一种瞬时功率因数补偿控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种瞬时功率因数补偿控制方法及系统，本发明专利技术通过实时采集三相系统电压、系统电流以及补偿装置的电流，获得三相负载电流；将负载电流分解出有功电流、无功电流分量，并由此计算出负载瞬时功率因数PFL；根据给定的目标功率因数PFref、负载瞬时功率因数计算无功控制量幅值Iqref以及三相无功控制量瞬时值iqref，该三相无功补偿控制量的瞬时值即为所求的补偿装置三相电流补偿控制指令瞬时值。本发明专利技术通过实时计算负载瞬时有功电流分量、无功电流分量来获得负载瞬时功率因数，避免了原有算法对于快速变化负载跟踪实时性差，响应速度慢的问题；并且通过功率因数控制单元直接计算出瞬时功率因数控制量，解决了原有方法PI调节器实时性差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种瞬时功率因数补偿控制方法及系统，属于电力无功补偿

技术介绍
电力系统中无功功率的存在会增加设备的容量、增加设备及线路的损耗、增大线路压降，从而造成电压波动及闪变、电压暂降以及设备电能利用率降低等一系列电能质量问题。在输配电系统中应用无功补偿设备进行治理，主要有两类：静态无功补偿装置与动态无功补偿装置。静态无功补偿装置主要为并联固定电容器，结构简单，成本低，维护方便，因此得到了广泛的应用，但它也存在只能补偿感性无功，不能连续调节，并且可能与系统谐波发生并联谐振，放大谐波电流，损害电容器等缺点；而动态无功补偿装置主要有静止无功补偿器、静止同步补偿器两大类，它们通过采集负载电流、根据无功检测算法以及电流跟踪技术，实时跟踪负载无功功率变化，并进行动态无功功率的补偿，具有响应速度快、无并联谐振问题，工作范围更广、治理电压波动及闪变问题效果更好等优点，目前动态无功补偿装置正逐步取代静态无功补偿装置，尤其是静止同步补偿器，代表了无功补偿领域发展的方向。动态无功补偿装置无功检测及控制方法的性能将直接影响无功补偿设备的工作性能。因此准确、实时地检测出无功成分，并进行实时快速补偿，是无功补偿设备对无功功率进行精确补偿，提高功率因数的前提。目前以功率因数作为补偿目标的方法主要有：基于基波周期的功率因数补偿控制方法。基于基波周期的功率因数补偿控制方法，如图1所示，通过连续采集计算时间t内(通常采集时间为基波周期、1/2基波周期或1/4基波周期)的电压、电流模拟量信号，再经过模拟量有效值计算和功率计算，获得计算时间t内的平均功率因数，然后与目标功率因数做相应的比较控制获得控制量，经过电压锁相后，结合控制量获取并网补偿控制指令，实现动态功率因数补偿控制。此种方法需采集计算时间t内模拟量信号后计算有效值、功率等量才能分析出功率因数，最后才能生成控制指令，最快响应时间也只能做到1/4基波周期，并且计算的功率因数只反映计算时间t内的平均功率因数，因此对于快速变化的负载，此种检测控制方法动态跟踪补偿实时性差，响应速度慢，稳态误差较大；同时，由于此种方法计算出功率因数后，采用与目标功率因数做比较的方式获得控制量，这种比较通常为PI调节器或单P调节器，当采用PI调节器时，对于负载变化不大的场合，可以实现一定的误差跟踪控制，但是由于采用PI调节器，生成的控制量时需通过上次的控制量不断积分来获得新的控制量，中间需要积分一定时间(通常几个计算时间t，与PI参数有关)才能达到目标控制量，并且每一个计算时间t(最快1/4基波周期)后才能反映出之前控制量的控制补偿效果，因此控制误差仍然较大，尤其是当采用单P调节器时，补偿误差更大。而且当系统器件参数由于环境温度、湿度、气压、老化程度等原因发生变化，如动态无功补偿设备中并网电抗器、电容器发生参数变化后，此种方法不具备自调节能力来弥补器件参数变化造成的控制误差问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种瞬时功率因数补偿控制方法及系统，以解决基于基波周期的功率因数补偿控制在负载快速变化的场合响应速度慢的问题。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种瞬时功率因数补偿控制方法，该补偿控制方法包括以下步骤：1)根据三相系统电流和动态补偿装置输出的三相电流计算三相负载电流iLa、iLb、iLc；2)根据计算得到的三相负载电流和三相系统电压锁相角计算负载电流的有功分量ILp、无功分量ILq和负载瞬时功率因数PFL；3)根据给定的目标功率因数以及步骤2)中得到负载电流的有功分量ILp、无功分量ILq和负载瞬时功率因数PFL计算目标功率因数控制时的无功补偿控制量Iqref以及三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref，该三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref即为所求的补偿装置三相电流补偿控制指令瞬时值。为了弥补器件参数变化造成的控制误差问题，该方法还包括对步骤3)中得到的三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref进行自调节的过程，具体步骤如下：A.将三相系统电流分解出有功电流分量、无功电流分量以及补偿后的系统瞬时功率因数；B.根据目标功率因数与A中得到的补偿后系统瞬时功率因数，采用自调节控制器计算出自调节系数PF_K；C.根据步骤B中获得的自调节系数PF_K对步骤3)中获得的三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref进行调节，以得到调节后动态补偿装置的三相补偿指令i*a_qref、i*b_qref、i*c_qref，并根据这三相补偿指令对设备进行补偿。