静止同步补偿装置及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种静止同步补偿装置及其实现方法，主要解决了现有技术中存在的配电系统电能质量受到严重影响后，传统无功补偿装置和常规滤波装置不能有效解决动态电能质量的问题。该静止同步补偿装置，包括中央处理模块，输出端分别与中央处理模块相连的直流电压采样模块、输出电流采样模块和负载电流采样模块，输入端分别与中央处理模块相连的人机界面和触发电路，输出端与直流电压采样模块相连、输入端与触发电路相连的变流器，所述变流器和输出电流采样模块均与电网相连，所述负载电流采样模块与负载相连。通过上述方案，本发明达到了性价比较高，实现有效补偿的同时不会对电力系统产生负面影响的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
【专利说明】静止同步补偿装置及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种静止同步补偿装置及其实现方法。
【背景技术】
[0002]传统的无功补偿技术如同步调相机、电容器等，受其原理及实现方式的限制，对快速动态无功补偿不能给出实用、高效的解决方案。SVC等静止补偿装置虽然可以实现连续快速补偿，但其本质上仍然采用电容/电抗提供无功，因而补偿特性会受系统工况的限制，且其产生的补偿电流谐波含量较高，甚至必须配备滤波器。
[0003]传统无源滤波装置的滤波效果与系统运行参数密切相关，受系统谐波特性(阻抗/短路容量)变化和系统电压的影响，其谐波频谱的适用范围小，适应负载特性的能力较差，而且易受温度漂移、网络谐波污染、自身元件老化的影响，过载能力较差，在特定情况下还可能与系统发生谐振，因而，在实际应用中缺少一种性价比较高，功能适用且不会对配电系统造成不利影响的补偿装置，不能满足实际需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种静止同步补偿装置及其实现方法，主要解决现有技术中存在的配电系统电能质量受到严重影响后，传统无功补偿装置和常规滤波装置不能有效解决动态电能质量的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
静止同步补偿装置，包括中央处理模块，输出端分别与中央处理模块相连的直流电压采样模块、输出电流采样模块和负载电流采样模块，输入端分别与中央处理模块相连的人机界面和触发电路，输出端与直流电压采样模块相连、输入端与触发电路相连的变流器，所述变流器和输出电流采样模块均与电网相连，所述负载电流采样模块与负载相连。
[0006]进一步地，所述直流电压采样模块、输出电流采样模块和负载电流采样模块均为霍尔传感器。
[0007]作为优选，所述变流器采用IGBT变流器；所述人机界面采用嵌入式一体化触摸屏人机界面。
[0008]具体地说，所述中央处理模块、直流电压采样模块、输出电流采样模块、负载电流采样模块、触发电路和变流器均集成并固定安装于一柜体内，所述人机界面安装于柜体上。
[0009]基于上述装置，本发明提供了一种静止同步补偿装置的实现方法，包括以下步骤:
(1)输出电流采样模块将采集到的电网电流信号传递至中央处理模块，中央处理模块将接收到的电流信号进行dq变换后得出反馈值Iq ;负载电流采样模块将采集到的负载电流信号传递至中央处理模块，中央处理模块根据该电流信号得出参考电流IQMf ;
(2)中央处理模块将得出的反馈值Iq和参考电流Ittof差分后送入PI调节器；
(3)PI调节器根据接收到的数据得出获得无功谐波补偿电流的控制指令； (4)中央处理模块将该控制指令反变换形成实际的补偿电流控制信号；
Ca)输出电流采样模块将采集到的电网电流信号传递至中央处理模块，中央处理模块将该电流信号进行dq变换后形成基波有功电流反馈值Id ;直流电压采样模块采集直流侧电压反馈值Udref ；
(b)中央处理模块计算直流侧电压反馈值Udref与给定电压值的差值，将计算出的差值和基波有功电流反馈值Id均送入PI调节器；
(c)PI调节器根据接收到的差值形成基波有功电流指令值IPMf，并根据基波有功电流反馈值Id和形成的基波有功电流指令值Ipm得出直流侧电压控制所需的电流控制信号；
