CN102684203B - Svg+tsc动态无功补偿智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SVG(TSC)动态无功补偿智能控制方法，采用一个主控制单元控制SVG和TSC；由主控制单元集中采样、计算和控制，自动调节采用SVG的无功补偿方式和采用TSC的无功补偿方式；优先启动SVG的无功补偿方式，当SVG故障时采用TSC的无功补偿方式。当***无功需求瞬间动态变化时，首先SVG在预定的响应速度内启动PWM控制程序，输出补偿电流，快速、动态调节无功变化量；当电力***负荷大范围变化并超出SVG的容量时，再启动TSC分组投切功能，补偿***无功需求。本发明的SVG(TSC)动态无功补偿智能控制方法，具有可提高无功补偿的响应速度、实现无功动态、连续调节等优点。

Description

SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法

技术领域

本发明涉及一种SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法。

背景技术

在电力***中，为减少配电网向符合提供大量无功电流而造成功率损耗，在各受电点（如低压变压器和大型用电设备安装处）均需配置相应电压等级的无功补偿装置，功率因数较低的工矿、企业、居民区是必须安装无功补偿装置的，大型异步电机、变压器、电焊机、压力机等设备也常常需要安装无功补偿装置，以提高电网输电能力和电能利用率，改善用电状况，节约能源。

目前，在基于SVG（Static Var Generator，静止无功发生器）的动态无功补偿控制***方案设计中，常常存在下列现象：为了充分利用SVG的感性容量调节范围，常常采用固定并联电容器补偿，SVG装置一旦故障，存在装置向电网***倒送无功现象，会受到电力***罚款。所以，常常采用SVG装置与分组投切电容器相结合的补偿方案，但是这种SVG装置与分组投切电容器相结合的方式存在下面两个问题。

1）对于采用两个不同主控制单元（MCU）分别控制SVG和分组投切的方案，存在两装置之间无法协调一致，不能正确补偿，控制效果不理想，甚至导致电网***不稳定；

2）对于采用一套主控制单元（MCU）同时控制SVG和晶闸管分组投切电容器（TSC）的方案，即SVG+TSC方案，一般采用TSC策略为主，SVG策略作为辅的思路；由于受到TSC响应速度（>100ms）的限制，导致整体动态性能较差，不能抑制电压波动和闪变。

因此，需要采用一种利用SVG动态响应快(<1ms)，充分发挥其感性调节范围，且能实现无功动态、连续调节的SVG（TSC）智能控制策略或方法。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法，以提高无功补偿的响应速度、实现无功动态、连续调节。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法，其特点是，采用一个主控制单元控制SVG和TSC；由主控制单元集中采样、计算和控制，自动调节采用SVG的无功补偿方式和采用TSC的无功补偿方式；优先启动SVG的无功补偿方式，当SVG故障时采用TSC的无功补偿方式；

当***无功需求瞬间动态变化时，首先SVG在预定的响应速度内启动PWM控制程序，输出补偿电流，快速、动态调节无功变化量；当电力***负荷大范围变化并超出SVG的容量时，再启动TSC分组投切功能，补偿***无功需求。

本发明的SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法的特点也在于：

1）实时检测***的无功需求Q_n（t），当Q_n（t）＜⊿Q（一般⊿Q/0），即***需求小于正常波动量⊿Q时，***维持前时刻（t-1）的无功输出容量，保持不变，返回主程序开始节点，并继续检测负荷无功；

2）当Q_n（t）＞⊿Q时，即***需求大于正常波动量⊿Q，进入无功控制主程序,执行下一步；

3）计算SVG应调制的无功需求：Q_{svg_on(t)}+Q_n(t)；判断判断Q_{svg_on(t)}+Q_n（t）与Q_{svg_max1}的大小，即是否超出SVG最大调制范围；当Q_{svg_on(t)}+Q_n(t)≤Q_{svg_max1}时，进入第4步；当Q_{svg_on(t)}+Q_n（t）＞Q_{svg_max1}时，进入第5步；

4）判断SVG的功率单元是否正常：如正常，则优先启动SVG的脉宽调制（PWM）；如PWM模块异常，则进入分组投切策略；执行完毕，返回主程序开始点；

5）判断SVG的功率单元是否正常：SVG功率单元如正常，则优先启动PWM，保持SVG输出为Q_{svg_max1}，执行PWM；然后，再启动分组投切，执行分组投切策略；SVG功率单元如不正常，则启动分组投切，执行分组投切策略；

