專利名稱：基于大功率四象限變流器負載的svc前饋反饋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種SVC前饋反饋控制方法，特別涉及基于大功率四象限變流器負載的SVC前饋反饋控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子器件的發(fā)展，由電力電子器件組成的新型裝置正朝著小型化、高頻化的方向發(fā)展。但是在大功率電力電子應(yīng)用中，由于晶閘管器件具有電壓高、電流大的特點，它仍占著主要地位。大功率四象限晶閘管變流器可以實現(xiàn)正向整流、正向逆變、反向整流、反向逆變，在托卡馬克裝置(Tokamak)磁體電源系統(tǒng)、直流拖動等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。該變流器四象限運行，波動性、隨機性很大，在運行過程中對電網(wǎng)電壓造成極大的沖擊，消耗大量無功功率且產(chǎn)生諧波電流，所以必須安裝無功補償及諧波抑制裝置。20世紀70年代靜止無功補償器(SVC)開始投入商業(yè)運行以來，40年間世界各國都不斷有SVC投入運行，并取得可觀的收益。目前SVC以其技術(shù)成熟、性價比高等特點仍就被公認無功補償?shù)淖罴言O(shè)備。它是電力系統(tǒng)動態(tài)電壓支撐和無功補償?shù)囊粋€重要的有效手段，用于補償電網(wǎng)的無功，改善電壓不平衡度，抑制電壓閃變和諧波等。其中TCR為最主要的應(yīng)用形式，它往往與可投切的容性補償支路(FC)配合使用完成動態(tài)調(diào)節(jié)的功能。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對無功功率進行快速動態(tài)補償?shù)男枨笤絹碓酱蟆ａ槍ω撦d的補償，業(yè)界通常采用開環(huán)控制即前饋控制，檢測負載無功功率來控制TCR產(chǎn)生相等的無功功率，以達到功率因數(shù)校正或改善電壓調(diào)整的目的。因此無功功率的實時檢測和計算就成了無功功率補償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。發(fā)明專利《一種基于快速等效電納計算的SVC復(fù)合控制》公開了一種SVC復(fù)合控制方法，其方法是首先通過對電壓和電流信號的檢測，利用基于FBD算法來計算TCR的實際等效電納值。TCR根據(jù)實際等效電納值，通過查找Hash表來獲得相應(yīng)的觸發(fā)角，然后觸發(fā)對應(yīng)晶閘管的開通來發(fā)出相應(yīng)的感性無功電流來補償容性無功和負序電流，最終實現(xiàn)系統(tǒng)無功和負序電流的完全補償。發(fā)明專利《基于向量識別的電力系統(tǒng)瞬時無功計算方法及SVC補償裝置》公開了基于向量識別的瞬時無功計算方法及SVC補償裝置，其方法是控制系統(tǒng)在每個電壓過零時刻采集三相系統(tǒng)電壓、電流、晶閘管相控電抗器電流的正弦波信號當前瞬時值；將每次采集數(shù)據(jù)后利用用當前瞬時值與1/6個周期前瞬時值通過向量識別方式得到每個正弦變量的實部與虛部有效值；根據(jù)Park變換將各個正弦變量折算到同一坐標系下，計算每相的有功、無功功率有效分量。
發(fā)明專利《一種整流器負荷的SVC無功預(yù)測補償方法》公開了一種整流器負荷的SVC無功預(yù)測補償方法，其方法是整流器控制器在計算出觸發(fā)角的同時計算出負荷即將產(chǎn)生的無功功率，并將該整流器負荷無功功率傳輸至SVC控制器；svc控制器接收整流器控制器發(fā)出的預(yù)測無功功率，采集濾波器支路斷路器的開關(guān)狀態(tài)，同時采集電網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓信號，用于無功補償量的計算，最終以觸發(fā)角方式實現(xiàn)觸發(fā)控制補償；在預(yù)測補償后，通過PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)補償無功功率計算引起的偏差。文獻《面向快速負荷的SVC控制策略的研究及其應(yīng)用》根據(jù)快速負荷的補償要求，提出了一種基于瞬時值的負荷補償原理。利用瞬時無功理論實現(xiàn)了瞬時正序負序無功電流、正序負序有功電流的檢測和理想補償器補償導(dǎo)納的計算；同時介紹了一種“全局開環(huán)+局部閉環(huán)”的SVC控制策略，并對晶閘管閥組的觸發(fā)方式進行改進，以獲得快速響應(yīng)速度和良好的穩(wěn)態(tài)精度。從相關(guān)專利和文獻分析，目前針對無功功率計算的主要技術(shù)方法有:瞬時無功理論方法、基于傅里葉變換方法，檢測電壓電流相位差等方式，這些方式各有優(yōu)缺點。檢測電壓電流相位差的方法實時性差，不能適應(yīng)快速動態(tài)補償?shù)男枨蟆；诟道锶~變換方法也需要采集半個周波的信號，響應(yīng)慢，使用有局限性。