一种无功补偿控制器及其冗余补偿控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电能质量管理领域，设及无功补偿技术中混合无功补偿控制器的设 计，具体设及一种无功补偿控制器及其冗余补偿控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，越来越多的用户采用了性能好、效率高、但对电源特性变化敏感 的高科技设备，使得电力负荷不断增大；日益增大的用电负荷对电网造成巨大冲击，使电网 电能质量变差，给电能质量治理带来巨大压力。在此背景下，电网中迫切需要增加相应的无 功补偿装置来补偿负荷消耗的无功功率，提高功率因数，增强电力系统输电能力。
[0003] 在本领域，SVC是静止型无功补偿器，常见的形式有SR，TCR，TCT，TSC四种。STATCOM 是静止同步补偿器，由支撑电容，电压或者电流型逆变器W及禪合变压器组成。静止无功补 偿器(SVC)是通过控制晶闽管的导通时刻来控制流过电抗器的电流，从而快速的跟踪负载 无功的变化，并通过分相控制来补偿=相不对称，与其匹配的交流滤波装置来吸收谐波，具 有技术成熟、控制灵活、损耗小、可靠性高、维护工作小、运行费用低等优点，是目前国内外 应用最广泛的静止型无源、快速动态无功补偿装置。
[0004] 静止同步补偿器(STATCOM)是采用全控器件IGBT或IGCT，具有响应快，抑制闪变效 果好等优点，它能实现连续无功调节，防止非线性负荷的快速无功电流变化所引起的电压 闪变及电压骤降等电能质量问题。但STATCOM受到开关器件频率、容量、电压等级的限制，使 得价格昂贵、控制复杂、可靠性降低，从而使其推广受到制约，目前在我国还停留在示范工 程阶段。
[0005] SVC和STATCOM的作用都在于无功补偿，SVC是一种广泛应用的无功补偿方式，其结 构简单，成本低;STATCOM具有良好的动态性能其特点是控制精度高，响应速度快，能有效的 限制电压波动，滤波性能良好，采用混合补偿的方式，不仅能实现动态调节和连续补偿，也 能很好的降低成本，具有很好的应用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种无功补偿控制器及其冗余补偿控制方法，其目的是提 高无功补偿的工作效率，针对W上上述现有技术问题和发明目的，本发明提出一种无功补 偿控制器，设有多个补偿模块，包括静止无功补偿器组、静止同步补偿器组;所述的控制器 还设有DSP控制模块，所述的静止无功补偿器组和静止同步补偿器组通过Mo化US总线模块 与DSP控制模块相连。
[0007] 进一步地，包括补偿装置，控制模块，通信模块，电压检测模块，电流检测模块，数 据采集模块W及FIFO存储器模块，其中，所述补偿装置通过通信模块与控制模块相连;所述 电压检测模块和电流监测模块与数据采集模块相连接;所述数据采集模块通过FIFO存储器 模块与控制模块连接。
[000引进一步地，所述补偿装置包括静止无功补偿器组和静止同步补偿器组。
[0009] 进一步地，所述控制模块为DSP控制模块，所述通信模块为Mo化US总线模块，所述 静止无功补偿器和静止同步补偿器通过Mo化US总线模块与DSP控制模块相连。
[0010] 进一步地，所述FIFO存储器接受数据采集模块的数据并存储，W便控制器模块随 时读取计算操作。
[0011] 进一步地，所述DSP控制模块根据FIFO存储器提供的数据进行计算，并根据程序设 定，对所述补偿模块进行定时切换。
[0012] 进一步地，所述的FIFO存储器采用高密度S叫ersyncTME 36位系列存储器中的 IDT72V3680 型号。
[0013] 上述无功补偿控制器的冗余补偿控制方法，包括如下步骤：
[0014] (1)检测无功功率；
[0015] (2)计算偏离权值；
[0016] (3)计算理论容量；
[0017] (4)设计实际容量。
[0018] 进一步地，步骤（1)中，检测应用对象无功需求容量数据，分解静态需求容量与动 态需求容量，采用挂表的方式获取装机对象的无功需求容量数据Q，并对数据进行分解，将 静态无功容量记为Qs，动态无功容量记为化满足W下形式和要求：
[0019] Q =化+Qs (a)
[0020] 化=[Qdi，Qd2，. . .，Qdm] (b)
[0021] Qdi= [Qti Qt2-Qtn] (C)
[0022] 在式(b)中的m表示对无功需求量的记录次数，式（C)Qdi是第i次记录的无功需求 量，社*2一Jb的时间间隔为数据的采样周期。
[0023] 进一步地，步骤(2)中，计算偏离权值(1，计算化和Qdi数据组的样本方差如下：
[00%] 其中，Qdi为第i次记录数据的平均值，盈为所有记录数据的平均值，马/反映当次 无功需求容量随时间的波动程度，马>3反映整体无功需求容量随时间的波动程度，定义偏 离权值Cl反映单次采样周期内数据和整体数据样本的差异，偏离权值函数如下：
