一种新型智能动态混成无功补偿系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种新型智能动态混成无功补偿系统及其控制方法，用于对电网进行无功补偿调节。智能动态混成无功补偿系统通过SVC补偿支路与SVG补偿支路的高效协调控制，从而达到精确补偿及瞬时响应的能力，能够在容量范围内实现从容性到感性的连续、平滑调节，能够解决由于冲击性负荷而引起的无功突变问题，有效地抑制电网电压由于大负荷起停或遇到故障情况造成的闪变和跌落，提高系统出力，同时，SVC补偿支路与SVG补偿支路相结合，使产品在补偿特性、造价、可靠性等方面达到最优，性价比更高。

【技术实现步骤摘要】
一种智能动态混成无功补偿系统及其控制方法
本专利技术涉及一种智能动态混成无功补偿系统及其控制方法，属于电力电子

技术介绍
现代工业系统中，诸如交流电弧炉、电气化铁路、大型轧钢机等均属于动态变化的非线性负荷。这类负荷的特点是有功功率与无功功率随时间作快速变化，由于其非线性和不平衡的用电特性，使供电电网的电压波形发生畸变，引起电压的波动、闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率的波动，而且向系统注入大量的谐波，对电网的电能质量构成了严重的威胁。静止无功补偿装置(简称SVC)是一种快速调节无功功率的装置，其典型代表是晶闸管控制电抗器+固定电容器(TCR+FC)、晶闸管投切电容器(TSC)、以及磁控电抗器+固定电容器(MCR+FC)等。目前已成功地应用于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。这种装置在功能多样性、工作可靠性以及投资和运行成本等方面都比早期同步调相机有明显的优点，取得了较好的技术经济效益，因而在国内外得到较快的发展与实际应用。基于在SVC技术研究的基础之上，随着GTO、IGCT、IGBT等大功率电力电子器件的发展和应用，静止无功发生器(简称SVG)成为最新一代动态无功补偿技术，具备响应速度快、吸收无功连续、产生的高次谐波量小、调节范围广、损耗与噪音小等突出优点，在电能质量与无功补偿研究的领域发挥越来越大的作用。SVC与SVG相比较，SVC运行成本低，经济性较好，但是SVC响应速度慢，响应时间需20～40ms，而响应时间是抑制电压波动闪变的主要决定因素，SVC响应慢，无法有效抑制电压闪变。与SVC相比，SVG动态补偿效果好，响应速度快，响应时间小于5ms，能够有效抑制电压波动和闪变；对系统参数不敏感，安全性与稳定性较好，不会发生谐波放大的情况。但是SVG由于受到元器件容量限制，大容量的SVG实施困难，工程造价高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述各装置的不足，通过结合两种装置各自的优点，以提供一种动态特性好，响应速度快，能够有效抑制电压波动和闪变，提高电能质量，并且能够实现从容性到感性连续补偿的智能型动态混成无功补偿系统及其控制方法。本专利技术公开了一种智能动态混成无功补偿系统，用于对电网进行无功补偿调节，该补偿系统包含主电路以及控制器，所述主电路包含补偿支路，所述补偿支路包含SVC补偿支路和SVG补偿支路，所述SVC补偿支路和SVG补偿支路并联接入电网，电网连接有其他负荷；其中，所述SVC补偿支路，与控制器相连接，包含SVC电流采样电路、投切控制单元和电容器补偿支路，所述SVC电流采样电路采集SVC补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述投切控制单元接收控制器发出的投切信号，控制电容器补偿支路的投切；所述电容器补偿支路为由若干个三角形或星型连接的电容器组成的补偿支路；所述SVG补偿支路，与控制器相连接，包含SVG电流采样电路、逆变电路，所述SVG电流采样电路采集SVG补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述逆变电路是以电容为直流侧储能元件的三相桥式逆变电路，并通过串联电抗器并入电网，用于接收控制器发出的PWM脉冲控制信号，并发出精确可控的无功电流；所述控制器，与电网连接，采集电网电流和电网电压，通过控制SVC补偿支路和SVG补偿支路，对电网实施无功补偿。