Cd)中央处理模块将该电流控制信号进行dq反变换形成实际的电流控制信号；
中央处理模块将步骤(4)和步骤(d)得出的电流控制信号进行叠加形成最终的输出电流控制信号，进而得出变流器输出控制电压、导通状态及时间，获得触发信号，通过触发电流驱动该变流器进行补偿。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(I)本发明集无功功率的连续、快速、同步补偿、滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等多种功能于一体，能够有效地提高供电电压质量、提高配电网络的安全稳定及经济运行水平，同时还可以降低功率损耗和电能损失，解决了传统无功补偿和常规滤波装置不能有效解决的动态电能质量问题，代表了无功补偿、谐波治理、电能质量控制的发展方向。
[0011](2)本发明支持自适应补偿，即可以自动跟踪补偿变化的谐波与无功功率，对补偿的对象有着极快的响应；可以跟踪电网频率的变化，补偿性能不受电网频率变化的影响，同时可以根据不同的现场要求灵活设定不同的控制方式，进而达到不同的补偿效果，应用灵活，适用范围较广。
[0012](3)本发明支持连续动态无功补偿，即可以对无功功率连续动态跟踪补偿，响应快(40 μ s响应负荷变化，全响应时间小于10ms)，补偿容量准确可控，输出电流不依赖于系统电压，有着较宽的运行范围和较好的补偿效果，可以从感性到容性全范围连续调节。
[0013](4)本发明结构简单、实施方便、性价比较高，符合实际需求，具有实质性特点和进步，适合大规模推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的系统框图。
[0015]图2为本发明的控制逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
[0017]如图1所示，本发明公开了一种静止同步补偿装置，包括柜体，安装于柜体内的中央处理模块、输出电流采样模块、负载电流采样模块、直流电压采样模块、触发电路和变流器，安装于柜体上的人机界面。
[0018]在实际应用中，可根据不同的容量要求，对柜体进行灵活设置，再把各个模块安装在柜体中，组装出静止同步补偿装置。
[0019]其中，中央处理模块连接输出电流采样模块、负载电流采样模块、直流电压采样模块、触发电路和人机界面，主要负责将输出电流采样模块、负载电流采样模块、直流电压采样模块采集来的数据进行处理，并发出补偿电流指令信号，进而控制触发电路触发变流器产生补偿电流，抵消负载电流中需要补偿的谐波、无功及不平衡分量，最终得到期望的电源电流，实现补偿功能；
输出电流采样模块的输出端与中央处理模块的控制端连接，输入端与电网一次进线端连接，主要负责采样电网进线的电流数据传送给中央处理模块进行处理；负载电流采样模块的输出端与中央处理模块的控制端连接，输入端与负载端连接，主要负责采样负载端的电流数据传送给中央处理模块进行处理；直流电压采样模块的输出端与中央处理模块连接，输入端与变流器相连，主要负责采样变流器上的直流电压数据传送给中央处理模块处理；
变流器一端与触发电路连接，另一端与电网一次进线连接，主要接受触发电路的控制产生补偿电流，抵消负载电流中需要补偿的谐波、无功及不平衡分量，最终得到期望的电源电流，实现补偿功能；
人机界面与中央处理模块连接，主要是对整个装置的运行状态、各项数据进行显示，并可通过嵌入式一体化触摸屏人机界面对相关数据进行设置。
[0020]作为优选，变流器模块采用具有高度的可控性和快速响应性，可以快速跟踪负荷波动，高效地补偿无功、谐波及不平衡分量，降低无功损耗，清洁电网，提高电能质量，保证用电设备的正常工作的IGBT变流器；人机界面采用嵌入式一体化触摸屏人机界面，其是可编程序控制器的小型人机界面，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。
[0021]本发明中，静止同步补偿装置在运行时需要控制交流并网侧输出电流的谐波及无功分量，同时稳定直流侧电压。传统的基于静止坐标系的控制方法，反馈值、参考值皆为正弦信号，最终的电流控制存在稳态误差，而且通常采用的线性化三角函数的方法的动态性能较差，对高次谐波的补偿效果不甚理想，基于此，本发明的控制方法如图2所示:
