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一种改进型的混合动态无功补偿器系统设计

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（ ． 南大 学 ， １湖 电气 与信 息 工程学 院 ，湖 南 长沙 ４ ０ ８ ；２福 州 电业 局 ，福 建 福 州 １０ ２ ．
摘 要 ： 对 配 电 网静 止 同步补 偿 器 （ Ｓ Ａ Ｃ Ｍ） 晶 闸管投 切 电容器 （ Ｓ ） 针 ＤＴ ＴＯ 与 Ｔ Ｃ 联合 运行 问题 ， 出一种 新型基 于 提
Ａｔ ｆ ｓ ， ｒ ｍ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｑ ｉａ ｅ ｔ ｃ ｒ ｕｔ ｏ ｈ ｙ ｒ ｅ ｃ ｖ ｏ ｒ ｃ ｍｐ ｎ ａｉ ｎ ｄ ｖｃ ｙ ｒ ａ ｏ ｒｔ ｆ ｉ ｏ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｉｃ ｉ ｆ ｔ ｅ ｈ ｂ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｅ ｓ ｔ ｅ ｉｅ ｈ ｂ ｄ ｖ ｒ ｃ ｍ— ｉ ｉ ｏ ｉ
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运行 ， 整个装置的可靠保障 。 是
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ＨＶＣ控 制 器
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１ 引 言 作 为 柔 性 交 流 输 电 设 备 的 重 要 成 员 ．Ｓ Ｔ Ｃ与 Ｄ Ｔ Ｔ Ｏ 在 补 偿特 性 、 ＳＡ Ｃ Ｍ 动态 性 能 、 产 成 本 等 方 生
专 家混 杂控 制和 瞬 时功 率平 衡 的控 制策 略 。首先 从混 合无 功补 偿装 置 （ Ｖ 结构及 其等 效 电路 出发 ， Ｈ Ｃ） 对其 补
偿 机理 进行 分析 ， 设计 Ｈ Ｃ控制 器 ， Ｖ 分析 了其 控制 策 略。仿 真和 实验 结果 表 明 ， 该方 法补偿 效 果 良好 ， 反应速 度 快 ， 证 了设计 的正确 性与 可行 性 。 验 关键 词 ： 混合 动态 无功补 偿器 ：专 家混 杂控制 ：瞬 时功 率 中图分类号 ：Ｍ １ Ｔ ７５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２ １ ）５ ０ ７— ３ １０ — ０ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ５ ０
第４ ６卷 第 ５期
２ ２年 ５月 ０１
电 力 电子 技 术
Ｐｏ ｒＥｌ ｃｒ ｎｉｓ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ
Ｖｏ ．６，Ｎｏ５ １ ４ ．
Ｍ ａ ０１ ｖ设计
曾 智桢 ，涂 春 呜 ，吴 敬 兵 ，熊 桥 坡
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面 具 有 各 自的特 点 。从 大 容 量 和低 工 程 造 价 上 来
看 ， Ｓ Ａ Ｃ Ｍ 和 Ｔ Ｃ的 联 合 运 行 是 动 态 无 功 补 ＤＴ ＴＯ Ｓ
偿 领 域 发 展 的必 然 【。作 为 混 杂动 态 系 统 ， 协 调 １ ］ 其
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新型混合动态无功补偿器

新型混合动态无功补偿器

新型混合动态无功补偿器设计者:张敏,徐然,边文浩,韩偲彬,汪竞之,王静指导教师:尹忠东摘要现配电系统中普遍存在的无功不足、功率因数过低等问题，由于系统中存在消耗无功功率的电气设备，在配电网络中,用户消耗的无功功率约占50% ,其余的则消耗在配电网中。

因此，为了减少无功功率在网络中的输送，在配电网络中分散的负荷区进行无功就地补偿，则可大大提高系统功率因数，减少线路损耗，降低能耗，提高设备利用率。

通过分析可知，现有的无功补偿装置均有各自的缺点，因此在此基础上提出了一种全新的动态无功补偿技术，有别于常规的SVC，而是采用固定电容器或者电抗器串联逆变器的结构，通过调节逆变器的输出电压，改变固定电容器上的电压，实现调节系统无功的目的。

以系统无功最小为控制目标设计控制算法，通过选择逆变器元件参数实现系统功能。

利用PSCAD仿真软件建立仿真模型对系统进行仿真，对系统各部分提供无功曲线，补偿装置输出的无功功率、电压、电流波形曲线及频谱图进行分析可知此补偿装置无需低通滤波器，注入系统的谐波含量很小，电流失真度小，动态性能好，逆变器装置容量小，且在设计容量范围内能精确的发出或吸收无功，将补偿支路的功率因数提高到0.95 左右。

通过设计和制作原理样机并挂网运行，可知该无功补偿装置结构简单，具有一定的实用价值和可推广性。

关键词无功补偿，功率因数，逆变器，动态性能一、概述在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。

如自然平均功率因数在0.70～0. 85之间。

企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90% ，如果把功率因数提高到0. 95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。

