一种用于输配电的无功补偿装置和方法与流程

1.本发明涉及一种无功补偿装置和方法，特别是涉及一种用于输配电的无功补偿装置和方法。


背景技术：

2.输配电系统的无功补偿问题一直备受人们的关注。利用无功补偿装置能提高输配电系统的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功补偿装置在输配电系统中处在一个不可缺少的位置。合理的选择无功补偿装置，可以做到最大限度的减少输配电系统的损耗，使电能质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成输配电系统电压波动、谐波增大等诸多问题。
3.现有的无功补偿装置通常需要检测负载电流中的无功分量，然后对其进行补偿达到无功补偿目的。对负载电流中无功分量的准确检测对于无功补偿装置的补偿效果至关重要。目前的无功分量检测方法都是基于瞬时无功功率理论的，需要d
‑
q坐标变换，而使用这些方法检测无功分量时都需要多次坐标运算，过程复杂，采用的控制模块过多，可靠性差。另外，现有无功补偿装置输出质量、同步性较差，无法满足输配电系统的无功补偿要求。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种用于输配电的无功补偿装置和方法。
5.在本发明的一个实施例中，提供了一种用于输配电的无功补偿装置，所述无功补偿装置包括：直流电压采集模块、交流电源电压采集模块、交流电源电流采集模块、参考电流幅值计算模块、参考电流相位计算模块、参考电流计算模块、调制信号计算模块、pwm调制模块、无功补偿主电路；
6.所述直流电压采集模块采集无功补偿装置的直流侧母线电压，其输出端连接所述参考电流幅值计算模块的输入端，所述直流电压采集模块输出直流侧母线采集电压vdc到参考电流幅值计算模块；
7.所述参考电流幅值计算模块的输出端连接所述参考电流计算模块的第一输入端，计算得到参考电流的幅值i*；
8.所述交流电源电压采集模块采集输配电系统中交流电源三相电压实时值，其输出端连接参考电流相位计算模块的输入端，所述参考电流相位计算模块的输出端连接参考电流计算模块的第二输入端，计算得到三相参考电流的相位值；
9.所述参考电流计算模块的输出端连接所述调制信号计算模块的输入端，计算得到三相参考电流；
10.所述交流电源电流采集模块采集输配电系统中交流电源三相电流实时值，输入到所述调制信号计算模块；
11.所述调制信号计算模块的输出端连接pwm调制模块的输入端，计算得到三相调制信号va、vb、vc；
12.所述pwm调制模块的输出端连接无功补偿主电路的输入端，用于驱动无功补偿主电路。
13.所述无功补偿主电路逆变产生无功补偿信号，输入到输配电系统中，实现无功补偿的功能。
14.进一步地，所述参考电流幅值计算模块根据直流侧母线采集电压vdc与参考电压vref的差值δv
dc
，经过改进型pi调节器，计算得到所述参考电流的幅值i
*
。
15.进一步地，所述改进型pi调节器的改进比例系数s
kp
和积分系数s
ki
为：
[0016][0017]
其中，α、β为调整因子，预设比例系数k
p
和积分系数k
i
。
[0018]
进一步地，所述参考电流的幅值i
*
为：
[0019][0020]
进一步地，所述参考电流相位计算模块利用锁相环技术，计算得到交流电源三相电压的相角作为三相参考电流的相位值。
[0021]
进一步地，所述参考电流计算模块根据三相参考电流的幅值和三相参考电流的相位值，计算得到三相参考电流。
[0022]
进一步地，所述调制信号计算模块分别计算交流电源三相电流实时值和三相参考电流的差值，得到三相调制信号va、vb、vc。
[0023]
进一步地，所述pwm调制模块将谐波分量v
har1
、v
har2
注入到三相调制信号va、vb、vc，得到新三相调制信号，并分别将新三相调制信号与载波比较，产生对应的驱动信号；所述谐波分量v
har1
、v
har2
为：
[0024][0025][0026][0027]
其中，n为无功补偿主电路输出电平数，mod为余数函数，k＝a，b，c。
[0028]
在本发明的另一个实施例中，还提供了一种用于输配电的无功补偿方法，采用上述无功补偿装置，实现输配电系统的无功补偿功能。
[0029]
本发明的有益技术效果是：
[0030]
(1)本发明公开了一种输配电的无功补偿装置和方法，大大减少了计算过程，实现结构简单。
[0031]
(2)本发明公开了一种改进型pi调节器，通过设置改进比例系数s
kp
和积分系数s
