基于旋转移相变压器的电压源型动态无功补偿器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于旋转移相变压器(Rotary Phase Shifting Transformer,RPST)的电压源型动态无功补偿器控制方法，它属于配电网无功补偿领域；本发明专利技术所述控制方法主要包括功率外环控制、电流内环控制以及RPST角度生成部分；该控制方法是通过控制两台RPST的一、二次绕组的相对位置角合成幅值和相位可调的电压相量，调节电压源型动态无功补偿器的补偿电容器两侧电压，进而连续改变动态无功补偿器补偿电流的大小和方向；动态无功补偿器可实现连续、双向无功补偿，具有易高电压化、大容量、低谐波、易运维、低成本、强抗冲击能力等优势，且对于单方向补偿感性负荷的情形装备的性价比更高。比更高。

【技术实现步骤摘要】
基于旋转移相变压器的电压源型动态无功补偿器控制方法


[0001]本专利技术属于配电网无功补偿
，特别涉及含有分布式新能源与电动汽车等非线性负荷的新型配电网动态无功补偿。

技术介绍

[0002]为降低电能生产环节的碳排放，大量分布式新能源接入配电网，使得配电网不再呈现传统的单一功率流向；另一方面，随着电能替代逐步加快，电动汽车、空调等大量非线性负荷接入配电网，对配电网的供电质量提出了更高要求。新型配电网具有分布式新能源高比例渗透以及非线性新型负荷比重较高的特点，这些新变化对配电网中无功补偿设备提出了更高要求。
[0003]大量分布式新能源并网运行，并网点电压越限已成为一个影响配电网安全稳定运行的重要因素，功率流向日益复杂化。另外，例如电动汽车、空调等非线性新型负荷比例逐渐增加，配电网对无功功率的需求也日益扩大。如果配电网中长期存在无功功率大范围流动，不仅会导致网损增加，降低配电线路传输容量，而且会造成电压越限，影响配电网的供电质量。因此，需要一种能够灵活补偿新型配电网所需无功功率的装置及控制策略。
[0004]采用传统静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)时，结构简单，造价较低，能够有效补偿系统所需无功，但只能实现分级调节，一般处于过补偿或欠补偿状态，而且每次电容器投切都会给系统带来一定冲击响应，影响器件寿命，使用电力电子器件也会向系统注入谐波，影响系统的供电质量；采用快速响应型装置静止无功发生器(Static SynchronousCompensator，STATCOM)时，可实现连续精准补偿，谐波问题也有了很大改善，但装置整体造价较高，考虑到电力电子器件的耐受问题，也不易实现高电压、大容量化，难以在配电网中大范围推广使用。采用SVC与STATCOM串并联混合装置时，利用其优势互补特性，实现连续调节，降低成本，SVC承担大容量调节，STATCOM实现小容量连续调节，但电容器投切带来的响应冲击仍然存在，影响整个设备的使用寿命。
[0005]因此，有必要考虑一种基于旋转移相变压器(Rotary Phase Shifting Transformer, RPST)的电压源型动态无功补偿器，满足新型配电网对无功补偿设备精准调节、成本经济、易运维、抗冲击性强和耐受性好等要求。基于RPST的电压源型动态无功补偿器具有连续、双向无功补偿能力，采用RPST代替电力电子开关管桥路，有效降低了设备成本，易高电压、大容量化。本专利技术的目的在于提供一种专门适用于电压源型动态无功补偿器接入新型配电网，提供动态无功支撑的控制方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种基于RPST的电压源型动态无功补偿器的控制方法，其基本思想是将动态无功补偿器并联在无功补偿点向系统提供一个补偿电流，经过对两台RPST移相角的调节，根据矢量合成原理，改变电容两侧所加电压，进而连续改变补偿电流的大小和方向，当补偿电流恰好等于负荷电流无功分量时，动态无功补偿器可实现对负荷无功功率的全补
偿，具有连续、双向无功补偿能力。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是采用功率外环和电流内环的双闭环控制策略，其结构包括基于RPST的电压源型动态无功补偿器主电路、测量模块、锁相环 (PLL)、dq分解模块、功率计算模块、功率外环控制模块、电流内环控制模块，RPST角度生成模块。具体技术方法是：首先由测量模块和PLL将并网点电压固定为d轴，其余测量值都在该坐标系下进行dq分解，得到相应的dq分量；其次，由并网点电压和补偿电流得到实际补偿无功功率；然后将负荷所需无功作为功率外环控制的指令值，动态无功补偿器实际补偿无功作为反馈值，经PI调节后计算得到二次侧无功电流分量指令值，由于主要考虑动态无功补偿器无功功率的控制，因此二次侧电流有功分量的指令值为0，由测量模块和dq分解模块得到的二次侧电流无功分量、有功分量作为电流内环控制的反馈值；最后，根据二次侧电流得到补偿电容两侧电压，进而由RPST角度生成器得到两台RPST各自对应的移相角，分别将该角度输入RPST，改变一、二次绕组的相对位置角，最终实现无功功率的全补偿。
