一种静止无功发生器的制作方法

本实用新型涉及电网电能质量管理技术领域，具体涉及一种静止无功发生器。

背景技术：

电能是社会经济发展的重要物质保证，由于大量非线性和冲击性负荷接入电网，所产生的电能质量问题严重威胁着整个电网和各供用电设备的安全稳定运行。目前我国最新的五项电能质量国家标准包括：供电电压偏差、电压波动和闪变、电力系统频率偏差、三相电压不平衡、公用电网间谐波。这些标准的发布对谐波抑制和无功补偿设备的设计提供了可靠的依据和参考。

伴随着电力用户对电能质量的要求越来越高，对于电能质量治理设备而言往往需要对谐波无功甚至负序同时进行补偿。采用无源装置治理谐波和补偿无功是目前应用的主流，但无源补偿只能考虑除特定次数的谐波，易与电网发生谐振、体积大、损耗大、无功功率只能分级补偿，不仅补偿速度慢、冲击大、补偿精度低，还容易发生过补和欠补，智能性很差。在现代电网中，电压波动、无功不足、谐波超限、三相不平衡的电能质量问题会同时存在，需要不同类型的治理和控制手段加以解决。有源补偿设备因为其优越的补偿性能得到越来越多的应用。

有源补偿又分为有源电力滤波器(APF)和静止无功发生器(SVG)，大多数情况下分别用来补偿电网中的谐波和无功功率，即使是用来综合补偿也是采用基波无功功率和所有谐波的补偿形式。有源补偿装置的容量相对都是有限的，在装置容量受限的情况下不能很好的进行有目的、有重点的补偿，不能充分考虑装置容量的合理分配，往往装置达不到最优的补偿效果，同时对于不同工况的适应性也有限。根据有源补偿的控制方式，电网侧功率因数可达0.98以上，这在一定程度上会抬高电网侧电压幅值，对电气设备产生不利影响。此外，用电负荷的不确定性，导致已安装的补偿设备不能很好的达到补偿效果，需要二次投入，增加了治理费用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种静止无功发生器，用以解决现电网中有源补偿中无功功率、谐波和负序不平衡只能分别补偿，以及不能充分考虑装置容量的合理分配等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种静止无功发生器，所述静止无功发生器包括电抗器、三相电压型PWM变流器、驱动电路、控制器、以及上位机和与人机接口；

所述电抗器用于储能和滤除高频开关纹波电流，所述电抗器的原边与电网相连接，副边与所述三相电压型PWM变流器相连；

所述三相电压型PWM整流器的交流侧与所述电抗器连接，直流侧连接储能电容，所述储能电容储存了经所述三相电压型PWM整流器产生的直流能量；

所述驱动电路接受所述控制器发出的控制信号，驱动所述三相电压型PWM变流器的半导体功率器件；

所述控制器采集所述三相电压型PWM变流器的直流电压值，以及电网侧三相电压、三相电流值，分析处理后发送驱动指令给所述驱动电路，同时，所述控制器将采集的电压电流值发送给所述上位机与人机接口，接受所述上位机与人机接口发送的指令。

