专利名称：三相电力系统dvr最小能量补偿控制分析方法
技术领域：
本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种三相电力系统DVR 最小能量补偿分析方法。
背景技术：
DVR ( Dynamic Voltage Restorer,动态电压恢复器)是近年来出现的DFATS (Distribution Flexible Alternative Current Transmission Systems,柔'性酉己电手支术) 装置，它串联于电源与敏感负荷之间，当系统电压正常时，DVR被旁路。当 系统电压发生暂降(暂升)时，DVR可以在ms (毫秒)级内迅速动作，有效 的补偿暂降(暂升)电压，保护敏感性负荷免受电压暂降(暂升)的影响。因 为在电力系统的各种电能质量问题中，电压暂降(暂升)是发生概率最高的电 能质量问题，往往会造成系统中大量敏感设备工作失常，造成难以估计的损失， 因此对电压暂降(暂升)的补偿就显得尤为重要。
如何确定DVR输出的补偿电压，是提高DVR的实时特性、降低与系统 的有功交换的关键技术。目前国内外文献提出的控制策略分析方法，主要是 针对单相系统的，采用的相量图法以负荷电压相量的终点做补偿极限圆来确 定DVR补偿范围。这种分析方法物理意义不甚明确，难以分析三相系统电 压暂降情形。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析
4方法，解决目前电力系统中采用的DVR补偿控制分析方法，主要针对单相系 统，其物理意义不明确，难以分析三相系统电压暂降(暂升)情形的问题。
本发明的技术方案是， 一种三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方
法，其特征是所述分析方法包括下列步骤
步骤l:确定三相电力系统各相电压相量； 步骤2:确定负荷参考电压轨迹圆； 步骤3:确定各相极限补偿电压轨迹圆；
步骤4:判断DVR能否对各相电压实现补偿；如果DVR能对各相电压实
现补偿，则执行步骤5;否则，跳到步骤9;
步骤5:确定各相电压能补偿到的负荷电压轨迹相位范围；
步骤6:判断三相系统能否对称补偿；如果能对称补偿，则执行步骤7;
否则，跳到步骤9;
步骤7:确定对称补偿的负荷电压轨迹相位范围；
步骤8:控制负荷电压的相位以实现DVR最小能量补偿，然后结束； 步骤9:不能将负荷电压补偿到对称的正常幅值，结束。
所述判断DVR能否对各相电压实现补偿，其判断准则为，当CZ, , + ￡
R。,时，DVR能对各相电压实现补偿；否则，DVR不能对各相电压实现补偿； 其中，K,为系统电压暂降后的电压，i=A， B， C，分别表示系统的三相；
为极限补偿电压；t^,为系统正常运行时，三相电压的幅值。
所述判断三相电压能否对称补偿，其方法是，当各相电压可补偿到的负荷 电压的相位范围有共同的部分时，三相电压能实现对称补偿；否则，不能实现 对称补偿。
所述控制负荷电压的相位以实现DVR最小能量补偿，其方法是，先计算出各相负荷电流的相位；在对称补偿的负荷电压轨迹相位范围内，由各相DVR 对应的输出电压和各相负荷电流计算出输出功率，三相功率之和为DVR总的 输出功率，输出功率最小的相位为最小能量补偿对应的相位；控制负荷电压的 相位为输出功率最小时的相位，从而实现DVR最小能量补偿。
本发明提出的控制分析方法，以A相负荷参考电压相量为相量图横轴，以 系统电压相量的终点做补偿极限圆来确定DVR补偿范围，物理概念明确，思 路清晰，分析计算简便，可以有效解决三相系统任意不平衡电压暂降(暂升) 时的最小能量补偿问题。
图1是DVR原理示意图。
图2是三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法流程图。 图3是三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法相量图。