由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

（1）节省企业电费开支提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。

动态无功补偿装置的优化

动态无功补偿装置的优化

动态无功补偿装置的优化在电力系统中常用的无功补偿装置主要有机械投切电容器装置、晶闸管投切电容器装置、晶闸管控制电抗器与固定电容器以及静止无功发生器。

它们有的调节电容有级差；有的属于间接调节电容，经济效益相对较差；还有的控制器设计复杂，成本昂贵。

因此，现在提出一种新的电力电容器调容方法，应用PWM控制原理，采用并联电容器连续调容，克服分组投切电容器时电容有极差的缺点，更有利于电力系统进行动态无功功率补偿。

1、PWM技术原理PWM连续调节电容的原理如图1 所示，其中电阻R和电感L是线路的电感和阻尼电阻，pulse1和pulse2是PWM发生器产生的二脉波PWM脉冲，控制k1和k2的开关来投切C1和C2。

图1 PWM 连续调节电容原理k1和k2互补动作，pulse1的宽度为Δt1，pulse2的宽度为Δt2，Δt1与Δt2之和Δt保持恒定，Δt1与Δt的比值为pulse1的占空k。

根据PWM控制面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果即环节的输出响应波形基本相同。

在Δt1时间内投入的电容C1与在Δt时间内投入的等效电容C 对整个电路的作用效果相同，在1个脉冲周期Δt1和Δt2时间内分别投入C1和C2，与在Δt 时间内投入等效电容C对整个电路的作用效果相同。

调节脉冲占空比k可调节投入电路的等效电容，理论推导如下：当Δt很小时，由于电感L的存在使得流过电容C1和C2的瞬时电流与流过电感的瞬时电流值相等设为I，在Δt时间内k1导通，根据等面积原理在Δt1内流过C1的等效电流为I1=I·Δt1Δt ；C1两端电压大小为U1= I1棕C1；流过C2的等效电流为I2=I·Δt2Δt ；C2两端电压大小为U2= I2棕C2；则等效电容C两端的电压为U0=U1·Δt1Δt +U2·Δt2Δt 。

整理得C= C1C2(C1+C2)K2- 2C1K1+C1。

一种动态无功补偿装置控制系统的设计

一种动态无功补偿装置控制系统的设计


传统补偿方式的缺点：
传统的补偿装置是固定电容器（FC），虽然在一定程度 上改善了功率因数，但仍存在着很多问题。
a.补偿精度差，跟随性不强 b.投入电容器时涌流较大，易发生事故，同时影响电容 器的使用寿命
c.运行时噪声较大 d.采用电磁式接触器投切，可靠性差 运行时容易产生自激现象、过电压现象、涌流现象、高 次谐波现象、保护熔断器群爆现象等。造成电容器损坏，甚
控制系统由信号转化电路、通信模块、投切控制电路 等模块组成
2.6 控制系统软件设计
以西门子S7-200可 编程控制器为控制核 心，实时监控电网的 电压、电流，并计算 出有功、无功、功率 因数等，根据晶闸管 过零触发电容器投切， 实现无功补偿的自动 跟踪和自动投切，大 大提高系统的便捷性 和可靠性。
2.4 控制方案
表2 无功补偿装置的性能比较
采用无功功率控制，根据所测得的电信号参数，计算出应投入的电容容 量，在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器 一次投切到位，即只有当补偿系统所需容量大于或等于最小一组电容器容量 时，才会由控制系统发出投切指令。
2.5 控制系统总体结构
2.2 补偿方案的确定
图1 配电系统无功补偿方式
确定补偿方案为低压补偿，按照方式4分散补偿的原则进 行设计和配置，并且采用跟踪补偿 的补偿方式
2.3 补偿量的计算 依照改造方案提出的将功率因数提高到0.96左右。则所 需提供补偿的电容器总容量按下式计算
其中φ1是自然功率因数角，φ2是目标功率因数角。 系统运行自然有功功率和自然功率因数按监测的平均 值设定。
2.7 动态无功补偿装置总体方案
三相平衡负载TSC无功补偿 回路由主回路、信号检测回路、 操作回路和控制回路组成
一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统[发明专利]

一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统[发明专利]

专利名称：一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统专利类型：发明专利
发明人：马幼捷,曹露文,周雪松,高志强
申请号：CN201710628880.0
申请日：20170728
公开号：CN107221940A
公开日：
20170929
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种基于LADRC的混合型动态无功补偿控制系统，该控制系统包括信号调理电路单元、DSP控制单元以及驱动电路单元；其中所述DSP控制单元包括：补偿电流检测模块、DSP控制模块和脉冲触发模块，并且所述DSP控制单元包含线性自抗扰控制算法；其优越性在于结合高性能数字信号处理器和先进的线性自抗扰控制算法，大大提高了控制精度和效果，能实现补偿电流对指令电流的快速实时跟踪，克服了在冲击性负载及负载突变时系统中静止同步补偿器的抗干扰能力弱的问题，能够快速准确响应，使系统达到稳定。

申请人：天津理工大学
地址：300384 天津市西青区宾水西道391号
国籍：CN
代理机构：天津耀达律师事务所
代理人：张耀
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