作为优选，所述SVC电流采样电路通过霍尔传感器采集SVC补偿支路的电流，所述SVG电流采样电路通过霍尔传感器采集SVG补偿支路的电流。作为优选，所述控制器控制SVC补偿支路和SVG补偿支路的步骤是：控制器先采集电网的电网电压、电网电流，计算出电网当前的无功功率，预先设定的无功控制目标值为零，根据预设目标值与电网当前的无功功率的差值，首先向SVG补偿支路发送PWM脉冲控制信号，使其发出精确可控的无功电流，随后向SVC补偿支路发出投切信号，控制投切控制单元的投切动作,由此实施无功补偿。作为优选，所述控制器包含电压互感器，电流互感器，采样电路，信号调理电路，A/D转换电路，主控CPU，PWM驱动电路、PWM触发电路，IO口开出电路，所述电压互感器和电流互感器连接电网，所述采样电路将电压互感器、电流互感器采集到的信号输入信号调理电路，信号调理电路将处理好的信号经A/D转换电路后输入至主控CPU，主控CPU生成PWM脉冲指令和投切控制信号，PWM脉冲指令经PWM驱动电路、PWM触发电路发出相应的PWM脉冲控制信号到所述补偿系统的主电路以驱动SVG补偿支路工作，投切控制信号经IO口开出电路到所述补偿系统的主电路以驱动SVC补偿支路工作。进一步地，所述控制器还包括锁相环电路、过流检测电路、过压检测电路、PWM故障反馈电路和通讯CPU，其中：所述锁相环电路，与信号调理电路相连接，对信号调理电路处理好的电压信号进行锁相，并将结果输送至主控CPU。通过该锁相环电路，系统可快速锁定电网的相位和频率，实现与电网的精确同步，可保证SVG补偿支路无功电流的控制精度。所述过流检测电路，与信号调理电路相连接，对信号调理电路处理好的智能动态混成无功补偿系统侧电流进行实时检测，当检测到过电流时，直接闭锁PWM驱动电路，并将故障信号反馈至主控CPU。通过过流检测电路，在系统产生故障或由于外界原因引起故障的情况下，系统可实现快速的过电流保护，该保护可通过过流检测硬件电路自动实现，不需要软件干预，保护速度快，有效提高系统运行安全性。所述过压检测电路，与信号调理电路相连接，对信号调理电路处理好的直流电容电压进行实时检测，当检测到过电压时，直接闭锁PWM驱动电路，并将故障信号反馈至主控CPU。通过过压检测电路，在系统产生故障或由于外界原因引起故障的情况下，系统可实现快速的直流电压过电压保护，该保护可通过过压检测硬件电路自动实现，不需要软件干预，保护速度快，有效提高系统运行安全性。所述PWM故障反馈电路，与主电路相连接，将从主电路获得的IGBT故障信号传送至PWM驱动电路，PWM驱动电路再将此故障信号反馈至主控CPU。通过PWM故障反馈电路，在IGBT故障的情况下，控制器可根据PWM故障反馈信号自动闭锁PWM脉冲信号，不需要软件干预，保护速度快，有效提高系统运行安全性。所述通讯CPU，与主控CPU通过双口RAM电路进行双向的数据交互；所述通讯CPU还连接有数据存取电路，通讯CPU将数据写入数据存取电路中进行数据存储，控制器断电重启时再从中读出数据；通讯CPU连接有各类通讯电路，以太网通讯电路、RS-232通讯电路、RS-485通讯电路，RS-485通讯电路与智能动态混成无功补偿系统外部的人机界面之间以报文的形式进行数据交互。通讯CPU主要用于运行参数数据的存取，以及通讯数据的计算和显示。通讯CPU与主控CPU相分离，各自负责不同的功能，有助于提高主控CPU运行效率。该智能动态混成无功补偿系统将SVG补偿支路与SVC补偿支路相结合，SVG补偿支路在其可调范围内作为一个快速可控的无功源，用于对无功需求中的动态部分做出及时反应；SVC补偿支路则用于系统无功平稳情况下的无功功率补偿。SVG补偿支路与SVC补偿支路既相互协调配合，又各自相对独立工作，以满足不同的无功补偿需求。