一种10kV静止无功发生器的控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及10KV静止无功发生器的控制方法。
【背景技术】
[0002] 无功功率对供电系统和负荷的运行都十分重要。电力系统为了输送有功功率，就 要求送电端和受电端的电压有一相位差，这可以在相当范围内实现;为了输送无功功率，则 要求两端电压又一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数电力系统的网络元件 消耗无功功率，大多数的负载也需要消耗无功功率。他们所需要的无功功率必须从网络中 的某个地方获得。显然，这些无功功率如果全由发电机提供并经过长距离输送是不合理的， 通常也是不可能的。合理的方法是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功 补偿。
[0003] 我国电网建设和运行中，长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合 理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。电气化铁路、电弧炉、乳 机、矿井提升机等冲击性负荷使得电网无功功率不平衡，将导致系统电压的波动、闪变，严 重时会导致用电设备损坏，出现系统电压崩溃和稳定性被破坏事故。因此无功功率补偿对 电力系统十分重要。
[0004] 随着国民经济和工业生产的发展，对于电能质量的要求也愈加严格，如何提高电 力系统的可靠性、可控性、快速性等问题得到了人们广泛的关注和研究…。静止无功发生器 (StaticVarGenerator，SVG)的出现和应用很好的应对了以上这些突出问题，其快速可控 的无功补偿能力在稳定系统电压、提高功率因数以及增加传送容量等方面发挥着日益重要 的作用，代表了无功补偿技术和设备的发展方向。目前国内对于10kV的低压SVG的研究尚 比较少见，随着大容量电力电子器件的发展和成本的不断降低，10kVSVG拥有广阔的发展 前景。
[0005] SVG相当于并联在电网上的自换相桥式电路，通过对桥式电路交流侧输出电压的 相位或幅值的调节，使电路吸收或发出满足负载需要的无功电流，实现无功补偿的目的。工 程中常用的是电压型桥式电路如附图1所示，其交流侧是由六个可控开关构成的三相逆变 器，直流侧的电容器起储能作用，三相整流器从交流侧吸收少量的有功电流，以便为电容器 充电。SVG的工作不需要外加电源来维持电压。SVG-般只用来对基波无功进行补偿，同时常 通过多组逆变器的串联和并联来增大SVG的容量。
[0006] 目前常用的SVG控制方法主要有间接电流控制和直接电流控制两种。所谓直接电 流控制，是指由计算得出交流侧输入电流的指令值，直接对电流值进行的反馈控制，使其跟 踪指令电流值。直接电流控制主要采用的比较方式有:滞环和三角波两种。目前多采用的是 电流滞环方式，但在开关频率相同的情况下，电流滞环方式容易在输出电流中产生较多的 高次谐波。而三角波比较方式是取补偿电流参考值与实际补偿电流的偏差，与三角载波信 号比较而生成PWM控制信号的。还有一种传统的控制是根据接入点的电压反馈值，运用传统 的PID控制策略来完成控制。或者通过引入线路功率的电力系统稳定器来实现静止无功发 生器的控制。这些传统的常规控制策略很难提高系统的稳定性，也难以实现系统对动态性 能的要求，不能达到理想的性能指标。
【发明内容】
[0007] 针对传统控制方式的问题，本发明提出了一种针对10kv静止无功发生器的控制方 法，通过建立系统的数学模型，基于磁链控制，通过DSP最终实现控制脉冲触发角的控制，其 包括步骤：
[0008] (1):建立含有静止无功发生器交流输电系统的数学模型；
[0009] (2):建立基于外部因素的静止无功发生器的反馈控制模型；
[0010] (3):采集静止无功发生器直流母线电压和输出交流电流和电网电压；
[0011] (4):将电网电压依次经过低通滤波器和高通滤波器后，建立磁链控制模型；
[0012] (5):通过数字处理器实现静止无功发生器的控制。
[0013] 通过该控制方式，相对于现有的控制方式达到既能抑制干扰，又能实现良好的静 动态性能的效果。
【附图说明】
[0014] 图1:静止无功发生器结构图；
【具体实施方式】
[0015] 结合附图详细表述10kv静止无功发生器的控制方法其包括步骤该方法包括以下 步骤：
[0016] 步骤(1):建立含有静止无功发生器交流输电系统的数学模型；
[0017]电力系统中的输电线路通常具有较长的距离，在建立数学模型时候需要考虑系统 电网电压VsZa、静止无功发生器的输出电压Vsvg及其基波分量VsvgZSsvg，线路电抗X，直流 侦_容电压Ud。，静止无功发生器控制脉冲的触发角Ssvg和导通角Θ，发电机转子角速度ω和 初始角速度ω〇，发电机的原动机的机械功率Pm和发电机的电磁功率和发电机组的固有阻 尼系数D，惯性时间常数H，静止无功发生器逆变器的放大系数K，静止无功发生器的直流侧 电容C，
