一种动态无功补偿控制装置及控制方法与流程

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种动态无功补偿控制装置及控制方法。

背景技术：

1、由于供电电网中无功功率的大量存在，在很大程度上会导致电路功率因数的降低、传输损耗的增加和电网可靠性的降低，因此，对无功功率进行快速动态补偿的需求也越来越大，无功补偿技术作为一种新型的电网无功功率补偿方式正日益引起人们的关注。动态无功补偿装置能快速有效调节电网的无功功率，抑制电压波动和闪变，使整个电网负荷的潮流分配更趋合理，改善电网质量。

2、目前tssc 动态无功补偿装置对动态负载的检测与响应速度较慢以及无法实现完全的无功补偿等问题，如由于晶闸管仅是半控器件，当被触发导通之后，只能等流过它的电流小于维持电流后才会自动关断。因此，在每半个周期内，反并联的两只晶闸管只能触发导通一次，导致控制滞后，影响补偿的动态响应速度。而且tcsc控制属于相控方式，特别当触发控制角较大的时候，线路电流畸变严重，给电力系统带来不小的谐波污染。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种动态无功补偿控制装置及控制方法，能随着负载的工作变化调整无功补偿工作，其响应速度快，能抑制电网中的谐波，提高电网的供电能力及改善电能的质量。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动态无功补偿控制装置，包括采集模块、预处理模块、主控模块和相补偿模块；所述采集模块，用于实时采集电网中三相线路的电压及电流信号；所述预处理模块，用于对采集的信号进行预处理，以获得三相线路的电压和电流预处理信号；所述主控模块，用于根据三相线路的电压和电流信预处理信号以及模式切换规则进行无功补偿切换处理，以发出相应的补偿相控制信号；所述相补偿模块，用于根据所述补偿相控制信号切换至容性无功补偿工作或感性无功补偿工作。

3、作为上述方案的改进，所述相补偿模块包括至少两组补偿电路，所述补偿电路包括电路输入端、第一开关控制电路、第二开关控制电路、电感器、电容器和电路输入端，所述电路输入端和所述电路输出端分别与对应相线路连接；所述第一开关控制电路的第一端分别与所述电路输入端和电感器的一端连接，所述第一开关控制电路的第二端分别与所述第二开关控制电路的第一端和电感器的另一端连接；所述第二开关控制电路的第二端与所述电路输出端连接并通过所述电容器与所述电路输入端连接；所述主控模块分别与所述第一开关控制电路的控制端和所述第二开关控制电路的控制端连接，用于控制第一开关控制电路和第二开关控制电路的工作状态，以使补偿电路切换至容性无功补偿工作或感性无功补偿工作。

4、作为上述方案的改进，所述第一开关控制电路包括第一全控型开关管、第二全控型开关管，第一二极管和第二二极管；所述第二开关控制电路包括第三全控型开关管、第四全控型开关管，第三二极管和第四二极管；所述第一全控型开关管的栅极与第二全控型开关管的栅极相连并与主控模块连接，所述第一全控型开关管的发射极分别与所述第二全控型开关管的发射极、第一二极管的正极端和第二二极管的正极端连接，所述第一全控型开关管的集电极分别与所述电路输入端、第一二极管的负极端和电感器的一端连接，所述第二全控型开关管的集电极分别与所述电感器的另一端、第二二极管的负极端、所述第三全控型开关管的集电极和第三二极管的负极端连接；所述第三全控型开关管的栅极与第四全控型开关管的栅极相连并与主控模块连接，所述第三全控型开关管的发射极分别与所述第四全控型开关管的发射极、第三二极管的正极端和第四二极管的正极端连接，所述第四全控型开关管的集电极与所述电路输出端和第四二极管的负极端连接并通过所述电容器与第一全控型开关管的集电极连接。