进一步地，所述三相电压型PWM整流器由绝缘栅双极晶体管构成，利用电压空间矢量调制技术驱动所述绝缘栅双极晶体管产生补偿电流波形。

进一步地，所述三相电压型PWM整流器采用三相全控桥拓扑形式。

进一步地，所述上位机与人机接口为工控机、PLC或显示屏。

本实用新型还提供一种基于静止无功发生器的多目标容量协调控制方法，具体地，所述协调控制方法包括如下步骤：

步骤1.采集电网电压信号、负载电流信号、静止无功发生器电流信号；

步骤2.计算所述电网电压的锁相环角度；

步骤3.提取所述负载电流的无功分量、谐波分量和负序分量，计算所述负载的功率因数PF，确定母线电压下限；

步骤4.提取静止无功发生器的无功分量、谐波分量、负序分量；

步骤5.根据无功优先原则，当所述功率因数PF<0.92时，补偿无功功率使所述负载的功率因数PF大于等于0.92；

步骤6.当母线电压小于所述母线电压下限时，补偿无功功率，使得母线电压不小于所述母线电压下限；

步骤7.判断负载侧5、7、11次电流谐波是否超国标，若超过国家标准，则补偿所述负载侧的5、7、11次电流谐波；

步骤8.判断三相电流不平衡度是否超国标，若超过国家标准，则补偿所述负载的负序电流。

进一步地，所述步骤5和步骤6中补偿无功功率的具体方法如下：

以所述负载电流的无功分量作为给定值，所述静止无功发生器的无功分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID(比例积分微分)闭环控制，实现对负载的无功补偿，且补偿目标为功率因数达到0.92，若此时电网侧电压低于实际需要，则需要继续增加无功输出量，直到电网侧电压满足要求。

进一步地，所述步骤7中补偿所述负载侧的5、7、11次电流谐波的具体方法如下：

以所述负载电流的谐波分量作为给定值，所述静止无功发生器的谐波分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下采用重复控制算法，获取需要补偿的输出量大小，实现对所述负载的电流谐波补偿。

进一步地，所述步骤8中补偿所述所述负载的负序电流的具体方法如下：

以所述负载电流的负序分量作为给定值，所述静止无功发生器的负序分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下采用PID闭环控制，获取需要补偿的输出量大小，实现对所述负载的负序补偿。

进一步地，当有源装置容量受限时，采用比例缩小的方式来限制所述补偿输出量大小。

本实用新型方法具有如下优点：

本实用新型公开的静止无功发生器一台设备既能补偿无功、调节三相不平衡、谐波抑制，还能调节母线电压；实现无功功率、谐波、三相不平衡的多目标补偿，实现了一机多用，减少二次投入的费用，避免了相互干扰问题，在空间受限的场合增加了安全性。

本实用新型公开的多目标容量协调控制方法计算量小，所占存储空间小，易于实现；可根据具体工况，灵活在线配置无功功率、谐波和负序电流的补偿容量。将母线电压纳入无功补偿的控制目标中，有效实现无功功率的合理补偿，避免了母线电压过高，无功功率过补或欠补问题。

在静止无功发生器系统容量受限制的情况下，充分利用其动态容量，可多目标协调进行补偿。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中静止无功发生器结构示意图。

图2是本实用新型另一具体实施方式中静止无功发生器的原理示意图。

图3是本实用新型一具体实施方式中基于静止无功发生器的多目标容量协调控制方法流程示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种静止无功发生器，包括电抗器1、三相电压型PWM变流器2、驱动电路3、控制器4、以及上位机与人机接口5。

电抗器1用于储能和滤除高频开关纹波电流，电抗器1的原边与电网相连接，副边与三相电压型PWM变流器2相连。

三相电压型PWM整流器2采用三相全控桥拓扑形式，交流侧与三相电抗器1连接，直流侧连接储能电容。三相电压型PWM整流器2由绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成，利用电压空间矢量调制(SVPWM)技术驱动IGBT产生补偿电流波形，储能电容储存经IGBT功率转化模块产生的直流能量。

驱动电路3接受控制器4发出的控制信号，驱动三相电压型PWM变流器2的半导体功率器件，其还兼顾对半导体功率器件的保护功能。

控制器4采集三相电压型PWM变流器2的直流电压值，以及三相电网侧三相电压、三相电流值，发送驱动指令给驱动电路3，同时，控制器4还负责与上位机和人机界面的通讯，将采集的各种电压、电流值发送给上位机与人机接口5，接受上位机与人机接口5发送的指令。

