)生器的控制，需要對(duì)靜止無(wú)功發(fā)生器的直流母線電壓和輸出交流電流和電網(wǎng)電壓 進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)宏觀層面的監(jiān)測(cè)。
[0026] (4)將電網(wǎng)電壓依次經(jīng)過(guò)低通濾波器和高通濾波器后，建立磁鏈控制模型；
[0027]為了解決初始相位問(wèn)題和直流分量帶來(lái)的干擾，將電網(wǎng)電壓e依次經(jīng)過(guò)低通濾波 器和高通濾波器后，可以得到電網(wǎng)電壓與磁鏈的傳遞函數(shù)關(guān)系為：
[0029]其中分別為低通濾波器和高通濾波器的截止頻率相對(duì)于基波頻率的放大倍 數(shù)。
[0030]在靜止無(wú)功發(fā)生器的虛擬磁鏈Φ和電網(wǎng)電壓VsZa的電壓矢量Vs之間的關(guān)系為：
[0032]獲得經(jīng)過(guò)低通濾波器和高通濾波器后的磁鏈觀測(cè)模型為：
[0034]φα為磁鏈定向α軸方向上的磁鏈，加為磁鏈定向β軸方向上的磁鏈。
[0035] (5)通過(guò)數(shù)字處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)靜止無(wú)功發(fā)生器的控制
[0036]通過(guò)式（3)(5)可以建立控制流程圖并基于前述的數(shù)學(xué)模型利用現(xiàn)有的數(shù)字處理 器來(lái)最終實(shí)現(xiàn)控制脈沖的觸發(fā)角Ssvg，達(dá)到既能抑制干擾，又能實(shí)現(xiàn)良好的靜動(dòng)態(tài)性能的目 的。
[0037]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍 的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解:本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行種種變更、修改或 者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請(qǐng)待批的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種IOkv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，其包括步驟： (1) :建立含有靜止無(wú)功發(fā)生器交流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； (2) :建立基于外部因素的靜止無(wú)功發(fā)生器的反饋控制模型； (3) :采集靜止無(wú)功發(fā)生器直流母線電壓和輸出交流電流和電網(wǎng)電壓； (4) :將電網(wǎng)電壓依次經(jīng)過(guò)低通濾波器和高通濾波器后，建立磁鏈控制模型； (5) :通過(guò)數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止無(wú)功發(fā)生器脈沖的觸發(fā)角Ssvg的控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IOkv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，所述步驟（1)的含有靜 止無(wú)功發(fā)生器交流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IOkv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，所述步驟(2)的反饋控 制模型為：^和￡2分別是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子擾動(dòng)和靜止無(wú)功發(fā)生器的輸出電壓擾動(dòng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IOkv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，所述步驟(3)中使用霍 爾傳感器進(jìn)行米集。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IOkv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，所述步驟(4)中的磁鏈 控制模型為：其中札為磁鏈定向α軸方向上的磁鏈，％!為磁鏈定向β 軸方向上的磁鏈。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IOkv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，步驟(5)中所述的數(shù)字 處理器為DSP處理器。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種針對(duì)10kv靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，基于磁鏈控制，通過(guò)DSP最終實(shí)現(xiàn)控制脈沖觸發(fā)角的控制，達(dá)到既能抑制干擾，又能實(shí)現(xiàn)良好的靜動(dòng)態(tài)性能的效果。
【IPC分類(lèi)】H02J3/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105449689
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510970900
【發(fā)明人】李永東, 孫偉, 郭良松, 周喜賓, 劉新宇, 艾比布勒·塞塔爾, 宋占黨, 顧軍, 原春亮, 黃擎, 陳興, 王志遠(yuǎn), 蘇寧, 陳臻, 劉彪, 劉巖, 鄭斌, 黃新民, 余英, 李武峰, 鄧澤官, 王獻(xiàn)麗, 鞠登峰, 張群, 狄謙, 薛利, 吳尚潔, 張冰婧, 陸東杰, 黃孟欣
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司, 北京國(guó)網(wǎng)普瑞特高壓輸電技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日