CN110912149B - 基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法及装置 - Google Patents

基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，根据海拔高度调整静止无功发生器每相变流器中级联的功率模块的数量。本发明还公开了一种高海拔无功补偿装置，包括隔离单元、启动单元和变流器单元；所述启动单元分别与所述隔离单元和变流器单元相连，所述隔离单元与电网母线相连；所述变流器单元包括控制单元和多个单相变流器，每个单相变流器包括多个级联的功率模块；所述控制单元根据海拔高度的不同调整每相变流器中级联的功率模块的数量。本发明的方法及装置均具有改善高海拔下的电能质量，提高电网的稳定运行能力等优点。

Description

基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法及装置
技术领域
本发明主要涉及电压调节技术领域，特指一种基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法及装置。
背景技术
静止无功发生器SVG也称静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，简称STATCOM)由于在响应速度、稳定电网电压、降低***损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减少占地面积等多方面具有更加优越的性能，目前已广泛的应用于各行各业。随着我国经济快速发展，国家西部大开发不断深入推进，以前处于高海拔无人区的矿山资源慢慢被发现开发。但高原环境具有较恶劣的自然气候条件，对无功补偿装置的可靠性和环境适应性提出了十分严格的要求。现有技术存在以下缺点：1)高海拔下电能质量无功补偿装置应用案例少，难以实现高原电网的稳定；2)常规SVG装置无法在高海拔环境下正常运行，需对***方案进行设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种提高SVG输出无功容量以及运行可靠性的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，并相应提供一种结构简单的无功补偿装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，根据海拔高度调整静止无功发生器每相变流器中级联的功率模块的数量；在海拔高度增加的情况下，增加每相变流器中级联的功率模块的数量；在海拔高度减少的情况下，减少每相变流器中级联的功率模块的数量。
优选地，对应不同的海拔高度，每相变流器中级联的功率模块的最小数量
Figure BDA0001801881160000011
其中US为***标称电压；Udc为功率模块直流侧电压；λ为对应海拔高度的修正系数。
优选地，每相变流器中的功率模块按预设最高海拔高度进行配置。
优选地，每相变流器中多余的功率模块作为冗余备用。
本发明还公开了一种高海拔无功补偿装置，包括隔离单元、启动单元和变流器单元；所述启动单元分别与所述隔离单元和变流器单元相连，所述隔离单元与电网母线相连；所述变流器单元包括控制单元和多个单相变流器，每个单相变流器包括多个级联的功率模块；所述控制单元根据海拔高度的不同调整每相变流器中级联的功率模块的数量。
优选地，所述控制单元包括主控制器和多个从控制器，所述从控制器与各相变流器一一对应；所述主控制器采集电网电压、电流信号，计算所需的补偿无功和有功，输入到各从控制器；从控制器将接受主控制器的数据和各功率模块的数据进行运算，计算出各功率模块的调制波形，生成触发脉冲信号，实现对功率模块的控制；每相级联的功率模块接受对应从控制器的PWM控制信号驱动指令工作，完成无功与谐波补偿。
优选地，所述变流器单元为IGBT变流器单元。
优选地，所述功率模块为H桥功率模块。
优选地，所述隔离单元包括电抗器L，用于实现电网电压与变流器单元之间的电气隔离。
优选地，所述启动单元包括相互并联的充电电阻R和旁路开关KM。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，根据海拔高度调整静止无功发生器每相变流器中级联的功率模块的数量，一方面可以增大静止无功发生器(SVG)的输出无功容量，实现SVG在高海拔下的降容应用，有效改善高海拔下的电能质量，提高电网的稳定运行能力；另一方面增加功率模块数量，采用多功率模块级联，以减少高海拔下功率单元中各开关件(如IGBT)的运行电压，降低了电网电压对功率模块的冲击，维持变流器稳定工作。
本发明的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，多余的功率模块在IGBT变流器单元运行时可旁路作为冗余备用，易于扩展容量满足高海拔需求，并实现模块化配置运行。
本发明的高海拔无功补偿装置，同样具有如上方法所述的优点，而且结构简单。
附图说明
图1为本发明的装置在具体应用时的实施例图。
图2为本发明中变流器单元的结构示意图。
图3为本发明中控制策略框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和2所示，本实施例的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，具体为：根据海拔高度调整静止无功发生器每相变流器中级联的功率模块的数量；即在海拔高度增加的情况下，增加每相变流器中级联的功率模块的数量；在海拔高度减少的情况下，减少每相变流器中级联的功率模块的数量。本发明的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，根据海拔高度调整静止无功发生器每相变流器中级联的功率模块的数量，一方面可以增大静止无功发生器(SVG)的输出无功容量，实现SVG在高海拔下的降容应用，有效改善高海拔下的电能质量，提高电网的稳定运行能力；另一方面增加功率模块数量，采用多功率模块级联，以减少高海拔下功率单元中各开关件(如IGBT)的运行电压，降低了电网电压对功率模块的冲击，维持变流器稳定工作。
本实施例中，对应不同的海拔高度，每相变流器中级联的功率模块的最小数量