ki
，提高了pi调节器的稳定裕度和准确度。
[0032]
(3)本发明公开了一种pwm调制模块，通过注入谐波分量v
har1
、v
har2
，改善了无功补
偿装置输出质量，满足输配电系统的无功补偿要求，保持无功分量与交流电源的同步性。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
图1为本发明一实施例提供的一种用于输配电的无功补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
[0035]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0036]
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0037]
本申请公开了一种用于输配电的无功补偿装置，用于对输配电系统进行无功补偿，大大减少了计算过程，实现结构简单，能够满足输配电系统的无功补偿要求。
[0038]
图1是本发明实施例提供的一种用于输配电的无功补偿装置的结构示意图。如图1所示，所述无功补偿装置包括直流电压采集模块、交流电源电压采集模块、交流电源电流采集模块、参考电流幅值计算模块、参考电流相位计算模块、参考电流计算模块、调制信号计算模块、pwm调制模块、无功补偿主电路。
[0039]
直流电压采集模块的输出端连接参考电流幅值计算模块的输入端，参考电流幅值计算模块的输出端连接参考电流计算模块的第一输入端，交流电源电压采集模块的输出端连接参考电流相位计算模块的输入端，参考电流相位计算模块的输出端连接参考电流计算模块的第二输入端，参考电流计算模块的输出端连接调制信号计算模块的输入端，调制信号计算模块的输出端连接pwm调制模块的输入端，pwm调制模块的输出端连接无功补偿主电路的输入端。
[0040]
无功补偿装置逆变产生无功补偿信号，输入到输配电系统中，通过调节无功补偿信号的幅值和相位，实现无功补偿的功能。直流电压采集模块采集无功补偿装置的直流侧母线电压，输出直流侧母线采集电压vdc到参考电流幅值计算模块；参考电流幅值计算模块根据直流侧母线采集电压vdc与参考电压vref的差值δv
dc
，经过改进型pi调节器，计算得到参考电流的幅值i
*
；交流电源电压采集模块采集输配电系统中交流电源三相电压实时值，输入到参考电流相位计算模块，参考电流相位计算模块利用锁相环技术，计算得到交流电源三相电压的相角作为三相参考电流的相位值；参考电流计算模块根据三相参考电流的幅值和三相参考电流的相位值，计算得到三相参考电流；交流电源电流采集模块采集输配电系统中交流电源三相电流实时值，输入到调制信号计算模块；调制信号计算模块分别计算交流电源三相电流实时值和三相参考电流的差值，得到三相调制信号va、vb、vc；pwm调制模块根据三相调制信号va、vb、vc计算得到无功补偿主电路的驱动信号，无功补偿主电路根据驱动信号进行逆变，产生无功补偿信号，注入到交流系统中，实现无功补偿。
[0041]
进一步地，现有pi调节器稳定裕度低，响应速度满，准确性低，本实施例还提供了一种改进型pi调节器，根据公式(1)对预设比例系数k
p
和积分系数k
i
进行改进，得到了改进比例系数s
kp
和积分系数s
ki
，改进比例系数s
kp
和积分系数s
ki
能够根据直流侧母线采集电压vdc与参考电压vref的比值进行调节，提高了pi调节器的稳定裕度和准确度。其中：
[0042][0043]
其中，α、β为调整因子。
[0044]
经过改进型pi调节器后，计算得到参考电流的幅值i
*
，如公式(2)所示：
[0045][0046]
进一步地，为了改善无功补偿装置输出质量，满足输配电系统的无功补偿要求，保持无功分量与交流电源的同步性，pwm调制模块将谐波分量v
har1
、v
har2
注入到三相调制信号va、vb、vc，得到新三相调制信号，并分别将新三相调制信号与载波比较，产生对应的驱动信号。其中：
[0047][0048][0049][0050]
其中，n为无功补偿装置输出电平数，mod为余数函数，k＝a，b，c。
[0051]
本发明实施例还提供了一种用于输配电的无功补偿方法，利用无功补偿装置，实现输配电系统的无功补偿功能。
[0052]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0053]
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。