CN102591319B - 一种用于statcom控制器的试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于STATCOM控制器的试验装置及方法，属于无功补偿技术领域。所述试验装置包括***电源、变压器、电压扰动发生装置、开关回路、试验主电路和控制保护***；所述***电源、变压器、开关回路和试验主电路依次串联，所述电压扰动发生装置与所述变压器并联。该试验装置动态连续无功补偿、调节速度快、调节范围广、欠压下无功调节能力强、谐波含量低、接入电力***无谐振，试验方法简单可靠，可以构造各种电力***故障的工况，满足对STATCOM控制策略的试验验证要求。

Description

一种用于STATCOM控制器的试验装置及方法
技术领域
本发明属于无功补偿技术领域，具体涉及一种用于STATCOM控制器的试验装置及方法。
背景技术
目前，多数采用仿真技术，建立控制***的模型来验证设计的控制策略的可行性与正确性，虽然能够为控制***的开发提供一定的参考，但不能对控制器进行检验，无法反映***的实际工况，缺乏试验依据。也有采用实时数字仿真技术建立***模型来验证设计的控制器及控制策略。比如，加拿大开发的电力***实时数字仿真器RTDS(Real Time DigitalSimulator)、加拿大TEQSM公司研制的HYPERSIM、法国电力公司开发的ARENE等，一方面，实时数字仿真设备成本通常较高；另一方面，链式静止同步补偿器串联级数通常较多，各链节控制信号不同，设备与控制器、静止同步补偿器之间的接口电路较复杂。这些都限制了实时数字仿真技术在链式静止同步补偿器中的应用。
静止同步补偿器STATCOM(Static Synchronous Compensator)，是一种新型静止无功动态补偿装置，由并联接入***的电压源换流器构成，其输出的容性或感性无功电流连续、可调且独立于与***连接点的电压。它是以电压源换流器VSC为核心，直流侧采用直流电容器为储能元件，利用可关断器件将直流侧电压转换成与电网同频率的交流电压，并通过连接电抗器并联在电网上，适当地调节交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使装置吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。当仅考虑基波频率时，STATCOM可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。
STATCOM装置通过配置不同的控制策略，可在维持或控制节点电压、提高线路输送能力、阻尼功率振荡、提高***的静态和暂态稳定性等方面起到重要作用；而STATCOM对电力***作用的同时，电力***的静态和暂态过程都会不同程度的影响STATCOM的运行，特别是在***故障情况下，STATCOM的运行条件突变。此时，首先应该考虑的是STATCOM本身的安全，其次才是其作用的发挥；因此，既要考虑装置本身的控制，也要考虑***的控制，设计不同层次的控制策略，以提高STATCOM装置的生存能力，并避免装置退出对***造成的扰动，其控制策略主要分为***级、装置级和底层控制。
***级控制策略主要分为稳态控制模式和暂态控制模式。稳态控制模式分为恒无功模式和恒电压模式。在恒无功运行条件下，STATCOM将输出恒定的无功功率，无功出力目标值可以从额定容性无功功率到额定感性无功功率之间设定；在恒电压运行条件下，STATCOM以稳定***电压为目标，自动调节装置输出的无功功率。
暂态控制模式是在暂态工况下构造STATCOM内部的各种故障、***侧电压的暂升、暂降、单相、两相、三相等故障，以验证控制器和控制策略。
为了保证设计的控制策略的可行性与正确性，需要采取相应的手段进行测试。目前，常用仿真软件建立控制***的模型，以验证所设计的控制策略是否可行。此种方法能够为控制***的开发提供一定的参考和指导，然而不能反映***的实际工况，缺少一定的试验依据。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于STATCOM控制器的试验装置及方法；该试验装置动态连续无功补偿、调节速度快、调节范围广、欠压下无功调节能力强、谐波含量低、接入电力***无谐振，试验方法简单可靠，可以构造各种电力***故障的工况，满足对STATCOM控制策略的试验验证要求。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于STATCOM控制器的试验装置，所述试验装置包括***电源，包括电源、***阻抗和接触器，用于给所述试验装置供电；变压器，用于改变电压，使电网***电压与试验装置电压相匹配；电压扰动发生装置，用于构造试验主电路接入点的电压；开关回路，用于实现所述试验主电路接入和退出；控制保护***，用于控制和保护整个装置的运行和操作；和试验主电路，用于测试STATCOM的动作逻辑。
