具有变压器无功电流实时补偿功能的无功补偿方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能动态无功补偿装置，属于电能质量控制领域。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求也越来越大，因此响 应速度快、连续可调、操作简单、成本低成为了无功补偿的新要求。
[0003] 早期的无功功率动态补偿装置是同步调相机，但由于它是旋转电机，因此损耗、噪 声较大，运行维护复杂、响应速度慢，因此逐渐被静止型无功补偿装置（SVC)所取代。
[0004] SVC虽然具有快速响应、维护简单、可靠性高等优点，但同时也有设备体积大、易产 生谐波、易发生谐振、不能连续调节的缺点。
[0005] 静止无功发生器（SVG)的出现，避免了SVC的缺点，SVG的基本原理是将自换桥式 电路通过电抗器并联到电网上，适当的调节桥式电路交流输出电压的相位和幅值，或者直 接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现无功补偿 的目的。虽相比SVC响应速度更快、运行范围更宽、能够连续调节，但由于成本高，未能广泛 应用。
[0006] 市场上出现了TSC与SVG混合使用方式，但基本上都是简单的组合，没有对两者之 间的配合补偿进行最优化的控制，往往提及的无极补偿、空载小电流补偿、快速性、防止过 补偿都是实现不了的。
[0007] 考核用户的功率因数时，通常是考核变压器一次侧的功率因数值，即变压器消耗 的功率也参与到了功率因数的计算中，变压器的无功损耗包括空载无功损耗和随负载率变 化的无功损耗。也就是说考核用户的功率因数包括了变压器的无功损耗和负载的无功损 耗。但现在所有补偿装置大部分是以补偿负载中的无功功率，没有考虑到变压器的无功功 率对功率因数的影响，这样长时间累积用户的功率因数无法达标，导致了供电局的罚款；或 者对变压器的无功补偿进行固定的补偿，或者互感器放到变压器原边进行检测这种方式检 测误差会很大，这些都不能很好的实时的对变压器的无功功率进行补偿。
【发明内容】
[0008] 为了解决现有补偿装置没有对变压器的无功功率进行补偿，进而导致用户的功率 因数无法达标的技术问题，本发明提供一种有变压器无功电流实时补偿功能的智能动态无 功补偿装置及补偿方法。
[0009] 本发明的技术解决方案如下：
[0010] 一种有变压器无功电流实时补偿功能的智能动态无功补偿方法，其特殊之处在 于：包括以下步骤：
[0011] 1】对网侧电流参数、静止无功发生器SVG输出的电流瞬时值、静止无功发生器SVG 的直流母线电压瞬时值进行采集，
[0012] 2】根据网侧电流参数及静止无功发生器SVG输出的电流瞬时值计算负载补偿电 流iF*指令；
[0013] 3】根据网侧电流参数及变压器参数计算变压器无功补偿电流iT*指令，变压器无 功补偿电流iT*指令即包含对空载无功损耗的补偿又包含对变压器随负载率变化的无功 补偿；
[0014] 4】将变压器无功补充电流iT*指令叠加到负载补偿电流iF*指令上，得到最终的 补偿电流I*指令；
[0015] 5】根据最终的补偿电流I*指令，输出静止无功发生器SVG的控制信息；
[0016] 同时根据最终的补偿电流I*指令，计算TSC需要投入的最小电容组数量，利用最 优控制理论，选出最优的投切组合，输出TSC控制信号；
[0017] 6】实时调整SVG在TSC投切前后的输出指令I*，实现控制的无极性。
[0018] 上述最优控制理论的状态方程（1)及给定的初态（2)为：
[0019] x(t) =f(x(t)，u(t)，t)， (1)
[0020] x(t〇) =t〇 (2)
[0021] u(t)为输入时刻网侧无功功率的大小；
[0022] x(t)为输出时刻SVG和TSC的无功功率；
[0023] x(tQ)为前一个时刻SVG和TSC输出的无功功率；
[0024] 规定的目标集⑶为：
[0025] M{x(tf) :x(tf)GRn,gj(x(tf),tf) = 0,gj(x(tf),tf) ^ 0} (3)