静止同步补偿装置采用dq变换控制模式，在运算过程中反馈值、参考值及指令信号在稳态时均为直流信号，通过PI调节器实现稳态无误差的电流跟踪控制，结合二阶复合预测前馈控制方式，达到快速高精度的滤波补偿效果。
[0022]设为三相电流，其一:静止同步补偿装置的输出电流(la、lb、Ic)经dq变换后形成反馈值Iq，其和根据负载电流计算获得的参考电流IQMf差分后进入PI调节器，计算获得无功谐波补偿电流的控制指令，而后经dq反变换形成实际的补偿电流控制信号。当对多次谐波电流同时补偿时，按各次谐波的对应频率分别进行dq变换运算并累加形成控制信号；
其二:静止同步补偿装置的输出电流(la、lb、Ic)经dq变换后形成基波有功电流反馈值Id，直流侧电压反馈值Udref和电压给定值的差值通过PI调节器形成基波有功电流指令值Ipd，反馈值和指令值差分后进入PI调节器，计算获得直流侧电压控制所需的电流控制信号，并经dq反变换形成实际的电流控制信号； 上述无功谐波补偿电流控制信号和直流侧电压控制电流信号叠加形成最终的静止同步补偿装置的输出电流控制信号，进而计算获得变流器输出控制电压，确定IGBT的导通状态及时间，获得触发信号，通过触发电路驱动变流器。
[0023]计算获得参考电流Ittof时为避免控制运算过程的控制滞后，采取预测电流补偿，以保证动态性能和补偿精度，预测方法采用二阶预测和周期迭代预测的自适应加权复合预测，实现预测值的自适应调整。
[0024]按照上述实施例，便可很好地实现本发明。
【权利要求】
1.静止同步补偿装置，其特征在于，包括中央处理模块，输出端分别与中央处理模块相连的直流电压米样模块、输出电流米样模块和负载电流米样模块，输入端分别与中央处理模块相连的人机界面和触发电路，输出端与直流电压采样模块相连、输入端与触发电路相连的变流器，所述变流器和输出电流采样模块均与电网相连，所述负载电流采样模块与负载相连。
2.根据权利要求1所述的静止同步补偿装置，其特征在于，所述直流电压采样模块、输出电流采样模块和负载电流采样模块均为霍尔传感器。
3.根据权利要求2所述的静止同步补偿装置，其特征在于，所述变流器采用IGBT变流器。
4.根据权利要求3所述的静止同步补偿装置，其特征在于，所述人机界面采用嵌入式一体化触摸屏人机界面。
5.根据权利要求4所述的静止同步补偿装置，其特征在于，所述中央处理模块、直流电压采样模块、输出电流采样模块、负载电流采样模块、触发电路和变流器均集成并固定安装于一柜体内，所述人机界面安装于柜体上。
6.权利要求1飞任意一项所述的静止同步补偿装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)输出电流采样模块将采集到的电网电流信号传递至中央处理模块，中央处理模块将接收到的电流信号进行dq变换后得出反馈值Iq ;负载电流采样模块将采集到的负载电流信号传递至中央处理模块，中央处理模块根据该电流信号得出参考电流IQMf ; (2)中央处理模块将得出的反馈值Iq和参考电流Ittof差分后送入PI调节器； (3)PI调节器根据接收到的数据得出获得无功谐波补偿电流的控制指令； (4)中央处理模块将该控制指令反变换形成实际的补偿电流控制信号； Ca)输出电流采样模块将采集到的电网电流信号传递至中央处理模块，中央处理模块将该电流信号进行dq变换后形成基波有功电流反馈值Id ;直流电压采样模块采集直流侧电压反馈值Udref ； (b)中央处理模块计算直流侧电压反馈值Udref与给定电压值的差值，将计算出的差值和基波有功电流反馈值Id均送入PI调节器； (c)PI调节器根据接收到的差值形成基波有功电流指令值IPMf，并根据基波有功电流反馈值Id和形成的基波有功电流指令值Ipm得出直流侧电压控制所需的电流控制信号； Cd)中央处理模块将该电流控制信号进行dq反变换形成实际的电流控制信号； 中央处理模块将步骤(4)和步骤(d)得出的电流控制信号进行叠加形成最终的输出电流控制信号，进而得出变流器输出控制电压、导通状态及时间，获得触发信号，通过触发电流驱动该变流器进行补偿。
【文档编号】H02J3/18GK103825289SQ201410104802
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】陈财建, 柴若愚, 罗海卫, 李敏 申请人:成都星宇节能技术股份有限公司