静止无功补偿器系统中的控制设备和方法与流程

本发明涉及静止无功补偿器(svc)系统中的控制设备和方法，并且更具体地涉及能够对静止无功补偿器系统中的三相电流中的不平衡进行补偿的控制设备和方法。

背景技术：

在用于改进电压稳定性并且补偿无功功率的诸如高压直流(hvdc)系统或静止无功补偿器(svc)系统的高容量功率变换装置中，系统谐波和不平衡对系统控制具有影响。具体地，在svc系统的情况下，非特性谐波可以由于诸如在各相位之间的电流或电压中的不平衡的单相位故障和功率互连系统的接地故障而异常地增大。因此，这些系统要求高性能和高精确控制方案。

然而，在通常svc系统的控制中，由于功率系统的三相平方根(rms)值主要由三相电压和电流的操作控制，所以难以对由于干扰和故障而导致的不平衡状况进行补偿。

因此，当在功率系统的瞬态或故障状态中发生相位不平衡时，需要对相位不平衡进行补偿以改进svc系统的稳定性的方法。

技术实现要素：

[技术问题]

本发明的目标是要提供一种控制方法，其能够通过使得svc系统能够通过相位不平衡状况中的控制以及在正常状态中执行正常操作来改进系统性能。

由本发明解决的技术问题不限于以上技术问题，并且未在本文中描述的其他技术问题将从下面的描述中对本领域技术人员而言变得显而易见。

[技术方案]

本发明的目标能够通过提供一种静止无功补偿器(svc)系统中的控制设备来实现，该控制设备包括：多个电流供应单元，其用于供应对功率系统的三相电流进行配置的相位电流；多个电流传感器，其用于测量所述相位电流；以及控制器，其用于基于所述相位电流来确定在所述三相电流中是否发生不平衡，如果发生所述不平衡则根据所述相位电流来计算与所述不平衡相对应的误差，并且单独地控制所述多个电流供应单元中的至少一个以便补偿所述误差。

根据本发明的另一方面，一种静止无功补偿器(svc)系统中的控制设备的控制方法包括：供应对功率系统的三相电流进行配置的相位电流；测量所述相位电流；基于所述相位电流来确定在所述三相电流中是否发生不平衡，并且如果发生所述不平衡则根据所述相位电流来计算与不平衡相对应的误差，并且单独地控制多个电流供应单元中的至少一个以便补偿所述误差。

[有利的效果]

根据本发明的实施例，能够通过使得svc系统能够通过控制相位不平衡以及在正常状态中执行正常操作来改进系统性能。

根据本发明，能够通过算法开发和修改来实现目标并且能够通过使用与通用svc系统的控制器相同的结构而不安装额外的控制设备来确保经济可行性。

另外，能够根据基本系统功能实现系统可用性改进、性能改进和质量改进。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的配置的框图。

图2是示出了根据本发明的实施例的用于补偿三相电流中的不平衡的内部控制流程的示意图。.

图3是示出了根据本发明的实施例的用于补偿三相电流中的不平衡的方法的示意图。

图4a是图示了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的内部控制流程的示意图。

图4b是图示了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的内部控制流程的示意图。

图5是图示了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的控制流程的示意图。

图6是示出了根据本发明的实施例的svc系统的配置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的优选实施例。然而，本发明的技术范围不受以下实施例限制，并且本发明的技术范围内的其他实施例可以容易地通过删除或改变组件或添加其他组件来容易地实施。

另外，尽管在本发明中使用的术语从公知的且使用的术语选择，但是本发明的描述中提到的术语中的一些已经根据申请人的自由裁量权选择，其详细意义在本文中的描述的相关部分中进行描述。另外，要求不仅仅通过使用的实际术语并且通过如本文中限定的每个术语的意义来理解本发明。在下文中，如本文中所限定的，术语“包括”不排除除了本文中描述的组件或步骤之外的组件或步骤。

图1是示出了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的配置的框图。

根据本发明的实施例的静止无功补偿器(svc)系统中的控制设备100被包含于svc系统中以控制包含于svc系统中的晶闸管控制的电抗器(tcr)、晶闸管开关电容器(tsc)以及固定电容器(tsc)。下面将参考图6描述svc系统、tcr、tsc和fc。

根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备100可以包括电流供应单元110、电流传感器120和控制器130。

电流供应单元110供应功率系统的三相电流。

更具体地，电流供应单元110可以包括与三个相位相对应的第一电流供应单元112、第二电流供应单元114和第三电流供应单元116。

第一电流供应单元112、第二电流供应单元114和第三电流供应单元116可以供应与对功率系统的三相电流进行配置的相位相对应的相位电流。为此，第一电流供应单元112、第二电流供应单元114和第三电流供应单元116中的每个可以包括电容器库(未示出)和双向晶闸管(未示出)。