[0026] Rn为电容的总支路数对应的容量；
[0027] 整机的容量；
[0028] x(tf)为心时刻需要投入的容量；
[0029] 最优控制的控制策略需要满足投切电容支路数最少、SVG先补偿、无极补偿的条 件，按照这些限制条件，使得指标函数（4)
[0030]
【主权项】
1. 一种有变压器无功电流实时补偿功能的智能动态无功补偿方法，其特征在于：包括 以下步骤： 1】对网侧电流参数、静止无功发生器SVG输出的电流瞬时值、静止无功发生器SVG的直 流母线电压瞬时值进行采集， 2】根据网侧电流参数及静止无功发生器SVG输出的电流瞬时值计算负载补偿电流iF* 指令； 3】根据网侧电流参数及变压器参数计算变压器无功补偿电流iT*指令，变压器无功补 偿电流iT*指令即包含对空载无功损耗的补偿又包含对变压器随负载率变化的无功补偿； 4】将变压器无功补充电流iT*指令叠加到负载补偿电流iF*指令上，得到最终的补偿 电流I*指令； 5】根据最终的补偿电流I*指令，输出静止无功发生器SVG的控制信息； 同时根据最终的补偿电流I*指令，计算TSC需要投入的最小电容组数量，利用最优控 制理论，选出最优的投切组合，输出TSC控制信号； 6】实时调整SVG在TSC投切前后的输出指令I*，实现控制的无极性。
2. 根据权利要求1所述的有变压器无功电流实时补偿功能的智能动态无功补偿方法， 其特征在于： 最优控制理论的状态方程（1)及给定的初态（2)为： x(t) = f (x(t)，u(t)，t)， (I) x(t〇) = t〇 (2) u(t)为输入：t时刻网侧无功功率的大小； X (t)为输出：t时刻SVG和TSC的无功功率； X (tQ)为前一个时刻SVG和TSC输出的无功功率； 规定的目标集（3)为： M {x (tf) : X (tf) e Rn, gl (χ (tf), tf) = Ο, gi (χ (tf), tf) ^ 0} (3) Rn为电容的总支路数对应的容量； giS整机的容量； x(tf)为&时刻需要投入的容量； 最优控制理论的控制策略需要满足投切电容支路数最少、SVG先补偿、无极补偿的条 件，按照这些限制条件，使得指标函数（4)
其中J[u(.)]表示网侧无功功率；S(x(tf)，tf)表示负载的无功功率；
表是SVG无功功率； 对该函数进行求解，记为f(t)，称u#(t)为最优控制，也即最优的投切组合。
3. -种有变压器无功电流实时补偿功能的智能动态无功补偿装置，其特征在于： 包括静止无功发生器SVG、晶闸管控制投切电容器TSC及控制器， 所述控制器包括采样及继电板、控制板、IGBT驱动板、晶闸管驱动板， 所述采样及继电板对网测电流进行采集并将采集的电流信息反馈给控制板， 所述控制板根据投切策略及最优控制理论得出投切组合，并实时调整静止无功发生器 SVG在晶闸管控制投切电容器TSC投切前后的输出指令；发出控制信息给IGBT驱动板及晶 闸管驱动板， 所述IGBT驱动板用于静止无功发生器SVG的控制，所述晶闸管驱动板用于晶闸管控制 投切电容器TSC的控制。
4.根据权利要求1所述的有变压器无功电流实时补偿功能的智能动态无功补偿装置， 其特征在于： 所述智能动态无功补偿装置还包括触摸屏，所述触摸屏的对无功补偿装置的输出电 流、网测的情况实时监控，显示整机的状态，故障上报。
【专利摘要】本发明公开了一种具有变压器无功电流实时补偿功能的无功补偿方法及装置，属于电能质量控制领域。本发明对变压器的空载损耗、及有负载时的损耗(根据负载率变化)进行实时的计算，实现变压器无功电流的实时补偿，解决变压器无功损耗导致的功率因数低的问题；同时采用最优控制理论对静止无功发生器SVG与TSC电容补偿的投切策略进行计算，使得SVG与TSC的投切达到最优化效果，完全体现快速性、无极性的优势。
【IPC分类】H02J3-18
【公开号】CN104538975
【申请号】CN201410828943
【发明人】王森, 张丽娟, 高鹏
【申请人】西安爱科赛博电气股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月26日