区别于传统的无功补偿装置，该智能动态混成无功补偿系统在装置灵活性、响应速度、性价比等方面都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型智能动态混成无功补偿系统，用于对电网进行无功补偿调节，其特征在于，该补偿系统的主电路包含补偿支路以及控制器，所述补偿支路包含SVC补偿支路和SVG补偿支路，所述SVC补偿支路和SVG补偿支路并联接入所述电网，所述电网连接有其他负荷；其中，所述SVC补偿支路，与控制器相连接，包含SVC电流采样电路、投切控制单元和电容器补偿支路，所述SVC电流采样电路采集SVC补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述投切控制单元接收控制器发出的投切信号，控制电容器补偿支路的投切；所述电容器补偿支路为由若干个三角形或星型连接的电容器组成的补偿支路；所述SVG补偿支路，与控制器相连接，包含SVG电流采样电路、逆变电路，所述SVG电流采样电路采集SVG补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述逆变电路是以电容为直流侧储能元件的三相桥式逆变电路，并通过串联电抗器并入电网，用于接收控制器发出的PWM脉冲控制信号，并发出精确可控的无功电流；所述控制器，与电网连接，采集系统电流和系统电压，通过控制SVC补偿支路和SVG补偿支路，对电网实施无功补偿。

【技术特征摘要】
1.一种智能动态混成无功补偿系统，用于对电网进行无功补偿调节，其特征在于，该补偿系统包含主电路以及控制器，所述主电路包含补偿支路，所述补偿支路包含SVC补偿支路和SVG补偿支路，所述SVC补偿支路和SVG补偿支路并联接入所述电网，所述电网连接有其他负荷；其中，所述SVC补偿支路，与控制器相连接，包含SVC电流采样电路、投切控制单元和电容器补偿支路，所述SVC电流采样电路采集SVC补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述投切控制单元接收控制器发出的投切信号，控制电容器补偿支路的投切；所述电容器补偿支路为由若干个三角形或星型连接的电容器组成的补偿支路；所述SVG补偿支路，与控制器相连接，包含SVG电流采样电路、逆变电路，所述SVG电流采样电路采集SVG补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述逆变电路是以电容为直流侧储能元件的三相桥式逆变电路，并通过串联电抗器并入电网，用于接收控制器发出的PWM脉冲控制信号，并发出精确可控的无功电流；所述控制器，与电网连接，采集电网电流和电网电压，通过控制SVC补偿支路和SVG补偿支路，对电网实施无功补偿；所述控制器控制SVC补偿支路和SVG补偿支路的步骤是：控制器先采集电网的电网电压、电网电流，计算出电网当前的无功功率，预先设定的无功控制目标值为零，根据预设目标值与电网当前的无功功率的差值，首先向SVG补偿支路发送PWM脉冲控制信号，使其发出精确可控的无功电流，随后向SVC补偿支路发出投切信号，控制投切控制单元的投切动作,由此实施无功补偿；所述控制器包含电压互感器、电流互感器、采样电路、信号调理电路、A/D转换电路、主控CPU、PWM驱动电路、PWM触发电路和IO口开出电路，所述电压互感器和电流互感器连接所述电网，所述采样电路将电压互感器、电流互感器采集到的信号输入信号调理电路，信号调理电路将处理好的信号经A/D转换电路后输入至主控CPU，主控CPU生成PWM脉冲指令及投切控制信号，PWM脉冲指令经PWM驱动电路、PWM触发电路发出相应的PWM脉冲控制信号到所述补偿系统的主电路以驱动SVG补偿支路工作，投切控制信号经IO口开出电路到所述补偿系统的主电路以驱动SVC补偿支路工作；所述控制器还包括锁相环电路、过流检测电路、过压检测电路、PWM故障反馈电路和通讯CPU，其中：所述锁相环电路，与信号调理电路相连接，对信号调理电路处理好的电压信号进行锁相，并将结果输送至主控CPU；所述过流检测电路，与信号调理电路相连接，对信号调理电路处理好的智能动态混成无功补偿系统侧电流进行实时检测，当检测到过电流时，直接闭锁PWM驱动电路，并将故障信号反馈至主控CPU；所述过压检测电路，与信号调理电路相连接，对信号调理电路处理好的直流电容电压进行实时检测，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建兴，包虎平，
申请(专利权)人：江苏方程电力科技有公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32