步骤C中调节后动态补偿装置三相的补偿指令i*a_qref、i*b_qref、i*c_qref的计算公式为：i*a_qref＝(1+PF_K)×ia_qrefi*b_qref＝(1+PF_K)×ib_qrefi*c_qref＝(1+PF_K)×ic_qref其中，i*a_qref为自调节后补偿装置A相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；i*b_qref为自调节后补偿装置B相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；i*c_qref为自调节后，补偿装置C相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；PF_K为自调节系数；ia_qref为自调节前，补偿装置A相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；ib_qref为自调节前，补偿装置B相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；ic_qref为自调节前，补偿装置C相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培。所述步骤1)中三相负载电流的计算公式为： i L a i L b i L c = i S a i S b 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬时功率因数补偿控制方法，其特征在于，该补偿控制方法包括以下步骤：1)根据三相系统电流和动态补偿装置输出的三相电流计算三相负载电流iLa、iLb、iLc；2)根据计算得到的三相负载电流和三相系统电压锁相角计算负载电流的有功分量ILp、无功分量ILq和负载瞬时功率因数PFL；3)根据给定的目标功率因数以及步骤2)中得到负载电流的有功分量ILp、无功分量ILq和负载瞬时功率因数PFL计算目标功率因数控制时的无功补偿控制量Iqref以及三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref，该三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref即为所求的补偿装置三相电流补偿控制指令瞬时值。

【技术特征摘要】
1.一种瞬时功率因数补偿控制方法，其特征在于，该补偿控制方法包括以下步骤：1)根据三相系统电流和动态补偿装置输出的三相电流计算三相负载电流iLa、iLb、iLc；2)根据计算得到的三相负载电流和三相系统电压锁相角计算负载电流的有功分量ILp、无功分量ILq和负载瞬时功率因数PFL；3)根据给定的目标功率因数以及步骤2)中得到负载电流的有功分量ILp、无功分量ILq和负载瞬时功率因数PFL计算目标功率因数控制时的无功补偿控制量Iqref以及三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref，该三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref即为所求的补偿装置三相电流补偿控制指令瞬时值。2.根据权利要求1所述的瞬时功率因数补偿控制方法，其特征在于，为了弥补器件参数变化造成的控制误差问题，该方法还包括对步骤3)中得到的三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref进行自调节的过程，具体步骤如下：A.将三相系统电流分解出有功电流分量、无功电流分量以及补偿后的系统瞬时功率因数；B.根据目标功率因数与A中得到的补偿后系统瞬时功率因数，采用自调节控制器计算出自调节系数PF_K；C.根据步骤B中获得的自调节系数PF_K对步骤3)中获得的三相无功补偿控制量的瞬时值ia_qref、ib_qref、ic_qref进行调节，以得到调节后动态补偿装置的三相补偿指令i*a_qref、i*b_qref、i*c_qref，并根据这三相补偿指令对设备进行补偿。3.根据权利要求2所述的瞬时功率因数补偿控制方法，其特征在于，步骤C中调节后动态补偿装置三相的补偿指令i*a_qref、i*b_qref、i*c_qref的计算公式为：i*a_qref＝(1+PF_K)×ia_qrefi*b_qref＝(1+PF_K)×ib_qrefi*c_qref＝(1+PF_K)×ic_qref其中，i*a_qref为自调节后补偿装置A相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；i*b_qref为自调节后补偿装置B相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；i*c_qref为自调节后，补偿装置C相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；PF_K为自调节系数；ia_qref为自调节前，补偿装置A相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；ib_qref为自调节前，补偿装置B相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培；ic_qref为自调节前，补偿装置C相电流补偿控制指令瞬时值，单位安培。4.根据权利要求1所述的瞬时功率因数补偿控制方法，其特征在于，所述步骤1)中三相负载电流的计算公式为： i L a i L b i L c = i S a i S b i S c - i G a i G b i G c ]]>其中iLa为负载电流A相电流瞬时值，单位安培；iLb为负载电流B相电流瞬时值，单位安培；iLc为负载电流C相电流瞬时值，单位安培；iSa为系统电流A相电流瞬时值，单位安培；iSb为系统电流B相电流瞬时值，单位安培；iSc为系统电流C相电流瞬时值，单位安培；iGa为无功补偿装置A相输出电流瞬时值，单位安培；iGb为无功补偿装置B相输出电流瞬时值，单位安培；iGc为无功补偿装置C相输出电流瞬时值，单位安培。5.根据权利要求1所述的瞬时功率因数补偿控制方法，其特征在于，所述步骤2)中负载电流有功电流分量ILp、无功电流分量ILq以及负载瞬时功率因数PFL的计算公式为： I L p I L q = 3 2 sinθ a sinθ b sinθ c cosθ a cosθ b cosθ b i L a i L b i L c ]]> PF L = I L ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，杨勇，王振岳，粟忠来，赵建平，周红艳，成静红，魏中伟，孙虎云，宋晓楠，孙燕明，王善林，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41