双向晶闸管(未示出)由接通脉冲信号接通以打开和关闭电容器库(未示出)。更具体地，当接通脉冲信号被供应到双向晶闸管(未示出)的栅极时，开关被接通使得电流开始流动。在双向晶闸管(未示出)中，两个晶闸管被反并联连接并且因此电流可以在其中开关被接通的状态中双向流动。

电容器库(未示出)可以供应电流。电容器库(未示出)当电容器库由双向晶闸管(未示出)打开和关闭时累积电能并且之后通过累积的电能排放电流。

在一些实施例中，电容器库(未示出)和双向晶闸管(未示出)可以被连接到y结构或德尔塔结构中的功率系统以生成三相电流。

电流传感器120可以测量电流。

电流传感器120可以包括与三个相位相对应的第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126，使得电流根据相位来测量。

根据一个实施例，第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126可以直接地测量三个相位的相位电流。为此，第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126中的每个可以包括安培计(未示出)，其是用于测量dc电流或ac电流的测量计。在这种情况下，第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126可以被定位在用于接收三相电流的输入端子或用于输出三相电流的输出端子处。

根据另一实施例，第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126根据关于三个相位的相位电流的数据来测量相位电流。更具体地，第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126可以执行与位于控制设备100外部的装置的通信，接收关于由该装置测量的三相电流的相位电流的测量值的信息，并且根据其来测量对三相电流进行配置的相位电流。为此，第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126可以通过线路、电力线或光缆执行与装置的有线通信，或者与装置执行诸如无线lan通信或移动通信的无线通信。

控制器130可以基于相位电流来确定在三相电流中是否发生不平衡。更具体地，控制器130可以对三相电流进行配置的相位电流进行区分和整合，并确定相位电流的和是否变成零。和在平衡状态中为0，并且在非平衡状态中为非零值。这将在下面参考图2进行描述。

如果在三相电流中发生不平衡，则控制器130可以根据相位电流单独地控制多个电流供应单元112、114和116中的至少一个以便补偿不平衡。

根据一个实施例，控制器130可以根据相位电流单独地控制多个电流供应单元112、114和116中的至少一个以便计算与不平衡相对应的误差并且以补偿该误差。

更具体地，如果多个电流供应单元112、114和116中的每个包括被接通以便相位电流的晶闸管，则控制器130可以根据相位电流单独地使晶闸管接通以便补偿不平衡。

根据图1中示出的实施例，如果控制设备100包括电流供应单元110并且在三相电流中发生不平衡，则控制设备100可以单独地控制多个电流供应单元112、114和116。

然而，在一些实施例中，电流供应单元110可以不被包含于控制设备100中但是可以被提供在控制设备100外部或者可以被包含于在svc系统中包含的tsc或tcr中。在这样的情况下，如果确定了在三相电流中发生不平衡，则控制器130可以单独地控制被提供在控制设备100外部的多个电流供应单元112、114和116以便补偿不平衡。

图2是示出了根据本发明的实施例的用于补偿三相电流中的不平衡的内部控制流程的示意图。.

根据本发明的一个实施例，输出电流的状态可以根据三相电流的相位来感测以测量相位电流，并且可以基于在所测量的相位电流中发生的误差来单独地补偿每个相位的相位电流。

更具体地，三相电流的测量值在三相平衡状况下变成0。然而，当发生诸如外部设备的故障和失灵的扰乱时在三相电流中出现不平衡值。在这种情况下，控制器130可以生成用于补偿三相电流中的不平衡的控制信号。三相电流的每个相位可以基于这样的控制信号来单独地控制。

为此，控制器130可以包括微分器201、202和203、积分器211、212和213、k斜率确定单元221、222和223以及加法器230。在这种情况下，微分器201、202和203、积分器211、212和213以及k斜率确定单元221、222和223可以与对三相电流进行配置的相位电流ia、ib和ic相对应地被定位。

微分器201、202和203对与其相对应的相位电流ia、ib和ic进行微分。在这种情况下，微分器201、202和203可以基于所微分的值来测量相位电流ia、ib和ic中的电流变化。

积分器211、212和213可以对由微分器201、202和203微分的相位电流ia、ib和ic进行积分。在这种情况下，积分器211、212和213可以对由微分器201、202和203测量的电流变化进行积分以确定在预定时间处的总电流变化。

k斜率确定单元221、222和223将常数kslope应用到从积分器211、212和213输出的值并且之后将值输出到加法器230。这里，常数kslope确定svc系统的操作特性并且可以根据系统的特性而被不同地设定。

