一种三相静止无功补偿系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三相静止无功补偿系统及其控制方法，静止无功补偿器包括由滤波电抗器、滤波电容组成的高通滤波器，还包括一变压器，变压器的原边正端分别连接第一功率开关的负端和第二功率开关的正端，第一功率开关的正端连接至滤波电抗器；所述变压器的副边正端与滤波电抗器之间设有并联设置的电容补偿电路和电抗补偿电路，所有静止无功补偿器中的变压器的原边负端、副边负端以及第二功率开关的负端均互相连通；所述第一、第二功率开关以及电容功率开关、电抗功率开关均由控制系统来控制通断。本发明专利技术克服了电容器补偿不能连续调节的缺点，又结合了静止无功补偿器精确补偿的优点，提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种三相静止无功补偿系统及其控制方法
本专利技术属于静止无功补偿器
，特别涉及一种三相静止无功补偿系统及其控制方法。
技术介绍
电能是现代社会中不可或缺的重要能源，在不同的领域中都得到了非常广泛的应用，这也使现代电网的承载非常严酷。随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加，并且随着我们生活水平的提高和技术的发展，出现了很多电力电子类的负载。特别是电动汽车的出现，大量的充电桩接入了配网，并且随着电池技术的发展，各种快速充电技术和电池出现，导致对配网的需求容量越来越大，严重影响电力系统的稳定性和供电的电能质量。各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器以及各种开关电源等大规模的应用，导致的负面效应也日益明显。非线性电力电子装置的应用给电网带来了严重的谐波污染并由此产生了一系列的电能质量问题。例如：谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电器设备过热、产生震动和噪声，导致绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可以引起电力系统局部并联谐振或者串联谐振，导致谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置的误动作，使电能的计量出现错误。谐波还会使通信设备和电子设备产生严重的干扰。因此，谐波治理已经成为人类社会不得不面对的严峻问题。输电线路、单相负荷、电机类负载也会产生大量的无功需求，并造成了三相负荷的不平衡，对电力系统设备的投资造成了严重浪费，同时也会降低用户的用电质量。因此对于线路中的无功、三相不平衡和谐波进行治理具有较高的应用价值。由于在负载端大量的采用电机类负载，线路上存在的大量感性无功，传统采用并联电容的方式进行感性无功的补偿。这种方式通过晶闸管来调节不同电容的组合平衡感性无功，具有结构简单、价格较低，但是设备体积较大，只能补偿固定的感性无功，存在谐波放大的危险。并且电容器比较容易损坏，使用寿命较低的缺点。70年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，特别是功率半导体器件和变流技术的飞速发展，各种电力电子装置在军事、工业、生活及高新
获得了越来越广泛的应用，高速功率开关器件的出现，瞬时无功理论的成熟，以及数字处理技术的发展推动了静止无功补偿器的发展。与电容补偿器相比较，静止无功补偿器能够对变化的无功、低次谐波和负荷不对称等进行快速的动态跟踪补偿，并可消除电压抖动，其补偿特性不受电网阻抗的影响，且不存在“谐波放大”的危险等，因而受到广泛的重视。静止无功补偿器(SVG)技术是以功率器件的制造技术、谐波检测技术和电流控制技术为基础，随着这些技术的发展，技术得到了极大的发展。近年来，国内外已经开始在工业和民用设备上使用SVG，并且单机装置的容量逐步提高，其应用领域从补偿用户自身的无功向改善整个电力系统供电质量的方向发展。而且，随着补偿容量的提高，SVG在补偿无功的同时也可以对谐波进行补偿，各种SVG技术已经成为研究热点。