[0018]静止无功发生器的输出电压由控制脉冲的触发角Ssvg来实现，而导通角Θ为常量。 发电机采用微分控制模型，结合静止无功发生器的输出电压控制，则含有静止无功发生器 交流输电系统的数学模型为：
[0020] (2):建立基于外部因素的静止无功发生器的反馈控制模型；
[0021] 在电力系统中通常会发生如电压波动，发电机功率不稳定的现象;而静止无功发 生器也会存在有输出电压波动的问题，因此，在对其进行控制时候需要考虑外部因素的干 扰，在数学模型建立上在转子角速度和静止无功发生器输出电压叠加两个干扰量，则基于 外部因素的静止无功发生器的反馈控制模型为：
[0023]￡1和￡2分别是发电机转子扰动和静止无功发生器的输出电压扰动。
[0024] (3):采集静止无功发生器直流母线电压和输出交流电流和电网电压；
[0025]在数学模型建立完成后，相当于在微观层面完成了控制系统的设计，为了实现静 止无功发生器的控制，需要对静止无功发生器的直流母线电压和输出交流电流和电网电压 进行采样，实现宏观层面的监测。
[0026] (4)将电网电压依次经过低通滤波器和高通滤波器后，建立磁链控制模型；
[0027]为了解决初始相位问题和直流分量带来的干扰，将电网电压e依次经过低通滤波 器和高通滤波器后，可以得到电网电压与磁链的传递函数关系为：
[0029]其中分别为低通滤波器和高通滤波器的截止频率相对于基波频率的放大倍 数。
[0030]在静止无功发生器的虚拟磁链Φ和电网电压VsZa的电压矢量Vs之间的关系为：
[0032]获得经过低通滤波器和高通滤波器后的磁链观测模型为：
[0034]φα为磁链定向α轴方向上的磁链，加为磁链定向β轴方向上的磁链。
[0035] (5)通过数字处理器来实现静止无功发生器的控制
[0036]通过式（3)(5)可以建立控制流程图并基于前述的数学模型利用现有的数字处理 器来最终实现控制脉冲的触发角Ssvg，达到既能抑制干扰，又能实现良好的静动态性能的目 的。
[0037]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围 的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改或 者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种IOkv静止无功发生器的控制方法，其包括步骤： (1) :建立含有静止无功发生器交流输电系统的数学模型； (2) :建立基于外部因素的静止无功发生器的反馈控制模型； (3) :采集静止无功发生器直流母线电压和输出交流电流和电网电压； (4) :将电网电压依次经过低通滤波器和高通滤波器后，建立磁链控制模型； (5) :通过数字处理器实现对静止无功发生器脉冲的触发角Ssvg的控制。2. 根据权利要求1所述的一种IOkv静止无功发生器的控制方法，所述步骤（1)的含有静 止无功发生器交流输电系统的数学模型为：3. 根据权利要求1所述的一种IOkv静止无功发生器的控制方法，所述步骤(2)的反馈控 制模型为：^和￡2分别是发电机转子扰动和静止无功发生器的输出电压扰动。4. 根据权利要求1所述的一种IOkv静止无功发生器的控制方法，所述步骤(3)中使用霍 尔传感器进行米集。5. 根据权利要求1所述的一种IOkv静止无功发生器的控制方法，所述步骤(4)中的磁链 控制模型为：其中札为磁链定向α轴方向上的磁链，％!为磁链定向β 轴方向上的磁链。6. 根据权利要求1所述的一种IOkv静止无功发生器的控制方法，步骤(5)中所述的数字 处理器为DSP处理器。
【专利摘要】本发明提出了一种针对10kv静止无功发生器的控制方法，通过建立系统的数学模型，基于磁链控制，通过DSP最终实现控制脉冲触发角的控制，达到既能抑制干扰，又能实现良好的静动态性能的效果。
【IPC分类】H02J3/18
【公开号】CN105449689
【申请号】CN201510970900
【发明人】李永东, 孙伟, 郭良松, 周喜宾, 刘新宇, 艾比布勒·塞塔尔, 宋占党, 顾军, 原春亮, 黄擎, 陈兴, 王志远, 苏宁, 陈臻, 刘彪, 刘岩, 郑斌, 黄新民, 余英, 李武峰, 邓泽官, 王献丽, 鞠登峰, 张群, 狄谦, 薛利, 吴尚洁, 张冰婧, 陆东杰, 黄孟欣
【申请人】国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司, 北京国网普瑞特高压输电技术有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月21日