[0008]与现有的SVC相比，动态无功补偿器可实现连续无功补偿，解决了SVC电容器分级投切带来的冲击响应以及无法精确补偿的问题，也不会向系统注入过多谐波；与快速响应型无功补偿设备STATCOM相比，动态无功补偿器无需使用电力电子器件，降低成本，采用 RPST无需考虑电力电子器件的耐压问题，无需复杂的控制策略，可在配电网中大规模推广使用。因此，动态无功补偿器具有连续双向精准补偿、成本经济、易高电压、大容量化、易运维、抗冲击性强和耐受性好等多重优势，能够满足新型配电网的无功补偿需求。
附图说明
[0009]图1为基于RPST的单相电压源型动态无功补偿器的电气接线图。
[0010]图2为基于RPST的电压源型动态无功补偿器接入配电线路的电气应用图。
[0011]图3为基于RPST的电压源型动态无功补偿器接入配电线路的单相等效原理图。
[0012]图4为基于RPST的电压源型动态无功补偿器接入配电线路的单相等效电路图。
[0013]图5为基于RPST的三相电压源型动态无功补偿器控制系统框图。
[0014]图6为基于RPST的三相电压源型动态无功补偿器双闭环控制策略图。
[0015]图7为基于RPST的三相电压源型动态无功补偿器工作在容性工况下无功负荷变动时电源侧功率因数。
[0016]图8为基于RPST的三相电压源型动态无功补偿器工作在容性工况下无功负荷变动时RPST移相角度。
[0017]图9为基于RPST的三相电压源型动态无功补偿器工作在感性工况下无功负荷变动时电源侧功率因数。
[0018]图10为基于RPST的三相电压源型动态无功补偿器工作在感性工况下无功负荷变动时RPST移相角度。
具体实施方式
[0019]本专利技术提供一种基于RPST的电压源型动态无功补偿器控制方法，所述控制方法主要包括功率外环控制、电流内环控制和RPST角度生成器三部分。可具体应用于基于RPST 的单相电压源型动态无功补偿器或三相电压源型动态无功补偿器。
[0020]为了详细说明基于RPST的电压源型动态无功补偿器控制方法，首先介绍基于RPST 的单相电压源型动态无功补偿器的结构原理，三相电压源型动态无功补偿器的结构原理与单相类似。
[0021]图1为基于RPST的单相电压源型动态无功补偿器的电气接线图，主要包括串联电感1、双RPST移相变压器及其转子位置角调节部件2和并联补偿电容3。两台RPST的一次绕组4并联，经串联电感1接入无功补偿点，配电网向RPST提供励磁电流，在一次铁心5、二次铁心6及其气隙中建立旋转磁场。在该旋转磁场下，一、二次绕组4、7中感应电动势，其幅值取决于绕组匝数，相位取决于一、二次绕组的相对位置角8、9。将两台RPST的二次绕组7串联后接于补偿电容3两侧，根据矢量合成原理，仅调节两台R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种基于旋转移相变压器(Rotary Phase Shifting Transformer,RPST)的电压源型动态无功补偿器的控制方法，它属于配电网无功补偿技术领域，特别涉及含有分布式新能源与电动汽车等非线性负荷的新型配电网动态无功补偿；本发明所述电压源型动态无功补偿器控制方法主要包括功率外环控制、电流内环控制和RPST角度生成部分。2.根据权利要求1所述功率外环控制部分，其特征在于，首先由测量模块测得并联点电压和补偿电流并将由PLL控制在dq旋转坐标系下的d轴；后通过dq分解模块得到负荷所需无功功率Q
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作为功率外环控制的无功指令值，和可计算得到动态无功补偿器实际补偿无功Q作为功率外环控制的无功反馈值，经PI调节器得到电容发出无功功率的指令值进而得到二次侧无功电流分量3.根据权力要求1所述电流内环控制部分，其特征在于，首先由测量模块测得二次侧电...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，郭燕，贾焦心，张波，曲伟，谷建成，
申请(专利权)人：保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：