(f)。
[0028]进一步地，步骤(3)中，计算理论动态需求容量化t，选用偏离权值最小的采样数据 组中最大值与平均值的比值来衡量容量动态波动程度，再乘W整体样本数据均值来计算 化t，W实现装机冗余度、成本和峰值容量之间的协调设计：
(g);
[0030]步骤(4)中，实际装机容量化t设计，单机组装机容量为Qn，期望单机组工作效率不 低于n，则需要机组的组数J和实际装机容量化t满足：
(h)
[0032] 在n-定下，遵循J-(Qda-化t)最小原则，选择单机组容量Qn。
[0033] 与目前现有技术相比，本发明改善了补偿系统的工作方式，降低损耗，动态响应时 间更短、提高了系统的可靠性、系统更稳定。
[0034] 本发明中将所需的无功补偿容量分散到SVC组和STATCOM组中，可W降低各个组的 补偿容量，减少器件损耗;控制器采用了 DSP控制模块+FIFO存储模块+数据采集模块方案设 计。电网运行的实际数据由数据采集模块完成对电压和电流的采集作用，再通过FIFO存储 下来，控制模块从FIFO中取得数据并进行无功计算，控制模块将得到的数据通过Mo化US总 线传送给SVC组和STATCOM组，由SVC、STATCOM组对电网进行补偿。控制模块进行集中管理、 补偿控制和通信，可W提高整个系统的效率和响应速度，增强无功补偿的实时性。
[0035] DSP控制模块可通过实时监控各个子模块的电压、电流、无功功率等参数W及所需 补偿容量随时控制SVC、STATCOM组的投入、切除等动作;利用DSP控制模块控制SVC、STATCOM 组在电网用电高峰时投入运行、低谷时切除运行，并平衡各运行中的子模块的负荷容量，提 高工作效率;通过控制器计算各子模块的投入运行时间，对达到规定投入时间的子模块进 行定时切换，能够分流各个SVC、STATCOM组运行时间，减少SVC、STATCOM组更换频率，防止子 模块投入时间过长，造成损坏。
[0036] 具体来说：
[0037] 1.本发明采取了 SVC组和STATCOM组混合补偿，可W降低每个组的补偿容量，减少 器件的损耗；
[003引2.控制器采用了 DSP控制模块+FIFO存储模块+数据采集模块方案设计。电网运行 的实际数据由数据采集模块完成对电压和电流的采集作用，再通过FIFO存储下来，控制模 块从FIFO中取得数据并进行无功计算，控制模块将得到的数据通过Mo化US总线传送给SVC 组和STATCOM组，由SVC、STATCOM组对电网进行补偿。控制模块进行集中管理、补偿控制和通 信，可W提高整个系统的效率和响应速度，增强无功补偿的实时性。
[0039] 3.控制模块可W实时的监控SVC组和STATCOM组中的无功容量，高峰和低谷时投入 和切除，并平衡各组中的符合容量，提高工作效率。
[0040] 4.控制模块可通过实时监控各个子模块的电压、电流、无功功率等参数W及所需 补偿容量随时控制SVC、STATC0M各个子模块的投入、切除等动作。
【附图说明】
[0041 ]图1为混合无功补偿系统整体框图
[0042] 图2为DSP控制模块与FIFO的通信图
[0043] 图3为无功补偿冗余设计的流程图
【具体实施方式】
[0044] 下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实 施例。
[0045] 在一个优选实施例中，无功补偿控制器设有多个补偿模块，包括静止无功补偿器 组（1)、静止同步补偿器组(2);所述的控制器还设有DSP控制模块(3)，所述的静止无功补偿 器（1)和静止同步补偿器(2)通过Mo化US总线模块与DSP控制模块(3)相连。所述的控制器设 有电压检测模块(6)，电流检测模块(7)，数据采集模块(5) ,FIFI存储器模块(4)。所述的电 压检测模块(6)和电流监测模块(7)与数据采集模块(5)相连接，数据采集模块通过FIFO存 储器模块（4)与控制模块（3)连接。所述的FIFO存储器采用的型号为IDT72V3680， IDT72V3680属于IDT公司的高密度supersyncTMII36位系列存储器中的一种，其基本功能特 点如下:对读/写口都可进行灵活的总线宽度设置，可选择不同的输入/输出数据线宽度;重 传操作延时很低且固定;首字的写入到读出的延时很低且固定;数据密度高达mbit;操作 时钟可达166MHz。
[0046] -种动态无功容量冗余设计方法，是基于无功需求数据的波动水平来确定装机容 量冗余程度，其特点是利用每一次检测到的动态无功容量计算总体的样本方差W及每一次 记录值的样本方差来获得偏离权值，然后利用偏离权值最小的那一组的无功容量数据来计 算总体无功容量的理论需求容量，从而设计出实际装机容量。
[0047] 在另一个优选实施例中，无功补偿控制