基于瞬時無功理論方法能夠?qū)崟r計算無功功率，響應(yīng)快，但是P_q法的檢測準確度受電網(wǎng)電壓波形影響，當電網(wǎng)電壓存在一定畸變時檢測結(jié)果會有誤差，而ip-1q算法檢測方法由于包含了 2次空間坐標變換，算法較復(fù)雜，不利于軟件實現(xiàn)。FBD算法缺點是目前大多僅限于理論研究，沒有得到廣泛應(yīng)用，特別是應(yīng)用于工程實際的少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點，針對大功率四象限變流器負載，提供了一種SVC前饋反饋控制方法。前饋控制實現(xiàn)對負載無功功率的快速有效補償，把變流器即將消耗的無功功率作為前饋量，較其他前饋控制方式進一步縮短了 SVC的響應(yīng)時間，利用反饋控制彌補前饋控制的不足，提高控制精度，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無差，這樣將前饋和反饋控制有效結(jié)合，既滿足快速補償負載無功，消除電壓閃變的要求，又兼顧了穩(wěn)定電力系統(tǒng)母線電壓的目的。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于大功率四象限變流器負載的SVC前饋反饋控制方法，其特征在于，具體包括有以下步驟:(I)分析變流器接線和運行方式在針對大功率四象限變流器負載進行無功功率補償時，首先分析變流器的接線方式，常用的接線方式為雙反星帶平衡電抗器和三相橋式結(jié)構(gòu)，其次要了解變流器的運行方式，在托卡馬克裝置磁體電源、直流拖動等領(lǐng)域需要變流器四象限運行，常用的運行方式為正向整流、正向逆變、反向整流、反向逆變；(2)構(gòu)建反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)在變流器負載和SVC控制器之間構(gòu)建反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)，把變流器實時數(shù)據(jù)和運行方式傳送至SVC控制器，實時數(shù)據(jù)包括變流器直流側(cè)電流值和即將執(zhí)行的觸發(fā)角，由SVC控制器完成對變流器負載的數(shù)據(jù)進行分析計算；(3)計算變流器無功功率計算方法的核心思想是交直流系統(tǒng)有功功率平衡理論:變流器系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入有功功率在任何運行條件下都應(yīng)與輸出到直流回路的總有功功率(包括損耗)相平衡，有以下關(guān)系:
權(quán)利要求
1.基于大功率四象限變流器負載的SVC前饋反饋控制方法，其特征在于，具體包括有以下步驟: (1)分析變流器接線和運行方式 在針對大功率四象限變流器負載進行無功功率補償時，首先分析變流器的接線方式，常用的接線方式為雙反星帶平衡電抗器和三相橋式結(jié)構(gòu)，其次要了解變流器的運行方式，常用的運行方式為正向整流、正向逆變、反向整流、反向逆變； (2)構(gòu)建反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò) 在變流器負載和SVC控制器之間構(gòu)建反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)，把變流器實時數(shù)據(jù)和運行方式傳送至SVC控制器，實時數(shù)據(jù)包括變流器直流側(cè)電流值和即將執(zhí)行的觸發(fā)角，由SVC控制器完成對變流器負載的數(shù)據(jù)進行分析計算； (3)計算變流器無功功率 計算方法的核心思想是交直流系統(tǒng)有功功率平衡理論:變流器系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入有功功率在任何運行條件下都應(yīng)與輸出到直流回路的總有功功率相平衡，有以下關(guān)系:
全文摘要
本發(fā)明公開了基于大功率四象限變流器負載的SVC前饋反饋控制方法，具體包括有以下步驟分析變流器接線和運行方式；構(gòu)建反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)；計算變流器無功功率；采集濾波器支路狀態(tài)；引入電網(wǎng)電壓反饋；完成觸發(fā)角控制；本發(fā)明依據(jù)大功率變流器負載運行方式和實時數(shù)據(jù)，快速準確計算變流器即將消耗的無功功率，作為前饋量進行負荷補償。采用本發(fā)明所提出的前饋反饋控制方法后，滿足負載補償快速性的要求，同時兼顧了電力系統(tǒng)補償穩(wěn)定性的指標。無功補償響應(yīng)時間可縮短至4ms以內(nèi)，有效的抑制了無功對電網(wǎng)的沖擊，消除了電壓閃變的發(fā)生，也進一步提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號H02J3/18GK103138275SQ201310040959
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者吳亞楠, 許留偉, 束暢, 茆華風, 李俊 申請人:中國科學院等離子體物理研究所