具体实施例方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅 仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是DVR原理示意图。图1中，动态电压恢复器DVR串联在系统电
源和负荷之间，负荷电压K。^为系统电压[/,与DVR补偿电压^^之和。正 常运行时，电源电压在允许范围之内，DVR输出补偿电压^^为0，负荷电 压K。^等于系统电压K。当系统电源电压发生暂降(暂升)时，DVR输出 补偿电压^M，使负荷电压^。^在运行允许的范围之内。由于DVR装置的 容量有限，其输出电压有一个极限，称为极限补偿电压。对于最小能量补偿控制，需要在不超过极限补偿电压的条件下，确定将负荷电压补偿到三相对 称的正常幅值时，DVR输出能量最小时的补偿电压幅值和相位。
图2是三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法流程图。图2中， i=A， B， C，表示分别对ABC三相进行相应的分析和计算。三相电压暂降(暂 升)时，DVR最小能量补偿控制分析方法的基本步骤是，
步骤1:确定三相电力系统各相电压相量。图3是三相电力系统DVR最 小能量补偿控制分析方法相量图。在图3中，正常运行时，系统三相电压对称， 幅值为" ,，三相电压相位依次落后120° ，以A相电压相位为参考相位，可以
得到三相正常运行时的电压相量分别为f^,ZO。 、 "<Z120° 、 "re/Z240° ，
这也是电压暂降(暂升)后的负荷参考电压相量。系统电压暂降(暂升)后的 系统电压相量为t^Z^、 f/Sitz>B、 f/scZ%。各相系统电压相量落后(超前)
负荷参考电压相量的夹角分别为"，、^、 "c (超前时角度为负值)。
步骤2:确定负荷参考电压轨迹圆。DVR补偿后要求三相保持负荷电压为 暂降(暂升)前的电压幅值即参考电压f^,ZO。 、 " 2120° 、 "re,Z240° ，
因此以f/w为半径、以原点为圆心可以得到补偿后负荷参考电压轨迹圆C^、。 步骤3:确定各相极限补偿电压轨迹圆。由于DVR装置容量有限，其输 出补偿电压有一个极限值即极限补偿电压^,，分别以步骤1中三相系统电压
相量的终点为圆心，以^^为半径可以得到三相系统的极限电压轨迹圆
步骤4:判断DVR能否对各相电压实现补偿；如果DVR能对各相电压实 现补偿，则执行步骤5;否则，跳到步骤9。如果第/相的极限电压轨迹圆Oyc/e,与负荷参考电压轨迹圆Oc/^,有交点，则该相能够实现补偿，判断准则为
R, + "D舰^t^，转入下一步骤；否则，转入步骤9。
步骤5:确定各相能补偿到的负荷电压轨迹相位范围。负荷参考电压轨迹 圆Cz>C/ere,.落在/相极限电压轨迹圆Oc/e ,内的圆弧部分A, B, C, D,即为该相能
够补偿到的负荷电压轨迹，圆弧相对该相负荷参考电压相量的相位范围为(P ,，
步骤6:判断三相系统能否对称补偿；如果能对称补偿，则执行步骤7; 否则，跳到步骤9。如果各相可补偿到的负荷电压的相位范围(/ , ， ^ )、 ( & ，
h)、 (-c， y》有共同的部分，则三相能够实现对称补偿，此时转入下一步
骤；否则转入步骤9。
步骤7:确定对称补偿的负荷电压轨迹相位范围。各相可补偿到的负荷电
压的相位范围(6， h)、 (L， h)、 (L.， h)的共同部分("，"即 为能够对称补偿的负荷电压相位范围。
步骤8:控制负荷电压的相位以实现DVR最小能量补偿。在(/ ， y)内
按照相位从小到大逐次分析，先计算出各相负荷电流/^、 /^、 Ac的幅值和相 角(相位落后负荷电压相位为功率因素角)，根据各相DVR对应输出的电压可 以计算出输出的能量，三相能量之和即为DVR总的输出能量。如果在某个相
位，三相能量之和为0，则此相位输出能量最小；否则々和y两个相位中输出能
量最小的相位为最小能量对应相位；根据前面两种情况，计算出输出能量最小 时DVR的输出电压幅值和相位，并按照该结果对输出电压即负荷电压进行控 制，就可以实现最小能量补偿。
