CN113036777B - 一种svg各运行工况下的损耗估算方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SVG各运行工况下的损耗估算方法及***。该方法包括：根据SVG实际监测数据确定***电压与SVG输出电流间的相对相位角，并判断其运行工况；根据SVG实际监测数据确定SVG实际运行时的等效电抗值；根据SVG工作原理，结合SVG发出或吸收的无功功率，确定SVG输出电压及其与***电压间的相位差，并计算得到SVG实际运行时的等效电阻值；根据得到的等效电阻值近似估算SVG各运行工况下的损耗。本发明可以实现SVG各运行工况下的损耗估算，所需的数据较少，方法较为简单，实用性较强。

Description

一种SVG各运行工况下的损耗估算方法及***
技术领域
本发明涉及SVG损耗估计领域，具体涉及一种SVG各运行工况下的损耗估算方法及***。
背景技术
静止无功发生器依靠大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。基本原理是将自换相桥式拓扑电路通过电抗器直接并联在电网上，通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流相位或幅值，实现动态无功补偿的目的。
SVG***工作时，功率器件在开通、关断过程中会产生大量的功率损耗，此外，其他元器件也会产生一些功率损耗，并且产生的损耗会以热量的形式耗散出来。SVG***散热的可靠性对SVG***运行寿命起着至关重要的作用。因此，有必要估算出SVG实际运行过程中的损耗，不仅便于实时监控SVG***的散热情况，还有助于SVG治理的优化配置。
在SVG***中，IGBT模块是控制整个***关断、整流逆变的核心器件，SVG***运行时IGBT模块会产生大量的热量，是SVG***损耗的主要来源。IGBT模块损耗包括通态损耗和开关损耗，将IGBT的输出特性曲线运用线性化思想近似为一条直线，由于开关过程分为开通、关断和恢复3个时刻，因此相应地将IGBT模块的总损耗分为4部分，即通态损耗、开通损耗、关断损耗和恢复损耗。
现有方法是根据SVG***的工作参数代入相关公式，得到IGBT模块通态、开通、关断、恢复各部分损耗值。但是现有方法需要的额定集电极电流、SVG额定电流、额定压降、额定的开通时间、额定关断时间、反向恢复时的额定峰值电流、续流二极管反向恢复时间、IGBT开启电压、续流二极管门槛电压、集电极峰值电流、集电极电压、开关频率等多种数据，计算复杂，运用难度高，工程实用性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SVG各运行工况下的损耗估算方法及***，可以实现SVG各运行工况下的损耗估算，所需的数据较少，方法较为简单，实用性较强。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种SVG各运行工况下的损耗估算方法，包括：
根据SVG实际监测数据确定***电压与SVG输出电流间的相对相位角，并判断其运行工况；
根据SVG实际监测数据确定SVG实际运行时的等效电抗值；
根据SVG工作原理，结合SVG发出或吸收的无功功率，确定SVG输出电压及其与***电压间的相位差，进而计算得到SVG实际运行时的等效电阻值；
根据得到的等效电阻值近似估算SVG各运行工况下的损耗。
在本发明一实施例中，所述相对相位角θ的求取方式如下：
在已知***电压Us、补偿电流I和SVG无功功率Q的情况下，根据式(1)计算得到***电压Us和SVG补偿电流I之间的夹角，即相对相位角θ：
Q＝UsI sinθ (1)
式中：θ的取值范围为-90°～90°，θ<0为容性工作模式，θ＝0为空载工作模式，θ>0为感性工作模式。
在本发明一实施例中，所述SVG实际运行时的等效电抗值的求取方式如下：
在已知SVG投运的电容器组容量Qc和直流侧电容电压Uc的情况下，根据式(2)求得SVG实际运行的电容器组容抗值Xc：
Figure BDA0002970966480000021
式中：Xc的单位为Ω；Qc的单位为var；Uc的单位为V；
电容器装置的电抗率就是串联电抗器的电抗值与电容器组的容抗值之比；因此，在已知SVG电容器组容抗值Xc的情况下，根据SVG所设置的电抗率K就可求得SVG的等效电抗值XL，即：
XL＝KXc (3)。
在本发明一实施例中，所述SVG实际运行时的等效电阻值的求取方式如下：
在已知***电压Us、补偿电流I及其相对相位角θ和SVG的等效电抗值XL的前提下，根据SVG工作原理，以桥式电路输出相位δ和等效电阻R为变量，构建方程如下：
Figure BDA0002970966480000022
对式(4)进行整理可得
Figure BDA0002970966480000023
SVG在稳定时输出的无功电流如下所示：
Figure BDA0002970966480000024
式中：Iq为无功电流；
对式(5)和式(6)进行联立求解可得到SVG的等效电阻值R。