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种将电容补偿器和静止无功补偿器优点相结合的三相静止无功补偿系统。本专利技术的第二个目的是提供一种既可以克服电容器补偿不能连续调节的缺点，又结合了静止无功补偿器精确补偿优点的三相静止无功补偿系统的控制方法。为了实现第一个目的，本专利技术的技术方案是：一种三相静止无功补偿系统，包括三相线和中性线，其特征在于：包括静止无功补偿器和控制系统，三相线和中性线上分别连接一静止无功补偿器；所述静止无功补偿器包括由滤波电抗器、滤波电容组成的高通滤波器，滤波电抗器连接至相对应的相线或中性线，滤波电容一端连接至同一静止无功补偿器上的滤波电抗器，另一端与其他滤波电容互相连通；所述静止无功补偿器还包括一变压器，变压器的原边正端分别连接第一功率开关的负端和第二功率开关的正端，第一功率开关的正端连接至滤波电抗器，第一功率开关正端与第二功率开关的负端并联设置一阻容吸收电路；所述变压器的副边正端与滤波电抗器之间设有并联设置的电容补偿电路和电抗补偿电路，电容补偿电路包括串联的电容功率开关和补偿电容，电抗补偿电路包括串联的电抗功率开关和补偿电抗；所有静止无功补偿器中的变压器的原边负端、副边负端以及第二功率开关的负端均互相连通；所述三相线和中性线上静止无功补偿器内的第一、第二功率开关以及电容功率开关、电抗功率开关均由控制系统来控制通断。优选地，所述第一功率开关和第二功率开关为互补状态，即第一功率开关导通时，第二功率开关断开，反之，第一功率开关断开时，第二功率开关导通。优选地，所述电容功率开关和电抗功率开关为互补状态，即电容功率开关导通时，电抗功率开关断开，反之，电容功率开关断开时，电抗功率开关导通。优选地，所述阻容吸收电路由电容、电阻并联形成。为了实现第二个目的，本专利技术的技术方案是：一种三相静止无功补偿系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)控制系统开始后进行自检，读取系统的设置参数；2)检测系统中的电流电压，并计算出系统所需的无功需求；3)判断所需的无功是否为零，若为零，则维持现状不变；若有无功需求，则判断所需的无功为感性无功还是容性无功；4)采用分相判断方式来分别判断三相线和中性线的无功需求；5)当需求为容性无功时，控制电容功率开关导通，电抗功率开关断开；当需求为感性无功时，控制电抗功率开关导通，电容功率开关断开；6)控制第一、第二功率开关的开关占空比，调节各相的补偿量，并且通过检测系统的实际输出电流，计算系统的实际输出无功，并与目标值进行比较，并通过闭环进行微调。优选地，所述步骤2)采用瞬时无功功率计算策略，将系统检测到的电压和电流分别代入事先建立的预测算法中可得到电压的预测数据和电流的预测数据；将电压的预测数据输入锁相环，然后将锁相环得到的数据利用表格形式计算正弦sin和余弦cos值后，与电流的预测数据相乘，经过低通滤波器后，最终得到有功值和无功值。优选地，所述预测算法需要先建立预测模型GM模型，假设检测的一个原始的序列为：x(0)＝[x(0)(1),x(0)(2),x(0)(3),…,x(0)(n)]其中，n为原始序列中数据的个数；为建立GM(1,1)模型，要求x(0)(k)≥0(k＝1,2,3,…n)；先将原始的数据作指数变化：其中，y(0)(k)≥0(k＝1,2,3,…n)满足建模要求；为了从随机的数据中获取规律，采用动态的数的累加生成方法，累加生成方法的数学描述；由原始数列y(0)生成累加数列y(1)：y(1)＝[y(1)(1),y(1)(2),y(1)(3),…,y(1)(n)]对于广义能量系统y(1)，可以用以下的微分方程近似描述：这是一个一阶单变量的微分方程，记为GM(1,1)；利用差分方程与微分方程的关系，当采样间隔为一个单位时，上述方程就可以表示为：在上式中，将y(1)用y(1)(k)和y(1)(k-1)的均值来代替得：令z(0)(k)＝0.5z(1)(k)+0.5z(1)(k-1)，并将k＝2,3,…n代入到上式中，则上式可以写为如下形式：y(0)(2)＝-az(1)(2)+uy(0)(3