基于无功功率控制的磁控电抗器无功补偿电路及其控制方法与流程

本发明涉及电网控制技术领域,具体地说是基于无功功率控制的磁控电抗器无功补偿电路及其控制方法。

背景技术：

近些年来，中国经济始终保持平稳快速发展，社会用电量不断增加，尤其是东部沿海地区，经济发展快于西部地区，是负荷中心。但是中国的煤炭资源集中在西北、华北地区。为了使能源从资源集中地区转向负荷中心，传统的办法是将煤炭运往负荷中心，在负荷中心发电，该方法的成本较高。特高压技术的出现解决了上述问题，即在能源中心发电，远距离传输到负荷中心，降低了成本，同时节约负荷中心的土地。然而特高压输电是高电压长距离输电，带来了新的问题：线路的对地电容会导致线路末端电压升高，需要在线路末端安装无功补偿设备去抑制电压升高。

无功补偿设备分为静止无功发生装置(svg，staticvargenerator)和静止无功补偿装置(svc，staticvarcompensator)两大类。具体设备的选取与适用性、成本有关。特高压输电电压等级高，静止无功补偿装置(svc)中的磁控电抗器具有结构简单，响应速度快，控制方便，运行稳定、性价比高、使用范围广、易于维护的优点，可在特高压状态下工作，适用于特高压输电。

现有技术中，基于磁控电抗器的无功补偿系统通常采用相位差控制，控制过程中相位差为零时恰好完全补偿无功。在计算相位差时存在反正切运算，对于该运算，若采用数字电路，存在控制成本高、延时的问题；而采用模拟电路，电路中需有反正切运算芯片，成本高，且计算过程复杂。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种基于无功功率控制的磁控电抗器无功补偿电路及其控制方法，以解决现有无功补偿系统成本高、计算过程复杂等问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于无功功率控制的磁控电抗器无功补偿电路，包括无功补偿系统，所述电路还包括控制电路，所述控制电路通过模拟电路计算无功功率，进行无功补偿控制。

进一步地，所述控制电路包括信号采集电路、无功功率计算电路、功率平衡控制电路和驱动电路；

所述信号采集电路用于获取电网中的电信号，所述无功功率计算电路用于对所述电信号进行处理，并计算无功功率；所述功率平衡控制电路在所述无功功率出现偏差时，改变控制信号的大小，通过驱动电路形成驱动信号，所述驱动信号用于控制无功补偿系统电抗器的容量。

进一步地，所述信号采集电路包括电流采集模块和电压采集模块，分别用于采集电网中的电流信号和电压信号。

进一步地，所述无功功率计算电路包括相移器、乘法器和低通滤波器；所述相移器用于将所述电压信号进行90度相移，所述乘法器用于对电流信号和相移后的电压信号进行乘法运算，所述低通滤波器用于滤除掉所述乘法运算结果中的交流量，得到无功补偿系统的无功功率。

进一步地，所述平衡控制电路包括pi控制器，用于检测无功功率的偏差，在出现偏差时，发送对应大小的控制信号至驱动电路。

进一步地，所述驱动电路包括第一载波发生模块、第二载波发生模块、第一比较模块、第二比较模块、第一功率驱动模块和第二功率驱动模块；

所述第一载波发生模块用于产生正半周期为三角波负半周期为0的载波1，所述载波1和平衡控制电路的输出依次通过第一比较模块、第一功率驱动模块驱动电抗器的晶闸管t1；

所述第二载波发生模块用于产生负半周期为三角波正半周期为0的载波2，所述载波2和平衡控制电路的输出依次通过第二比较模块、第二功率驱动模块驱动电抗器的晶闸管t2；

所述正半周期和负半周期与电压信号周期相对应。

本发明第二方面提供了一种所述无功补偿电路的控制方法，所述方法包括以下步骤；

获取电网中的电压信号和电流信号；

根据所述电压信号和电流信号计算电路中的无功功率；

检测所述无功功率，在无功功率出现偏差时，改变控制信号的大小，控制无功补偿系统电抗器的容量。

进一步地，所述无功功率的计算过程为：

将所述电压信号进行90度相移；

将相移后的电压信号与所述电流信号进行乘法运算；

滤除掉所述乘法运算结果中的交流量，得到无功补偿系统的无功功率。

进一步地，所述控制无功补偿系统电抗器的容量的具体过程为：

分别产生与正半周期为三角波负半周期为0的载波1和正半周期为0负半周期为三角波的载波2；

载波1与所述控制信号通过比较、放大，输出驱动信号控制电抗器的晶闸管t1的通断；

载波2与所述控制信号通过比较、放大，输出驱动信号控制电抗器的晶闸管t2的通断。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、采用无功功率计算并控制的方法，相比于相位差控制算法逻辑简单，电路结构简单，用到的芯片数量减少，提高了整个电路的可靠性且节省了成本。

