一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法
【专利摘要】本发明提供一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，包括以下步骤：测量所述无功补偿装置的安装点电压和控制点电压；计算控制电压偏差；建立无功补偿装置模型；计算得到受控交流电流源的幅值信号、频率信号和相角信号。该方法采用受控交流电流源与电网接口，通过控制交流电流源的电流幅值、相角和频率，特别是维持安装点电压相角超前交流电流源相角90°电角度，实现对无功补偿装置输出功率的理想控制。该方法容易扩展应用至风电机组、光伏发电系统、电池储能系统、海洋能发电系统、微型燃气轮机等各种与电网之间通过电力电子装置接口的发电系统，以及正在快速发展中、不断涌现的新型电力电子接口新能源发电系统。
【专利说明】一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统【技术领域】，具体涉及一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法。
【背景技术】
[0002]20世纪80年代以来，灵活交流输电系统(FACTS)技术在电力系统中的应用成为研究热点，其中，静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATC0M)因具备维持系统电压恒定、抑制低频振荡和电压闪变等功能，得到了越来越多的研究和应用，不断地有高电压等级、大容量的SVC和STATC0M装置用于我国电力系统。SVC通过控制两个反并联的晶闸管将电容器或电抗器并入到电网上或从电网中断开，以实现发出或吸收无功功率，其构成形式包括:晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管控制的高阻抗变压器(TCT)、晶闸管投切电容器(TSC)、TCR+TSC装置、TCR+固定电容器(FC)或机械投切电容器(MSC)。STATC0M利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT，GTO等)组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路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，就可以使该电路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。STATC0M分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。
[0003]SVC和STATC0M等无功补偿装置的大量应用促进了其建模技术的研究，主要包含电磁暂态模型和机电暂态模型。电磁暂态模型详细考虑晶闸管和IGBT等电力电子器件的开通和关断过程，适用于装置功能检验、暂态过电压等研究。机电暂态模型则将电力电子器件的快速动态过程用一阶惯性环节等表示，适用于大型电力系统分析和控制研究。国内常用的PSASP和PSD-BPA电力系统仿真软件中含有几种SVC和STATC0M的机电暂态模型，然而这些模型主要根据SVC和STATC0M装置的物理结构和控制策略建模，未充分考虑这些装置在控制结构和并网特性方面的共性，建成的模型结构多种多样，与电网的接口形式也有导纳、电流等多种，不便于电力系统仿真软件的标准化实现，也造成了电力系统无功补偿装置模型的多样性和分析工作的复杂性。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，该方法采用受控交流电流源与电网接口，通过控制交流电流源的电流幅值、相角和频率，特别是维持安装点电压相角超前交流电流源相角90°电角度，实现对无功补偿装置输出功率的理想控制。本发明提出的建模方法为现有各种无功补偿装置提供一种通用化的并网接口模型，并且容易扩展应用至风电机组、光伏发电系统、电池储能系统、海洋能发电系统、微型燃气轮机等各种与电网之间通过电力电子装置接口的发电系统，以及正在快速发展中、不断涌现的新型电力电子接口新能源发电系统。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0006]提供一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，所述方法包括以下步骤:
[0007]步骤1:测量所述无功补偿装置的安装点电压和控制点电压；
[0008]步骤2:计算控制电压偏差；
[0009]步骤3:建立无功补偿装置模型；
[0010]步骤4:计算得到受控交流电流源的幅值信号、频率信号和相角信号。
[0011]所述步骤1中，安装点电压包括安装点电压幅值Vta、安装点电压相角qTA和安装点电压频率fTA ;控制点电压包括控制点电压幅值VT。
[0012]所述步骤2中的控制电压偏差用Vekk表示，其表达式为:
[0013]Verr-Vref-Vt (I)
[0014]其中，Veef为电压参考值幅值。
[0015]所述步骤3中的无功补偿装置模型包括辅助功能模型、电压控制主环模型、逻辑控制模型和电力电子器件延时特性模型。
