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专利号: 2017102333239
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置,其特征在于:该装置(1)由预充电路(2)、控制模块(3)、功率模块(4)、保护模块(5)及人机交互界面(6)构成;

所述预充电路(2)由不可控整流桥(2-1)、KM1接触器(2-2)、限流电阻(2-3)和KM2接接触器(2-4)构成;其中,不可控整流桥(2-1)设有交流侧和直流侧,其交流侧通过KM1接触器(2-2)与配电网(9)相连,其直流侧通过KM2接触器(2-4)、串联限流电阻(2-3)与功率模块(4)的直流侧电容(11)两端相连;预充电路(2)用于装置挂网启动,抑制冲击电流的产生;

所述控制模块(3)由信号采集单元(3-1)和数据处理单元(3-2)构成;信号采集单元(3-

1)用于采集配电网电压uab,bc、补偿电流ia,b、功率模块(4)的直流侧电压Udc、负载电流ila,lb,并将采集信号传送至数据处理单元(3-2);数据处理单元(3-2)用于计算软启动门阀电压Udc_start、功率模块(4)的直流侧电压目标指令 及处理人机交互信息,还用于对功率模块(4)的直流侧电压指令 和电压信号Udc的差值经过电压控制器得到有功电流指令而对采集的负载电流信号ila,lb进行坐标等量变换,计算出无功电流,再经滤波得到无功电流指令 还用于根据有功电流指令 无功电流指令 电网电压相位余弦 和正弦 计算出三相补偿电流指令 三相补偿电流指令 与实际的三相补偿电流信号ia,b,c的差值经过电流控制器获得开关驱动信号并传送至功率模块(4),实现对功率模块(4)交流侧补偿电流的控制;

所述功率模块(4)设有交流侧和直流侧,其交流侧通过连KM3接触器(7)、电抗器(8)并入配电网(9)与负载(10)之间,其直流侧依次与电容(11)和不可控整流桥(2-1)的直流侧负极及限流电阻(2-3)的一端相连;所述功率模块(4)用于根据开关驱动信号调节其三相补偿电流,实现对负载电流无功的补偿;

所述保护模块(5)用于装置(1)根据软件和硬件判断出非正常运行情况,而迅速断开与配电网(9)的连接,对装置(1)起保护作用;

所述人机交互界面(6)用于对装置(1)进行控制和信息显示,包括一键启动、一键关机、无功补偿方式选择、运行状态显示、装置(1)相关信息显示。

2.根据权利要求1所述的一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置的控制方法,其特征在于:

1)所述预充电路(2)在装置(1)挂网启动过程中可分四个步骤:

步骤一:将功率模块(4)的直流侧电容(11)进行预充电;装置(1)采用由不可控整流桥(2-1)、KM1接触器(2-2)、限流电阻(2-3)、KM2接触器(2-4)构成的预充电路(2),通过软件控制实现对功率模块(4)的直流侧电容(11)充电;

步骤二:将预充电路(2)进行旁路;通过电压互感器采集功率模块(4)直流侧电容(11)预充电压的瞬时值,当瞬时值达到软启动门阀电压Udc_start时,快速断开预充电路(2);

步骤三:将功率模块(4)的交流侧与配电网(9)接通,装置(1)处于空载运行状态;待预充电路(2)完全断开瞬间,通过软件控制快速将功率模块(4)交流侧的KM3接触器(7)合闸,实现与配电网(9)接通,此时装置(1)处于软启动门阀电压Udc_start和无功电流指令 为零的状态下运行;待稳定后功率模块(4)的直流侧电压按反比例函数正向特性进行升压;

步骤四:装置(1)进行带载运行,实现负载电流的无功补偿;当完成步骤三后,执行无功电流实时检测,计算出负载电流中的无功电流,并利用滤波手段得到无功电流指令 装置处于自动运行模式;

2)所述装置(1)对无功电流实时检测,自动补偿,其过程可分三个阶段:

第一阶段:计算出负载电流中的无功电流;通过电流互感器采集负载电流ila,lb,利用坐标等量变换计算出无功电流,但此时的无功电流,除了直流分量外,还含有交流分量;

第二阶段:对无功电流进行滤波,得到无功电流指令 若不经过滤波则有可能造成过补现象,甚至会给电网注入大量的谐波,补偿效果差,因此考虑经滤波后进行补偿;

第三阶段:根据上述1)的步骤四装置进行带载运行;计算得到的无功电流指令 待装置启动稳定后再执行;

3)所述装置(1)的软启动门阀电压Udc_start和功率模块(4)的直流侧电压目标指令均是通过采集配电网(9)的电压信号并经数据处理单元(3-2)计算得出,具有随配电网(9)的电压改变而改变的特性;

软启动门阀电压的计算公式为:

Udc_start=K1×Vs(peak)    (1)

式中,Udc_start代表装置软启动门阀电压,即装置(1)启动时功率模块(4)的直流侧电压值;K1代表用户自定义的系数,但K1一般根据不可控整流桥的倍数取值;Vs(peak)代表配电网相电压峰值;

所述功率模块(4)的直流侧电压目标指令的计算公式为:

式中, 代表功率模块(4)的直流侧电压目标指令,即装置(1)完全启动后功率模块(4)的直流侧电压值;Vs(peak)代表配电网相电压峰值;K2代表用户自定义的系数,但K2一般根据不可控整流桥(2-1)的倍数和补偿能力取值;

可见,软启动门阀电压和功率模块(4)的直流侧电压目标指令均与配电网(9)电压有关,即可随电网电压的改变,自动调整指令,可减少谐波输出;

4)所述控制模块(3)的数据处理单元(3-2)中根据系统需要采用了两种滤波方法:

第一种滤波:移动指针平均滤波法,应用于得到无功电流指令i*q;其基本原理是:先定义N个数据的缓冲区,利用新采样值减去指针所指单元的旧采样值除以缓冲长度,再加前一次计算的平均值,即为最新的平均值,然后指针加一,当缓冲区单元计算结束后,指针重新归零,返回第一单元;

第二种滤波:逼近平波法,应用于得到软启动门阀电压及功率模块(4)的直流侧电压指令;其原理为:定义一个旧值和允许的偏差值,当新采样值与旧值的差值绝对值大于允许的偏差值,则利用K3倍旧值加上K4倍新采样值来更新旧值,再定义一个更小的偏差值,当新采样值与更新后的旧值之差的绝对值大于新定义的偏差值时,将新的历史值作为当前值,只要允许的偏差值和K3、K4设置合理,便能实现当前值与新采样值逼近;

5)所述装置(1)可在启动时自动升压、运行中修改指令控制功率模块(4)的直流侧电压升降,且无冲击电流产生;

启动软升压原理是:经数据处理单元(3-2)计算出功率模块(4)的直流侧电压目标指令大于功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令 利用反比例函数正向特性逐步平稳升压,直至功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令 等于其目标指令 时,启动软升压结束,其函数式为:运行中修改指令控制功率模块(4)的直流侧电压升原理是:当屏输入指令 大于功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令 时,利用反比例函数正向特性逐步平稳升压,直至功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令 等于屏输入指令 时,升压结束,其函数式同样用上述式(3)表示;

运行中修改指令控制功率模块(4)的直流侧电压降的原理是:当屏输入指令 小于功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令 时,利用反比例函数正向特性逐步平稳降压,直至功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令 等于屏输入指令 时,降压结束,其函数式为:上述式(3)和式(4)中, 为功率模块(4)的直流侧电压当前控制指令,

Udc_Var_Coefficient_1为自定义的反比例函数系数,可修改该系数控制功率模块(4)的直流侧电压升降速度。