Figure BDA0001801881160000031
其中US为***标称电压；Udc为功率模块直流侧电压；λ为对应海拔高度的修正系数。
本实施例中，每相变流器中的功率模块按预设最高海拔高度进行配置；每相变流器中多余的功率模块作为冗余备用。
如图1至图3所示，本发明还公开了一种高海拔无功补偿装置，包括隔离单元、启动单元和变流器单元；所述启动单元分别与所述隔离单元和变流器单元相连，所述隔离单元与电网母线相连；所述变流器单元包括控制单元和多个单相变流器，每个单相变流器包括多个级联的功率模块；所述控制单元根据海拔高度的不同调整每相变流器中级联的功率模块的数量。本发明的高海拔无功补偿装置同样具有如上方法所述的优点。
本实施例中，隔离单元包括连接电抗器L，可实现电网电压与变流器单元输出电压的隔离，并滤除变流器交流侧PWM谐波电流。启动单元由旁路开关KM、充电电阻R构成，对变流器单元进行软充电和***保护，抑制变流器单元直流侧电容充电过程中的过电流，保护功率模块中的续流二极管。变流器单元属于核心部件，包括多个单相变流器，每个单相变流器包括多个级联的功率模块，可使用低压小容量的器件实现高压大容量输出，提高并网电压，实现无功功率快速连续双向流动。如图2所示，功率单元为H桥功率单元，包括直流侧支撑电容Cd、放电电阻Rd和4个功率开关器件IGBT，可通过PWM技术来控制IGBT的开断，从而使单相H桥功率模块输出期望的电压值。
由于IGBT变流器是由多个基本H桥功率模块级联分担***电压，输出的总电压是每级H桥输出电压的叠加结果。因此每相串联H桥功率的个数决定了高海拔无功补偿装置最高的并网电压和输出电平数。假设IGBT变流器单元交流侧输出电压为Uinv，高海拔无功补偿装置的***电压为US；则补偿装置在容性运行模式下，
Uinv＞US*λ (1)
其中，
Figure BDA0001801881160000032
UdC为功率单元模块直流侧电压，Nmin为每相串联级联H桥功率模块的最小数量；
则代入式(1)得，
Figure BDA0001801881160000033
US为***标称电压，在高海拔环境下需按海拔系数进行修正，修正系数为λ。对应不同的高海拔参数，修正系数λ有不同的值，带入公式(2)则可计算出相应的串联H桥功率模块个数。
高海拔下H桥功率模块的级联策略是根据不同的高海拔系数值进行配置。如图2所示，U1～U12、V1～V12、W1～W12为平原地区环境下的IGBT变流器单元的级联的H桥功率模块个数，每相都有12个H桥功率模块；U13～Un、V13～Vn、W13～Wn为高海拔区域按海拔系数λ修正后需投入的H桥功率模块个数。假设按最高海拔设计配置H桥功率模块级联个数为Un、Vn、Wn，低于最高海拔区域则按修正系数λ修正后需投入H桥功率模块级联个数为Uλ、Vλ、Wλ，则Un-Uλ、Vn-Vλ、Wn-Wλ为多余的功率模块，在IGBT变流器单元运行时可旁路(通过软件控制)作为冗余备用，易于扩展容量满足高海拔需求，并实现模块化配置运行。
本实施例中，IGBT变流器单元包括A、B、C三相变流器，控制单元由主控制器和三个从控制器构成，其中三个从控制器与A、B、C相对应，分为三种控制模式：如图3所示，总体控制模式是主控制器采集***电压、电流信号，通过检测计算所需的补偿无功、有功，并将计算结果送到三个从控制器；分相控制模式是三个从控制器分别负责A、B、C三相变流器的控制，3个从控制器将接受至主控制器数据和来自各H桥单元模块的数据进行算法运算，计算出各模块的调制波形，生成IGBT触发脉冲信号，传送至每相变流器，实现对H桥功率模块的具体控制；功率模块控制则是A、B、C三相变流器独立控制，每相级联的H桥功率模块分别接受3个从控制器的PWM控制信号驱动指令工作，完成无功与谐波补偿。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，其特征在于，根据海拔高度调整静止无功发生器每相变流器中级联的功率模块的数量；在海拔高度增加的情况下，增加每相变流器中级联的功率模块的数量；在海拔高度减少的情况下，减少每相变流器中级联的功率模块的数量。
2.根据权利要求1所述的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，其特征在于，对应不同的海拔高度，每相变流器中级联的功率模块的最小数量
Figure FDA0001801881150000011
其中US为***标称电压；Udc为功率模块直流侧电压；λ为对应海拔高度的修正系数。
3.根据权利要求1或2所述的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，其特征在于，每相变流器中的功率模块按预设最高海拔高度进行配置。
4.根据权利要求3所述的基于静止无功发生器的高海拔无功补偿方法，其特征在于，每相变流器中多余的功率模块作为冗余备用。
5.一种高海拔无功补偿装置，其特征在于，包括隔离单元、启动单元和变流器单元；所述启动单元分别与所述隔离单元和变流器单元相连，所述隔离单元与电网母线相连；所述变流器单元包括控制单元和多个单相变流器，每个单相变流器包括多个级联的功率模块；所述控制单元根据海拔高度的不同调整每相变流器中级联的功率模块的数量。
6.根据权利要求5所述的高海拔无功补偿装置，其特征在于，所述控制单元包括主控制器和多个从控制器，所述从控制器与各相变流器一一对应；所述主控制器采集电网电压、电流信号，计算所需的补偿无功和有功，输入到各从控制器；从控制器将接受主控制器的数据和各功率模块的数据进行运算，计算出各功率模块的调制波形，生成触发脉冲信号，实现对功率模块的控制；每相级联的功率模块接受对应从控制器的PWM控制信号驱动指令工作，完成无功与谐波补偿。
7.根据权利要求5或6所述的高海拔无功补偿装置，其特征在于，所述变流器单元为IGBT变流器单元。
8.根据权利要求7所述的高海拔无功补偿装置，其特征在于，所述功率模块为H桥功率模块。
9.根据权利要求5或6所述的高海拔无功补偿装置，其特征在于，所述隔离单元包括电抗器L，用于实现电网电压与变流器单元之间的电气隔离。
10.根据权利要求5或6所述的高海拔无功补偿装置，其特征在于，所述启动单元包括相互并联的充电电阻R和旁路开关KM。
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