在本发明一实施例中，所述SVG各运行工况下的损耗求取方式如下：
采用式(7)可近似估算SVG的损耗：
Pl＝I2R (7)
由此可得SVG各运行工况下的损耗。
本发明还提供了一种SVG各运行工况下的损耗估算***，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如上所述的方法步骤。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明可以实现SVG各运行工况下的损耗估算，所需的数据较少，方法较为简单，实用性较强。
附图说明
图1为SVG损耗估算流程。
图2为SVG等效电路。
图3为SVG工作原理。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本发明一种SVG各运行工况下的损耗估算方法，其具体步骤：
(1)根据SVG实际监测数据确定***电压与SVG输出电流间的相对相位角，并判断其运行工况；
(2)根据SVG实际监测数据确定SVG实际运行时的电抗值；
(3)根据SVG工作原理，结合SVG发出或吸收的无功功率，确定SVG输出电压及其与***电压间的相位差，并计算得到SVG实际运行时的等效电阻值；
(4)根据得到的等效电阻值近似估算SVG各运行工况下的损耗。
SVG型无功补偿装置是一种IGBT全控式有源型无功发生器，能动态地发出和吸收无功功率，其等效电路如图2所示。其功率模块是由多个IGBT元器件与电容器串并联而成的自换相桥式电路，通过电抗器并联在电网上。电抗器能有效地抑制SVG开关频率纹波电流所衍生的高次谐波，使SVG输出的无功功率能够更加平滑地调节，防止因冲击电流而发生故障。桥式电路串联形成多电平结构(见图2中SVG功率模块)，控制各导通角即可产生接近于正弦波的阶梯波。
图2中L为链接电抗器，R为等效的桥式电路与电抗器的损耗，UI、I分别为桥式电路的输出电压、电流，US为***电压(即电网电压)。当UI<US时，电流I滞后于电压UI，SVG处于感性工作模式，从电网吸收无功功率。当UI>US时，电流I超前于电压UI，SVG处于容性工作模式,发出无功功率。当UI＝US时，I＝0，SVG不吸收和发出无功功率。
桥式电路可以等效为幅值和相位均可控制、与电网同频率的交流电压源。调节交流侧输出电压相位和幅值就可以控制SVG吸收和发出无功功率。SVG电流、电压关系如图3所示，图中
Figure BDA0002970966480000041
为链接电抗器阻抗角；δ角为UI与US相位差；UL为电感X与电阻R上电压向量和；I为流过电感L与电阻R上的电流,也是SVG从电网侧吸收的电流；θ为***电压US和输出电流I的相位差。
控制UL进而可以控制I。而UL同时也是US与UI的向量差：UL＝US-UI。改变UI幅值的大小或改变相位差δ，就可调节SVG与***的无功交换。
本发明的SVG损耗估算过程具体如下：
1、相位角θ的求取
在已知***电压Us、补偿电流有效值I和装置无功功率Q的情况下，根据式(1)计算得到***电压Us和SVG补偿电流I之间的夹角θ。
Q＝UsI sinθ (1)
式中：θ的取值范围为-90°～90°，θ<0为容性工作模式，θ＝0为空载工作模式，θ>0为感性工作模式。
2、等效电抗值的求取
在已知SVG投运的电容器组容量Qc和直流侧电容电压Uc的情况下，根据式(2)求得SVG实际运行的电容器组容抗值Xc。
Figure BDA0002970966480000042
式中：Xc的单位为Ω；Qc的单位为var；Uc的单位为V。
电容器装置的电抗率就是串联电抗器的电抗值与电容器组的容抗值之比。因此，在已知SVG电容器组容抗值Xc的情况下，根据SVG所设置的电抗率K就可求得SVG的等效电抗值XL，即
XL＝KXc (3)。
3、等效电阻及其损耗估算
根据图3所示的SVG工作原理图，结合SVG所能提供的数据及上述分析结果，可对SVG的等效电阻R进行估算，具体估算步骤如下(以电流超前为例)：
1)在已知***电压Us、补偿电流I及其相位夹角θ和SVG等效电抗XL的前提下，根据图3所示的SVG工作原理图，以桥式电路输出相位δ和等效电阻R为变量，构建方程如下：
Figure BDA0002970966480000051
对式(4)进行整理可得
Figure BDA0002970966480000052
2)现有研究表明链式SVG在稳定时输出的无功电流如下所示：
Figure BDA0002970966480000053
式中：Iq为无功电流，即可由补偿电流I和相位角θ确定，亦可用SVG给定的无功电流近似代替。
3)对式(5)和式(6)进行联立求解可得到SVG的等效电阻值R，在此基础上，采用式(7)可近似估算SVG的损耗。
Pl＝I2R (7)
同理，对SVG其他工况下的损耗估算进行分析，得到SVG各工况下损耗估算的计算公式，具体如表1所示。
表1 SVG不同工况下的损耗估算
Figure BDA0002970966480000054