X ,)， 其中A = - ", + arccos步骤9:不能将负荷电压补偿到对称的正常幅值。因为DVR装置的容量 有限，当电压暂降(暂升)的幅度、相位以及不平衡程度过大时，无法将负 荷电压补偿到三相对称的正常幅值，此时可以降低负荷参考电压幅值从而能 够实现三相对称补偿后，再按照前面的方法进行最小能量补偿。
本发明可以适用于各种三相系统DVR装置，包括而不局限于三相桥式、 三单相全桥式、电容中点性三相四线制、四极型三相四线制等结构。
本发明提出的三相系统电压暂降(暂升)时DVR最小能量补偿控制的
分析方法物理概念明确，思路清晰，计算简便，实现了对任意三相电压暂降 (暂升)时最小能量补偿控制量的分析。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可 轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
9
权利要求
1、一种三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法，其特征是所述分析方法包括下列步骤步骤1确定三相电力系统各相电压相量；步骤2确定负荷参考电压轨迹圆；步骤3确定各相极限补偿电压轨迹圆；步骤4判断DVR能否对各相电压实现补偿；如果DVR能对各相电压实现补偿，则执行步骤5；否则，跳到步骤9；步骤5确定各相电压能补偿到的负荷电压轨迹相位范围；步骤6判断三相系统能否对称补偿；如果能对称补偿，则执行步骤7；否则，跳到步骤9；步骤7确定对称补偿的负荷电压轨迹相位范围；步骤8控制负荷电压的相位以实现DVR最小能量补偿，然后结束；步骤9不能将负荷电压补偿到对称的正常幅值，结束。
2、 根据权利要求1所述的一种三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法，其特征是所述判断DVR能否对各相电压实现补偿，其判断准则为，当K, + [/皿s^,时，DVR能对各相电压实现补偿；否则，DVR不能对各相电压实现补偿；其中，",为系统电压暂降后的电压，i=A， B， C，分别表示系统的三相；t/。^为极限补偿电压；t^,为系统正常运行时，三相电压的幅值。
3、 根据权利要求1所述的一种三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法，其特征是所述判断三相电压能否对称补偿，其方法是，当各相电压可补偿到的负荷电压的相位范围有共同的部分时，三相电压能实现对称补偿；否则，不能实现对称补偿。
4、根据权利要求1所述的一种三相电力系统DVR最小能量补偿控制分析方法，其特征是所述控制负荷电压的相位以实现DVR最小能量补偿，其方法是，先计算出各相负荷电流的相位；在对称补偿的负荷电压轨迹相位范围内，由各相DVR对应的输出电压和各相负荷电流计算出输出功率，三相功率之和为DVR总的输出功率，输出功率最小的相位为最小能量补偿对应的相位；控制负荷电压的相位为输出功率最小时的相位，从而实现DVR最小能量补偿。
全文摘要
本发明公开了电力系统控制技术领域中一种三相电力系统DVR最小能量补偿分析方法。技术方案是，首先建立DVR的控制分析相量图，确定负荷参考电压轨迹圆和各相极限电压轨迹圆，判断各相DVR能否实现补偿并确定负荷电压轨迹相位范围，判断三相系统能否实现对称补偿并确定对称补偿的负荷电压轨迹相位范围，最终确定DVR输出能量最小时的负荷电压相位和相应的补偿电压。本发明提出的控制分析方法，以A相负荷参考电压相量为相量图横轴，以系统电压相量的终点做补偿极限圆来确定DVR补偿范围，物理概念明确，分析计算简便，有效解决三相系统任意不平衡电压暂降或者暂升时的最小能量补偿问题。
文档编号H02J3/28GK101478166SQ20091007786
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者刘颖英, 哲 孙, 徐永海, 肖湘宁, 郭春林 申请人:华北电力大学