5、作为上述方案的改进，所述主控模块包括：计算子模块，用于根据输入的三相线路的电压和电流预处理信号计算出各相线路的实际无功功率bn和实际功率因素an，其中，n=1,2,3；模式选择单元，用于当0<an<aq时，输出粗调补偿模式信号，当an>aq或an>0时，输出精调补偿模式信号，其中，aq为预设功率因素；粗调补偿子模块，用于当模式信号为粗调补偿模式信号时，根据每相线路中的实际无功功率bn与预设无功功率的差值，输出补偿相粗调控制信号控制对应的相补偿模块进行容性无功补偿工作；精调补偿子模块，用于当模式信号为精调补偿模式信号时，根据实际无功功率bn、实际功率因素an和电压预处理信号vn进行精调补偿计算处理，以输出补偿相精调控制信号控制对应的相补偿模块进行感性无功补偿工作。

6、作为上述方案的改进，所述精调补偿子模块包括：类型预处理单元，用于将实际功率因素an作为第一类型数据、电压预处理信号vn作为第二类型数据、实际无功功率bn作为第三类型数据；映射度计算单元，用于映射度计算公式dm,n=(cm,n-am)*em2*f/bm，计算出第m类型中的第n个映射度，其中，m=1，…，m，m=3，d1,n为实际功率因素an的第n个映射度，d2,n为电压预处理信号vn的第n个映射度，d2,n为实际无功功率bn的第n个映射度，cm,n为第m类型中的第n个数据，am为第m类型的第一参数，em为第m类型的第二参数，f为输入映射等级参数、bm为第m类型的第三参数；补偿量计算单元，用于根据预设的补偿量计算规则计算每相线路的感抗补偿量；精调补偿单元，用于根据每相线路的感抗补偿量，输出补偿相精调控制信号控制对应的相补偿模块进行感性无功补偿工作。

7、作为上述方案的改进，所述补偿量计算单元包括：

8、补偿量计算子单元，用于根据以下补偿量计算公式,以计算第n相线路的感抗补偿量：

9、；

10、其中，为第m类型中的第n个映射度所度量的映射空间度量的第q个度量值，为第m类型中的第n个映射度所对应的补偿映射向量的第q个输出映射量，q=1,…，q，q为输出映射等级参数，为第m类型的权重系数。

11、作为上述方案的改进，所述相补偿模块与对应相线路之间设有断路器，用于控制相补偿模块与对应相线路之间的回路通断状态；所述电路输入端包括有次级断路器，所述次级断路器用于控制补偿电路的通断状态。

12、作为上述方案的改进，采集模块包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器分别用于采集三相线路的电压信号并输送给预处理模块，所述电流互感器分别用于采集三相线路的电流信号并输送给预处理模块。

13、作为上述方案的改进，所述预处理模块包括依次连接的滤波模块、信号放大器模块和a/d转化器模块；所述滤波模块，用于对输入的采集信号进行滤波处理；所述信号放大器模块，用于对输入的滤波后的信号进行放大处理。所述a/d转化器模块，用于将放大后的信号进行模数转换并输送给所述主控模块。

14、本发明还提供了一种动态无功补偿控制方法，所述方法包括；通过采集模块实时采集电网中三相线路的电压及电流信号；通过预处理模块对采集的信号进行预处理，以获得三相线路的电压和电流预处理信号；通过主控模块根据三相线路的电压和电流信预处理信号以及模式切换规则进行无功补偿切换处理，以发出相应的补偿相控制信号；根据所述补偿相控制信号控制相补偿模块切换至容性无功补偿工作或感性无功补偿工作。

15、实施本发明，具有如下有益效果：

16、本发明动态无功补偿控制装置及控制方法，能实时检测负载环境的工作状态的变化并根据该变化而快速输出控制信号控制相补偿模块进行无功补偿工作，如发出或吸收无功功率等，其响应速度快，抑制了电网中的谐波，提高电网的供电能力及改善电能的质量；通过同时对各相线路进行无功补偿工作，以解决三相不平衡问题，提高电网质量，且电路成本较低。