2、无功功率的计算过程采用模拟电路实现，相比于数字电路的延时，模拟电路的准确性更高，且进一步降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述磁控电抗器无功补偿电路的结构示意图；

图2是本发明所述无功补偿系统的电路结构示意图；

图3是本发明所述无功计算电路的结构示意图；

图4是本发明所述驱动电路的工作原理示意图；

图5是本发明所述控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明基于无功功率控制的磁控电抗器无功补偿电路，包括无功补偿系统和控制电路，控制电路通过模拟电路计算无功功率，进行无功补偿控制。

如图2所示，无功补偿系统的电路结构包括负荷z，无功功率源c、磁控电抗器和电压源，其中磁控电抗器包括晶闸管t1和晶闸管t2。

控制电路包括信号采集电路、无功功率计算电路、功率平衡控制电路和驱动电路；信号采集电路用于获取电网中的电信号，无功功率计算电路用于对电信号进行处理，并计算无功功率；功率平衡控制电路在无功功率出现偏差时，改变控制信号的大小，通过驱动电路形成驱动信号，驱动信号用于控制无功补偿系统电抗器的容量。

信号采集电路包括电流采集模块和电压采集模块，分别用于采集电网中的电流信号和电压信号。

如图3所示，无功功率计算电路包括相移器、乘法器和低通滤波器；相移器用于将电压信号进行90度相移，乘法器用于对电流信号和相移后的电压信号进行乘法运算，低通滤波器用于滤除掉乘法运算结果中的交流量，得到无功补偿系统的无功功率。其中乘法器采用ad633模拟芯片，低通滤波器采用tl084搭建的巴特沃斯低通滤波器。

平衡控制电路包括pi控制器，用于检测无功功率的偏差，在出现偏差时，发送对应大小的控制信号至驱动电路。pi控制器即比例积分控制器，采用模拟电路芯片创建，pi控制器的工作原理包括比例环节和积分环节。比例环节即成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分环节使系统消除稳态误差,提高无误差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。用于本方案的偏差信号是系统无功功率，如果系统无功功率不平衡，比例积分(pi)控制器发挥作用控制系统的无功功率使其平衡。

如图4所示，驱动电路包括第一载波发生模块、第二载波发生模块、第一比较模块、第二比较模块、第一功率驱动模块和第二功率驱动模块；

第一载波发生模块用于产生正半周期为三角波负半周期为0的载波1，所述载波1和平衡控制电路的输出依次通过第一比较模块、第一功率驱动模块驱动电抗器的晶闸管t1；第二载波发生模块用于产生负半周期为三角波正半周期为0的载波2，所述载波2和平衡控制电路的输出依次通过第二比较模块、第二功率驱动模块驱动电抗器的晶闸管t2；正半周期和负半周期与电压信号周期相对应。

第一功率驱动模块和第二功率驱动模块均采用tlp250驱动芯片，将比较器输出的信号放大，分别生成pwm1脉冲和pwm2脉冲驱动晶闸管t1和晶闸管t2触发。

如图5所示，基于上述的无功补偿电路，本发明无功补偿电路的控制方法包括以下步骤；

s1,获取电网中的电压信号和电流信号；

s2,根据所述电压信号和电流信号计算电路中的无功功率；

s3,检测所述无功功率，在无功功率出现偏差时，改变控制信号的大小，控制无功补偿系统电抗器的容量。

步骤s2中无功功率的计算过程为：将电压信号进行90度相移；将相移后的电压信号与所述电流信号进行乘法运算；滤除掉所述乘法运算结果中的交流量，得到无功补偿系统的无功功率。

步骤s3中，控制无功补偿系统电抗器的容量的具体过程为：分别产生与正半周期为三角波负半周期为0的载波1和正半周期为0负半周期为三角波的载波2；载波1与所述控制信号通过比较、放大，输出驱动信号控制电抗器的晶闸管t1的通断；载波2与所述控制信号通过比较、放大，输出驱动信号控制电抗器的晶闸管t2的通断。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。