根据上述分析可知，在已知***相电压、SVG补偿电流、SVG电抗率、SVG电容器组容量、SVG直流电容电压、SVG无功功率的情况下，即可估算SVG各运行工况下的损耗，所需的数据较为简单，且SVG***监测数据可直接提供，便于实际工程的应用。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种SVG各运行工况下的损耗估算方法，其特征在于，包括：
根据SVG实际监测数据确定***电压与SVG输出电流间的相对相位角，并判断其运行工况；
根据SVG实际监测数据确定SVG实际运行时的等效电抗值；
根据SVG工作原理，结合SVG发出或吸收的无功功率，确定SVG输出电压及其与***电压间的相位差，并计算得到SVG实际运行时的等效电阻值；
根据得到的等效电阻值估算SVG各运行工况下的损耗；
所述相对相位角θ的求取方式如下：
在已知***电压Us、补偿电流I和SVG无功功率Q的情况下，根据式(1)计算得到***电压Us和SVG补偿电流I之间的夹角，即相对相位角θ：
Q＝UsI sinθ (1)
式中：θ的取值范围为-90°～90°，θ<0为容性工作模式，θ＝0为空载工作模式，θ>0为感性工作模式；
所述SVG实际运行时的等效电抗值的求取方式如下：
在已知SVG投运的电容器组容量Qc和直流侧电容电压Uc的情况下，根据式(2)求得SVG实际运行的电容器组容抗值Xc：
Figure FDA0003555376010000011
式中：Xc的单位为Ω；Qc的单位为var；Uc的单位为V；
电容器装置的电抗率就是串联电抗器的电抗值与电容器组的容抗值之比；因此，在已知SVG电容器组容抗值Xc的情况下，根据SVG所设置的电抗率K求得SVG的等效电抗值XL，即：
XL＝KXc (3)
所述SVG实际运行时的等效电阻值的求取方式如下：
在已知***电压Us、补偿电流I及其相对相位角θ和SVG的等效电抗值XL的前提下，根据SVG工作原理，以桥式电路输出相位δ和等效电阻R为变量，构建方程如下：
Figure FDA0003555376010000012
对式(4)进行整理得
Figure FDA0003555376010000013
SVG在稳定时输出的无功电流如下所示：
Figure FDA0003555376010000021
式中：Iq为无功电流；
对式(5)和式(6)进行联立求解得到SVG的等效电阻值R；
所述SVG各运行工况下的损耗求取方式如下：
采用式(7)估算SVG的损耗：
Pl＝I2R (7)
由此得SVG各运行工况下的损耗。
2.一种SVG各运行工况下的损耗估算***，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1所述的SVG各运行工况下的损耗估算方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103972899A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 徐州中矿大传动与自动化有限公司 一种statcom接入点电压补偿方法
CN108108550A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 全球能源互联网研究院有限公司 柔性直流输电综合损耗计算方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9436200B2 (en) * 2012-08-09 2016-09-06 Rajiv Kumar Varma Use of distributed generator (DG) inverters as statcoms for decreasing line losses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103972899A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 徐州中矿大传动与自动化有限公司 一种statcom接入点电压补偿方法
CN108108550A (zh) * 2017-12-15 2018-06-01 全球能源互联网研究院有限公司 柔性直流输电综合损耗计算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
机场10kV配网无功补偿及谐波抑制方法的研究;侯超群;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅱ辑》;20210115(第1期);全文 *
静止无功发生器的性能分析及在220kV白花变电站中应用研究;汪林智;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅱ辑》;20190515;全文 *

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