)＝-az(1)(3)+u…y(0)(n)＝-az(1)(n)+u将上式用矩阵表示为：参数a和参数u可以由原始序列y(0)和累加序列y(1)求解；为获得较为准确的y(1)的增长曲线，预测模型采用了4个数据；参数a和参数u可以按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相静止无功补偿系统，包括三相线和中性线，其特征在于：包括静止无功补偿器和控制系统，三相线和中性线上分别连接一静止无功补偿器；所述静止无功补偿器包括由滤波电抗器、滤波电容组成的高通滤波器，滤波电抗器连接至相对应的相线或中性线，滤波电容一端连接至同一静止无功补偿器上的滤波电抗器，另一端与其他滤波电容互相连通；所述静止无功补偿器还包括一变压器，变压器的原边正端分别连接第一功率开关的负端和第二功率开关的正端，第一功率开关的正端连接至滤波电抗器，第一功率开关正端与第二功率开关的负端并联设置一阻容吸收电路；所述变压器的副边正端与滤波电抗器之间设有并联设置的电容补偿电路和电抗补偿电路，电容补偿电路包括串联的电容功率开关和补偿电容，电抗补偿电路包括串联的电抗功率开关和补偿电抗；所有静止无功补偿器中的变压器的原边负端、副边负端以及第二功率开关的负端均互相连通；所述三相线和中性线上静止无功补偿器内的第一、第二功率开关以及电容功率开关、电抗功率开关均由控制系统来控制通断。

【技术特征摘要】
1.一种三相静止无功补偿系统，包括三相线和中性线，其特征在于：包括静止无功补偿器和控制系统，三相线和中性线上分别连接一静止无功补偿器；所述静止无功补偿器包括由滤波电抗器、滤波电容组成的高通滤波器，滤波电抗器连接至相对应的相线或中性线，滤波电容一端连接至同一静止无功补偿器上的滤波电抗器，另一端与其他滤波电容互相连通；所述静止无功补偿器还包括一变压器，变压器的原边正端分别连接第一功率开关的负端和第二功率开关的正端，第一功率开关的正端连接至滤波电抗器，第一功率开关正端与第二功率开关的负端并联设置一阻容吸收电路；所述变压器的副边正端与滤波电抗器之间设有并联设置的电容补偿电路和电抗补偿电路，电容补偿电路包括串联的电容功率开关和补偿电容，电抗补偿电路包括串联的电抗功率开关和补偿电抗；所有静止无功补偿器中的变压器的原边负端、副边负端以及第二功率开关的负端均互相连通；所述三相线和中性线上静止无功补偿器内的第一、第二功率开关以及电容功率开关、电抗功率开关均由控制系统来控制通断。2.如权利要求1所述的一种三相静止无功补偿系统，其特征在于：所述第一功率开关和第二功率开关为互补状态，即第一功率开关导通时，第二功率开关断开，反之，第一功率开关断开时，第二功率开关导通。3.如权利要求1所述的一种三相静止无功补偿系统，其特征在于：所述电容功率开关和电抗功率开关为互补状态，即电容功率开关导通时，电抗功率开关断开，反之，电容功率开关断开时，电抗功率开关导通。4.如权利要求1所述的一种三相静止无功补偿系统，其特征在于：所述阻容吸收电路由电容、电阻并联形成。5.一种权利要求1所述静止无功补偿系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)控制系统开始后进行自检，读取系统的设置参数；2)检测系统中的电流电压，并计算出系统所需的无功需求；3)判断所需的无功是否为零，若为零，则维持现状不变；若有无功需求，则判断所需的无功为感性无功还是容性无功；4)采用分相判断方式来分别判断三相线和中性线的无功需求；5)当需求为容性无功时，控制电容功率开关导通，电抗功率开关断开；当需求为感性无功时，控制电抗功率开关导通，电容功率开关断开；6)控制第一、第二功率开关的开关占空比，调节各相的补偿量，并且通过检测系统的实际输出电流，计算系统的实际输出无功，并与目标值进行比较，并通过闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈如申，黎勇跃，季伟栋，章俊，王建华，邓海祥，
申请(专利权)人：南京申宁达智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32