6）上述第5条执行完毕，返回主程序开始节点；

其中：Q_n（t）为t时刻检测到的***无功需求；Q_{svg_on(t)}为t时刻SVG的实际输出容量；

Q_{svg_on(t+1)}为t+1时刻SVG的应该输出需求；Q_{svg_max1}为SVG允许输出的上限；Q_支路为分组投切支路容量。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

采用唯一的主控制单元（MCU），集中采样、计算和控制，自动、合理调节SVG（PWM）和分组投切，正确实现协调控制、优先控制和容量分配；采用DSP作为唯一的采样和控制芯片，利用FPGA作为数据协调、SVG脉宽调制（PWM）和分组投切脉冲的执行元件。SVG主控制单元（MCU）支持TSC分组投切策略，当SVG功率单元故障时，仍然可以实现自动调节和补偿。为了充分利用SVG的感性调节范围，采用过零检测晶闸管开关作为执行开关，避免了投切振荡和电压差引起的冲击，分组投切电容器并联补偿支路，将整个装置输出范围自动调节在[0～XX]之间，扩大了SVG装置的调节范围，解决了因SVG故障后，固定电容器补偿带来的倒送无功问题。SVG主控制单元（MCU）对于持SVG和TSC控制策略：优先启动SVG策略，再根据条件执行分组投切策略；当***无功需求瞬间动态变化时，首先SVG在预定的响应速度（10ms）内启动PWM控制程序，输出补偿电流，快速、动态调节无功变化量，抑制了电网***电压波动和闪变，改善了电能质量；当电力***负荷大范围变化时（超出SVG的容量），再启动分组投切功能，补偿***无功需求。

本发明的SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法，可充分、优先发挥SVG调节范围宽、动态响应速度快、电压波动和闪变抑制能力强的特点，具有可提高无功补偿的响应速度、实现无功动态、连续调节等优点。

附图说明

图1为本发明的SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法的控制原理图。

图2为本发明的SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法的流程图。

图3为本发明的SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法的***应用图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法，采用一个主控制单元控制SVG和TSC；由主控制单元集中采样、计算和控制，自动调节采用SVG的无功补偿方式和采用TSC的无功补偿方式；优先启动SVG的无功补偿方式，当SVG故障时采用TSC的无功补偿方式。

当***无功需求瞬间动态变化时，首先SVG在预定的响应速度内启动PWM控制程序，输出补偿电流，快速、动态调节无功变化量；当电力***负荷大范围变化并超出SVG的容量时，再启动TSC分组投切功能，补偿***无功需求。

该方法或策略的基本思路是，当***无功负荷瞬态变化时，首先启动SVG的PWM调制无功输出，在SVG满发或功率单元故障时，再启动TSC的分组投切策略。

如图1所示，由FPGA芯片(EP1C12Q240)控制ADC芯片(AD7656)，定时采集三相***电压Ua、Ub、Uc，***电流Ia、Ib、Ic,以及SVG输出电流I1a、I1b、I1c，并把这些数据存储在FPGA存储单元当中；

DSP芯片(TMS320F28335)通过总线和FPGA芯片(EP1C12Q240)相连，定时读取FGPA中存储的***电压、***电流以及SVG输出电流等相关数据；

DSP芯片根据***电流、***电压以及SVG输出电流，计算瞬时无功；DSP将PWM调制信号输出到FPGA芯片，DSP还控制分组投策略，且输出开关量至FPGA芯片；

FPGA芯片对属于SVG的PWM信号进行协调、保护，把PWM信号输出至功率单元，实现无功电流调节；

FPGA芯片把分组投切输出的开关量输出至I/O输出板，从而控制TSC分组支路。

如图2所示，本发明的无功补偿智能控制方法分为以下6个步骤：

1）实时检测***的无功需求Q_n（t），当Q_n（t）＜⊿Q（一般⊿Q/0），即***需求小于正常波动量⊿Q时，***维持前时刻（t-1）的无功输出容量，保持不变，返回主程序开始节点，并继续检测负荷无功；

2）当Q_n（t）＞⊿Q时，即***需求大于正常波动量⊿Q，进入无功控制主程序,执行下一步；

3）计算SVG应调制的无功需求：Q_{svg_on(t)}+Q_n(t)；判断判断Q_{svg_on(t)}+Q_n（t）与Q_{svg_max1}的大小，即是否超出SVG最大调制范围；当Q_{svg_on(t)}+Q_n(t)≤Q_{svg_max1}时，进入第4步；当Q_{svg_on(t)}+Q_n（t）＞Q_{svg_max1}时，进入第5步；