所述***电源、变压器、开关回路和试验主电路依次串联，所述电压扰动发生装置输入侧与所述***电源输出端并联，输出侧串联在所述变压器与开关回路之间。
所述电压扰动发生装置包括启动开关QF2、软起回路、三相整流变压器、三相背靠背变流器和三相滤波电路。
所述软起回路包括软起电阻R4和与其并联的旁路开关QF4。
所述三相整流变压器为多绕组变压器，所述多绕组变压器为三相独立变压器或三相一体变压器；每相背靠背变流器的输入端与每相整流变压器的输出端连接，其输出端与每相滤波电路连接。
所述每相滤波电路包括电感、电阻和电容，所述电阻和电容串联后与所述电压扰动发生装置输出端并联，所述电感与电压扰动发生装置输出端串联。
所述开关回路包括避雷器F、熔断器FU2、电压互感器和开关QF1；所述避雷器F用于所述试验主电路的过电压保护。
所述试验主电路包括依次串联的电流互感器、电抗器、软起回路和级联的H型链节；
所述电流互感器用于检测电流；
所述电抗器用于抑制所述H型链节产生的高次谐波电流；
所述H型链节的直流电容起到电压支撑作用。
所述软起回路包括软起电阻和与其并联的旁路开关。
所述控制保护***包括后台工作站、通讯管理机、就地监控***、控制器、三相换流链相控单元和三相换流链单元控制器。
所述试验装置通过在所述电压扰动发生装置输出端并联旁路开关或通过所述每相背靠背变流器零电压输出，实现所述电压扰动发生装置退出所述试验装置。
一种用于STATCOM控制器的试验方法，所述试验方法包括以下步骤：
(1)闭合所述***电源的断路器QZ；
(2)闭合所述启动开关QF2；
(3)所述软起电阻给所述三相背靠背变流器中的直流电容器充电；
(4)所述直流电容器达到稳态后，闭合所述软起回路的旁路开关QF4；
(5)闭合所述开关QF1，所述试验主电路通过所述软起电阻给所述各链节直流母线充电；
(6)充电达到稳定后，闭合所述试验主电路的旁路开关将软起电阻旁路，控制各链节输出PWM脉冲；
(7)控制所述试验主电路输出电压与所述试验主电路接入点电压同相位，所述试验主电路投入正常工作；
(8)控制所述三相背靠背变流器使其输出幅值和相位变化的逆变电压，叠加在所述试验主电路中；
(9)模拟电力***的各种故障；
(10)验证STATCOM控制器的暂态控制策略。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.试验装置动态连续无功补偿、调节速度快、调节范围广、欠压下无功调节能力强、谐波含量低、接入电力***无谐振；
2.试验方法简单可靠，可以构造各种电力***故障的工况，满足对STATCOM控制的试验验证要求；
3.试验方法解决了控制测试的难题，为STATCOM控制器的开发提供了依据和参考。
附图说明
图1是控制保护***总体框架图；
图2是试验主电路和开关回路的电路图；
图3是试验装置总体结构图。
具体实施方式
静止无功补偿器STATCOM具有无功调节速度快、调节范围广、欠压条件下无功调节能力强、谐波含量较低、占地面积较较小、接入***无谐振等各项优点，可在维持或控制节点电压、提高线路输送能力、阻尼功率振荡、提高***的静态和暂态稳定性等方面起到重要作用。
为了实现静止无功补偿器STATCOM的功能，需要配置功能完善、稳定可靠的控制保护***，如图1，所述控制保护***包括后台工作站、通讯管理机、就地监控***、控制器、三相换流链相控单元和三相换流链单元控制器；控制器具有采样、控制保护、录波、校时、输入输出和通讯等功能。三相换流链相控单元具有通讯功能，完成每一相STATCOM调节保护功能及与该相所有单元控制器之间的数据传送。通讯网络用于人机界面与各控制单元的通讯，完成SOE传送、定值参数和运行模式下发，录波数据的传送等。通讯管理机用于规约转换，实现与后台的通讯。控制器与相控单元之间以及相控单元之间都存在硬封锁和硬中断请求光纤，用于故障后能够快速封锁三相。
如图2，所述开关回路包括避雷器F、熔断器FU2、电压互感器和开关QF1；所述避雷器F用于所述试验主电路的过电压保护。
所述试验主电路包括依次串联的电流互感器、电抗器、软起回路和级联的H型链节；
所述电流互感器用于检测电流；
所述电抗器用于抑制所述H型链节产生的高次谐波电流；
所述H型链节的直流电容起到电压支撑作用。
所述软起回路包括软起电阻和与其并联的旁路开关。
如图3，一种用于STATCOM控制器的试验装置，所述试验装置包括***电源，包括电源、***阻抗和接触器，用于给所述试验装置供电；变压器，用于改变电压，使电网***电压与试验装置电压相匹配；电压扰动发生装置，用于构造试验主电路接入点的电压；开关回路，用于实现所述试验主电路接入和退出；控制保护***，用于控制和保护整个装置的运行和操作；和试验主电路，用于测试STATCOM的动作逻辑。