上位机与人机界面5可采用工控机、PLC或者显示屏等方式实现，方便操作人员对整个系统的监视与控制。

本实施例公开的静止无功发生器(SVG)可单独使用，也可为有源和无源补偿设备的混合式补偿结构，如TSC+SVG，FC+SVG等。

本实施例一台设备既能补偿无功、调节三相不平衡、谐波抑制，还能调节母线电压；实现无功功率、谐波、三相不平衡的多目标补偿，实现了一机多用，减少二次投入的费用，避免了相互干扰问题，在空间受限的场合增加了安全性。

实施例2

现代电网中，电动机等感性负载的大量应用，使得电网普遍具有感性的特点，因此本实施例讨论补偿感性负载的情况。根据大多数应用现场的谐波情况，5、7、11次谐波含量最多，为综合补偿节省容量，本实施例只对5、7、11次谐波进行补偿。由于感性无功的存在，使得电网电流增大，电压降增大，网侧电压降低，通过补偿负载产生的无功功率，可提高网侧电压，但是网侧电压也不可太高。为避免网侧电压过高，可适当降低无功功率输出量，这样功率因数可不必补偿到1。一般情况下，为避免无功罚款，功率因数达到0.9就满足要求了，但是考虑到变压器的损耗等，本实施例功率因数设置补偿到0.92。

一种基于静止无功发生器的多目标容量协调控制方法，对电网的无功功率，5、7、11次谐波，以及三相电流不平衡进行补偿，其方法流程如图3所示，具体地，该方法包括如下步骤：

S1.采集电网电压信号、负载电流信号、静止无功发生器电流信号。

S2.计算电网电压的锁相环角度。

S3.提取所述负载电流的无功分量、谐波分量和负序分量，计算所述负载的功率因数PF，确定母线电压下限。

在母线电压要求较高的场合，采用功率因数和母线电压的联合控制方式来控制输出无功功率的大小，确保在不同工况下解决无功功率问题。母线电压下限大小可根据具体应用现场进行在线设置。

S4.提取静止无功发生器的无功分量、谐波分量、负序分量。

S5.根据无功优先原则，当所述功率因数PF<0.92时，补偿无功功率使所述负载的功率因数PF大于等于0.92。

S6.当母线电压小于所述母线电压下限时，补偿无功功率，使得母线电压不小于所述母线电压下限。

以负载电流的无功分量作为给定值，静止无功发生器的无功分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID(比例积分微分)闭环控制，实现对负载的无功补偿，且补偿目标为功率因数达到0.92，若此时电网侧电压低于实际需要，则需要继续增加无功输出量，直到电网侧电压满足要求。

S7.当负载侧5、7、11次电流谐波超过国标时，则补偿所述负载侧的5、7、11次电流谐波。

以负载电流的谐波分量作为给定值，静止无功发生器的谐波分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下采用重复控制算法，获取需要补偿的输出量大小，实现对所述负载的电流谐波补偿。

S8.当三相电流不平衡度超过国标时，则补偿所述负载的负序电流。

以负载电流的负序分量作为给定值，静止无功发生器的负序分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下采用PID闭环控制，获取需要补偿的输出量大小，实现对所述负载的负序补偿。

本实施例中的补偿方法以基于瞬时无功功率理论的电流检测方法为基础，结合直流侧电压的直接比例积分PI控制算法和补偿电流在同步旋转坐标系下的PI控制算法，获取需要调制的控制量。

当有源装置容量受限时，采用比例缩小的方式来限制补偿输出量。

本实施例方法执行过程中，无功、谐波、负序三者的优先级依次排列，只有在功率因数和母线电压符合要求的情况下，谐波补偿功能才能开启，否则装置将不补偿负载的谐波和负序电流，同理只有谐波符合国标后负序补偿功能才能开启。

本实施例的三种无功补偿、谐波抑制、负序补偿可根据需要单独使能以适应不同现场需要。

本实施例根据具体工况，灵活在线配置无功功率、谐波和负序电流的补偿容量。将母线电压纳入无功补偿的控制目标中，有效实现无功功率的合理补偿，避免过补或欠补。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。