加法器230将通过应用常数kslope获得的值与从与三个相位相对应的积分器211、212和213输出的值进行相加。

在这种情况下，控制器130确定由加法器230获得的值是否为0。三相电流包括具有120度的相位差以及相同的幅度和频率的三个ac正弦波。因此，如果svc系统正常地操作使得相位电流ia、ib和ic具有相位平衡，则从积分器211、212和213输出的值的和变成0。然而，如果在三个相位之中归因于故障而发生电流不平衡，则出现非零误差值。如果误差值出现，则控制器130识别到在三个相位之中发生不平衡并且执行控制使得第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126测量与其相对应的相位电流ia、ib和ic以便单独地控制三个相位。

第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126可以测量三个相位的电流。在图2中，第一电流传感器122测量相位a的相位电流ia，第二电流传感器124测量相位b的相位电流ib，并且第三电流传感器126测量相位c的相位电流ic。

第一电流传感器122、第二电流传感器124和第三电流传感器126可以由ivalue检测器实施。ivalue检测器可以根据其输出值来控制被连接到输出端子的积分器211、212和213。更具体地，如果输出值为接通信号，则积分器211、212和213可以被设定为不使积分器211、212和213进行操作，并且如果输出值为断开信号，则积分器211、212和213在没有重置的情况下进行操作。

为此，ivalue检测器当svc系统或包括tcr或tsc的包括tcr或tsc的svc系统的装置生成输出电流时检查包括tcr或tsc的svc系统的装置的操作状态。在这种情况下，ivalue检测器可以当电流流动时监测电流并输出断开信号并且当电流不流动时输出接通信号。例如，ivalue检测器可以当电流流动时生成低电平(0)信号并将其输出到积分器211、212和213，并且当电流不流动时生成高电平(1)信号并将其输出到积分器211、212和213。

传统上，如果计算三相电流的结果不为0，则svc系统通过误差来执行功率控制。在这种情况下，控制三相电流的总输出并且不单独地控制对三相电流进行配置的相位。

然而，根据当前实施例，如果在三个相位之中发生不平衡，则根据相位来测量相位电流并且基于相位电流来生成控制信号以便补偿在三个相位之中的不平衡，由此单独地控制每个相位。因此，如与传统系统相比较，能够更准确地执行系统的瞬态或故障状态中的控制。因此，能够改进svc系统的稳定性。

图3是示出了根据本发明的实施例的用于补偿三相电流中的不平衡的方法的示意图。

对三相电流进行配置的a相位电流a、b相位电流b和c相位电流c是具有相同的幅度和频率以及120度的相位差的ac正弦波。

如图3所示，当在时间t1处在相位c中发生接地故障或失败时，指示c相位电流c的波形由在时间t1处的误差扭曲。更具体地，在时间t1之后的相位电流c在正常状态中具有由虚线表示的波形但是在其中发生扭曲的实际状态中通过在电流值中发生的误差具有由实线表示的波形。

在这种情况下，随着相位c的电压减小，相位a和相位b的电压可以相对地增大或减小。更具体地，在时间t1处在指示a相位电流a的波形和指示b相位电流b的波形中发生用于增大电流的幅度的误差。因此，a相位电流a和b相位电流b在正常状态中具有由虚线表示的波形，并且归因于当在时间t1处在c相位中发生故障时波形的幅度的增大和在电流值中发生的误差而具有由实线表示的波形。因此，在三相电流中发生不平衡。

如果在时间t2处对归因于三相电流中的不平衡的误差进行补偿，则相位a可以通过从由虚线表示的曲线(即，正常状态的波形)到由实线表示的曲线(即，实际波形)的误差εa来补偿，并且相位b可以通过从由虚线表示的曲线(即，正常状态的波形)到由实线表示的曲线(即，实际波形)的误差εb来补偿。使用相同的方法，相位c可以通过误差εc来补偿。

通过该方法，在本发明中，当在三相电流中发生相位不平衡时，可以根据相位来补偿误差以单独地控制每个相位。

图4a是图示了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的内部控制流程的示意图。

根据本发明的一个实施例，svc系统包括用于补偿三个相位中的每个的不平衡的不平衡控制块。

平方根(rms)计算块401测量三相总线电压vmeas并通过内部计算对所测量的三相总线电压vmeas求平均以得到平方根(rms)值vrms。这里，rms值可以被定义为在一个时间段期间与三相电流或电压相对应的波形信号的瞬时值的平均值的平方根。总线电压的rms值vrms被输入到比较器404。

比较器404将总线电压的rms值vrms与连接的功率系统的电压的参考值vref进行比较以计算误差ve并基于所计算的误差ve来生成控制信号。另外，比较器404可以在计算误差ve时考虑确定svc系统的操作特性的常数kslope。常数kslope可以被存储在常数kslope确定单元405中。由比较器404生成的控制信号被输入到电压控制块406。