所述***电源、变压器、开关回路和试验主电路依次串联，所述电压扰动发生装置输入侧与所述***电源输出端并联，输出侧串联在所述变压器与开关回路之间。
所述电压扰动发生装置包括启动开关QF2、软起回路、三相整流变压器、三相背靠背变流器和三相滤波电路。
所述软起回路包括软起电阻R4和与其并联的旁路开关QF4。
所述三相整流变压器为多绕组变压器，所述多绕组变压器为三相独立变压器或三相一体变压器；每相背靠背变流器的输入端与每相整流变压器的输出端连接，其输出端与每相滤波电路连接。
所述每相滤波电路包括电感、电阻和电容，所述电阻和电容串联后与所述电压扰动发生装置输出端并联，所述电感与电压扰动发生装置输出端串联。
闭合与所述电压扰动发生装置输出端并联旁路开关A、B和C或通过所述每相背靠背变流器零电压输出，实现所述电压扰动发生装置退出所述试验装置。
一种用于STATCOM控制器的试验方法，所述试验方法包括以下步骤：
(1)闭合所述***电源的断路器QZ；
(2)闭合所述启动开关QF2；
(3)所述软起电阻给所述三相背靠背变流器中的直流电容器充电；
(4)所述直流电容器达到稳态后，闭合所述软起回路的旁路开关QF4；
(5)闭合所述开关QF1，所述试验主电路通过所述软起电阻给所述各链节直流母线充电；
(6)充电达到稳定后，闭合所述试验主电路的旁路开关将软起电阻旁路，控制各链节输出PWM脉冲；
(7)控制所述试验主电路输出电压与所述试验主电路接入点电压同相位，所述试验主电路投入正常工作；
(8)控制所述三相背靠背变流器使其输出幅值和相位变化的逆变电压，叠加在所述试验主电路中；
(9)模拟电力***的各种故障；
(10)验证STATCOM控制器的暂态控制策略。

Claims (4)

1.一种用于STATCOM控制器的试验装置，其特征在于：所述试验装置包括 
***电源，包括电源、***阻抗和接触器，用于给所述试验装置供电； 
变压器，用于改变电压，使电网***电压与试验装置电压相匹配； 
电压扰动发生装置，用于构造试验主电路接入点的电压； 
开关回路，用于实现所述试验主电路接入和退出； 
控制保护***，用于控制和保护整个装置的运行和操作；和 
试验主电路，用于测试STATCOM的动作逻辑； 
所述***电源、变压器、开关回路和试验主电路依次串联，所述电压扰动发生装置输入侧与所述***电源输出端并联，输出侧串联在所述变压器与开关回路之间； 
所述电压扰动发生装置包括启动开关QF2、软起回路、三相整流变压器、三相背靠背变流器和三相滤波电路； 
所述软起回路包括软起电阻R4和与其并联的旁路开关QF4； 
所述三相整流变压器为多绕组变压器，所述多绕组变压器为三相独立变压器或三相一体变压器； 
所述每相滤波电路包括电感、电阻和电容，所述电阻和电容串联后与所述电压扰动发生装置输出端并联，所述电感与电压扰动发生装置输出端串联； 
所述控制保护***包括后台工作站、通讯管理机、就地监控***、控制器、三相换流链相控单元和三相换流链单元控制器； 
所述试验主电路包括依次串联的电流互感器、电抗器、软起回路和级联的H型链节； 
所述电流互感器用于检测电流； 
所述电抗器用于抑制所述H型链节产生的高次谐波电流； 
所述H型链节的直流电容起到电压支撑作用。 
2.根据权利要求1所述的一种用于STATCOM控制器的试验装置，其特征在于：所述开关回路包括避雷器F、熔断器FU2、电压互感器和开关QF1；所述避雷器F用于所述试验主电路的过电压保护。 
3.根据权利要求1所述的一种用于STATCOM控制器的试验装置，其特征在于：所述试验装置通过在所述电压扰动发生装置输出端并联旁路开关或通过所述每相背靠背变流器零电压输出，实现所述电压扰动发生装置退出所述试验装置。 
4.一种根据权利要求1-3任一所述的用于STATCOM控制器的试验装置对STATCOM控制器的试验方法，其特征在于：所述试验方法包括以下步骤： 
（1）闭合所述***电源的断路器QZ； 
（2）闭合所述启动开关QF2； 
（3）所述软起电阻给所述三相背靠背变流器中的直流电容器充电； 
（4）所述直流电容器达到稳态后,闭合所述软起回路的旁路开关QF4； 
（5）闭合开关QF1，所述试验主电路通过所述软起电阻给所述各链节直流母线充电； 
（6）充电达到稳定后，闭合所述试验主电路的旁路开关将软起电阻旁路，控制各链节输出PWM脉冲； 
（7）控制所述试验主电路输出电压与所述试验主电路接入点电压同相位，所述试验主电路投入正常工作； 
（8）控制所述三相背靠背变流器使其输出幅值和相位变化的逆变电压，叠加在所述试验主电路中； 
（9）模拟电力***的各种故障； 
（10）验证STATCOM控制器的暂态控制策略。 
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