[0016]所述辅助功能模型的输入信号包括线路有功功率匕、安装点电压频率fTA或线路电流Iy其输出信号为辅助控制电压Vses。
[0017]所述辅助功能模型包括依次串联的测量环节、隔直环节、第一超前滞后环节、第二超前滞后环节、第一放大环节和第一限幅环节。
[0018]所述测量环节用
【权利要求】
1.一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:测量所述无功补偿装置的安装点电压和控制点电压； 步骤2:计算控制电压偏差； 步骤3:建立无功补偿装置模型； 步骤4:计算得到受控交流电流源的幅值信号、频率信号和相角信号。
2.根据权利要求1所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述步骤I中，安装点电压包括安装点电压幅值Vta、安装点电压相角qTA和安装点电压频率fTA ;控制点电压包括控制点电压幅值VT。
3.根据权利要求1所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述步骤2中的控制电压偏差用Vekk表示，其表达式为:
4.根据权利要求1所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述步骤3中的无功补偿装置模型包括辅助功能模型、电压控制主环模型、逻辑控制模型和电力电子器件延时特性模型。
5.根据权利要求4所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述辅助功能模型的输入信号包括线路有功功率匕、安装点电压频率fTA或线路电流其输出信号为辅助控制电压Vses。
6.根据权利要求5所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述辅助功能模型包括依次串联的测量环节、隔直环节、第一超前滞后环节、第二超前滞后环节、第一放大环节和第一限幅环节。
7.根据权利要求6所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述测量环节用
8.根据权利要求4所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述电压控制主环模型的输入信号为综合误差电压VEt(rtal,该综合误差电压VEt()tai由控制电压偏差Vekk与辅助控制电压Vses叠加得到，其输出信号为连续控制输出导纳Bk，增￡fL用 Kgys 表 。
9.根据权利要求8所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述电压控制主环模型包括依次串联的第三超前滞后环节、第二限幅环节、第四超前滞后环节、第三限幅环节和第二放大环节；所述第三超前滞后环节的输出和第四超前滞后环节的输出分别通过第二限幅环节和第三限幅环节限幅，第二限幅环节和第三限幅环节的限幅上限均为Vemax,限幅下限均为Vemin ；
10.根据权利要求4所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述逻辑控制模型的输入信号为连续控制输出导纳81；和控制电压偏差Vekk，其输出信号为逻辑控制输出导纳，增益用Ksd表示；
(I)当 Vekk3DVhi 时，有= 5瓶 + Ksd ( Verr-DV)., 其中，DVhi为整定的无功补偿装置可承受的电压偏差上限，为所述电压控制主环模型的输出上限值，DV为整定的无功补偿装置电压偏差值；
(2 )当 DVL()Vekk〈DVhi 时，有 A = ; 其中，DVm为整定的无功补偿装置可承受的电压偏差下限； (3)当 VEKK〈DVLQ 时，有4 =成.; 其中~电压控制主环模型的输出下限值。
11.根据权利要求4所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述电力电子器件延时特性模型包括一阶惯性环节和第四限幅环节，所述一阶惯性环节用表示，其中Tm为一阶惯性环节的时间常数； 所述第四限幅环节的上限用Bmax表示，下限用Bmin表示。
12.根据权利要求1所述的基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，其特征在于:所述步骤4具体包括以下步骤: 步骤4-1:将综合误差电压VEtotal输入电压控制主环模型，得到电压控制主环模型输出的连续控制输出导纳Bk ;再将连续控制输出导纳控制电压偏差Vekk输入逻辑控制模型，得到逻辑控制模型输出的逻辑控制输出导纳然后将逻辑控制输出导纳4经一阶惯性环节后，送入第四限幅环节，从限幅环节输出的信号经标么值折算后作为受控交流电流源的幅值信号；步骤4-2:将所述安装点电压频率fTA作为交流电流源的频率信号； 步骤4-3:将所述安装点电压相角qTA减去90°电角度，计算得到的角度值折算为弧度值， 作为交流电流源的相角信号。
【文档编号】H02J3/18GK103457275SQ201310384207
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】赵大伟, 姜达军, 朱凌志, 张磊, 钱敏慧, 赵亮, 曲立楠, 陈宁, 王湘艳 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院