4）判断SVG的功率单元是否正常：如正常，则优先启动SVG的脉宽调制（PWM）；如PWM模块异常，则进入分组投切策略；执行完毕，返回主程序开始点；

5）判断SVG的功率单元是否正常：SVG功率单元如正常，则优先启动PWM，保持SVG输出为Q_{svg_max1}，执行PWM；然后，再启动分组投切，执行分组投切策略；SVG功率单元如不正常，则启动分组投切，执行分组投切策略；

6）上述第5条执行完毕，返回主程序开始节点；

其中：Q_n（t）为t时刻检测到的***无功需求；Q_{svg_on(t)}为t时刻SVG的实际输出容量；

Q_{svg_on(t+1)}为t+1时刻SVG的应该输出需求；Q_{svg_max1}为SVG允许输出的上限；Q_支路为分组投切支路容量。

如图3所示，整个控制***采用唯一主控制单元（MCU），MCU同时采集电力***电压u1、电流i1和SVG输出电流ic1、TSC输出电流ic2，通过***u1、i1计算、监测***无功电流需求，利用实时监测的SVG电流ic1和TSC电流ic2，及时反馈给控制***作为智能决策依据，整个控制***形成了一套实时的、稳定的闭环控制***。

本发明提出了常规无功补偿产品无法解决的无功负荷动态变化快、范围大，电压稳定性差、波动和闪变严重的无功控制策略或方法，并且提出了工程化或产品化实现方案。本方案充分利用SVG的PWM响应速度快、调节性能好、调节范围宽的特点，结合TSC过零投切、分组补偿的特点，提出了以SVG的PWM调制为主，TSC分组补偿为辅的思路，即：在***负荷变化时，优先启动PWM控制策略，动态调节***瞬态波动负荷，稳定***电压；再SVG功率单元故障或满发的情况下再启动TSC策略，充分利用了SVG的感性调节范围，保证了不向***倒送无功。

Claims (1)

1.SVG+TSC动态无功补偿智能控制方法，其特征是，采用一个主控制单元控制SVG和TSC；由主控制单元集中采样、计算和控制，自动调节采用SVG的无功补偿方式和采用TSC的无功补偿方式；优先启动SVG的无功补偿方式，当SVG故障时采用TSC的无功补偿方式；当电力***无功需求瞬间动态变化时，首先SVG在预定的响应速度内启动PWM控制程序，输出补偿电流，快速、动态调节无功变化量；当电力***负荷大范围变化并超出SVG的容量时，再启动TSC分组投切功能，补偿***无功需求； 

包括如下步骤： 

1）实时检测***的无功需求Q_n（t），当Q_n（t）＜⊿Q，即***需求小于正常波动量⊿Q时，***维持前时刻（t-1）的无功输出容量，保持不变，返回主程序开始节点，并继续检测负荷无功； 

2）当Q_n（t）＞⊿Q时，即***需求大于正常波动量⊿Q，进入无功控制主程序,执行下一步； 

3）计算SVG应调制的无功需求：Q_{svg_on(t)}+Q_n(t)；判断Q_{svg_on(t)}+Q_n（t）与Q_{svg_max1}的大小，即是否超出SVG最大调制范围；当Q_{svg_on(t)}+Q_n(t)≤Q_{svg_max1}时，进入第4步；当Q_{svg_on(t)}+Q_n（t）＞Q_{svg_max1}时，进入第5步； 

4）判断SVG的功率单元是否正常：如正常，则优先启动SVG的脉宽调制（PWM）；如PWM模块异常，则进入分组投切策略；执行完毕，返回主程序开始点； 

5）判断SVG的功率单元是否正常：SVG功率单元如正常，则优先启动PWM，保持SVG输出为Q_{svg_max1}，执行PWM；然后，再启动分组投切，执行分组投切策略；SVG功率单元如不正常，则启动分组投切，执行分组投切策略； 

6）上述第5条执行完毕，返回主程序开始节点； 

其中：Q_n（t）为t时刻检测到的***无功需求；Q_{svg_on(t)}为t时刻SVG的实际输出容量； 

Q_{svg_on(t+1)}为t+1时刻SVG的应该输出需求；Q_{svg_max1}为SVG允许输出的上限；Q_支路为分组投切支路容量。 

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