电压控制块406可以基于控制信号来补偿总线电压vmeas。为此，电压控制块406由pi控制器实施以生成用于补偿的控制信号。

晶闸管电纳控制块408基于控制信号根据用于生成或消耗无功功率的svc系统的特性来执行电纳(b)控制。在系统的电纳控制的情况下，被测量以便与连接的功率系统同步并且控制连接的功率系统的总线电压的相位通过pll控制测量并且与控制信号进行比较，由此生成晶闸管的接通信号。这里，用于通过pll控制测量相位并且用于执行与控制信号的比较的操作由pll块403执行，并且用于与连接的功率系统同步的操作由同步块407执行。

选通脉冲生成块409生成晶闸管的接通信号。晶闸管的接通信号包括总共六个信号，并且可以互补地生成每个相位的前向或后向晶闸管接通信号。

不平衡控制块402接收三相输出电流并将其应用到总线电压控制并且基于其来执行对相位不平衡的补偿。在这种情况下，不平衡控制块402可以当发生不平衡状况时单独地控制每个相位。

传统上，当在三个相位之中发生不平衡时，计算三相电流的rms值，并且基于rms值来补偿与平衡状态的误差。因此，三个相位中的每个不需要被控制并且每个相位的相位电流不需要被测量。

然而，根据本发明的一个实施例，可以测量每个相位的相位电流，每个相位可以基于相位电流而被单独地控制，并且这样的控制操作可以由不平衡控制块402执行。

图4b是图示了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的内部控制流程的示意图。

根据本发明的一个实施例，当三相中的每个的不平衡被补偿时，系统的内部电流可以被测量并且被应用到确定系统的操作特性的常数kslope。

在考虑确定系统的操作特性的常数kslope时，相关联的总线电流imeas一般被测量并且用于控制。然而，系统的内部电流ivalve被测量并且被应用到常数kslope，功率变换设备的内部电流被测量并被监测以监测svc设备的操作状态并根据命令执行反馈监测，由此改进系统可靠性。

参考图4b，从svc系统或tcr库测量的内部电流值ivalve被输入到kslope确定块405。在这种情况下，系统的内部电流值可以被应用到确定系统的操作特性的kslope常数。

图5是图示了根据本发明的实施例的svc系统中的控制设备的控制流程的示意图。

控制设备100供应对功率系统的三相电流进行配置的相位电流(s501)。

控制设备100测量对三相电流进行配置的相位电流(s502)。

控制设备100基于相位电流来确定在三相电流中是否发生不平衡(s503)。

控制设备100当发生不平衡时根据相位电流单独地执行控制以补偿不平衡(s504)。

更具体地，控制设备100可以根据相位电流计算与不平衡相对应的误差并且控制被供应到每个相位的相位电流以补偿该误差。

图6是示出了根据本发明的实施例的svc系统的配置的示意图。

svc系统600一般在工业站点和功率系统中可用，并且在这种情况下可适用于三相网络封装类型中的功率系统。系统主要可适用于补偿中长范围电力线的传输电压，诸如用于熔炼或钢铁工业的非线性负载的大规模负载的总线电压的稳定性，功率因素补偿和谐波以及闪烁补偿。

在这种情况下，svc系统600可以被并联连接到功率系统以生成或吸收无功功率，由此控制无功功率。为此，svc系统可以包括tsc610、tcr620和固定电容器(fc)。

tsc610可以控制电容负载的电流以生成连接总线的无功功率，由此使电压稳定。为此，tsc610可以包括晶闸管(未示出)和电容器(未示出)。

tcr620可以控制电感负载的电流以消耗连接总线的无功功率，由此控制作为主要控制对象的连接总线的电压。为此，tcr620可以包括晶闸管(未示出)和电抗器(未示出)。电抗器(未示出)可以被提供在晶闸管(未示出)的两端或一端处。

在这种情况下，tsc610和tcr620的通用控制结构是相同的，并且详细的操作控制方法如下。

控制设备100可以测量三个相位中的每个，基于相位电流来确定在三相电流中是否发生不平衡，并且单独地控制每个相位的电流使得当发生不平衡时根据相位电流来补偿不平衡。

在本发明中，已经描述了用于当在包括tsc610或tcr620的svc系统600中的三相电流中发生不平衡时改进控制的控制方法。然而，本发明不限于此，并且控制方法可适用于包括晶闸管的所有种类的功率变换设备。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本发明不限于此并且本领域技术人员将认识到能够在不脱离本发明的精神或范围的情况下在本发明中进行各种修改和变型。例如，本领域技术人员可以修改实施例的组件。与这样的修改和应用相关的差别被解释为随附权利要求中描述中的本发明的范围内。