一种可抑制谐振的配电台区无功补偿控制方法及装置

摘要

本发明涉及一种可抑制谐振的配电台区无功补偿控制方法及装置。其控制方法是采用一种控制装置采集配电台区系统的三相电压值、电流值计算三相电流基波分量有效值、三相电压与电流畸变率值的变化量、合相有功与无功功率有效值、功率因数在常规无功补偿控制策略的基础上，增加利用电流基波分量有效值、谐波电压与电流畸变率值的变化范围辨识系统是否发生谐振的判断功能，并在谐振发生时通过快速切除一组电容器组以去除谐振条件来抑制谐振。其控制装置由电参量及开关量检测与调理单元、核心控制单元、通讯单元、人机交互单元和输出执行单元组成。本发明能“以软代硬”，有效克服常规无功补偿控制方法存在的无法抑制谐振的缺陷。

主权项

一种可抑制谐振的配电台区无功补偿控制方法，其特征在于包括以下的实施步骤：1.1、通过一种配电台区无功补偿控制装置分别采集配电台区系统的三相电压值u_A(t)、u_B(t)、u_C(t)和进线回路的三相电流值i_A(t)、i_B(t)、i_C(t)，t为时间变量，根据电流、电压有效值、三相交流有功功率、无功功率、功率因数计算公式由配电台区无功补偿控制装置计算并存储三相电流有效值I_Arms、I_Brms、I_Crms，三相电压有效值U_Arms、U_Brms、U_Crms，三相有功功率有效值P、无功功率有效值Q、功率因数根据下列公式(1)计算并存储三相电流的基波分量有效值I_A1rms、I_B1rms、I_C1rms，$\left\{\begin{array}{c}{I}_{A1rms}=\frac{2}{N}\sqrt{{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{i}_A\left(n\right)·\sin \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2+{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{i}_A\left(n\right)·\cos \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2}\\ I_{B1rms}=\frac{2}{N}\sqrt{{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{i}_B\left(n\right)·\sin \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2+{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{i}_B\left(n\right)·\cos \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2}\\ I_{C1rms}=\frac{2}{N}\sqrt{{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{i}_C\left(n\right)·\sin \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2+{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{i}_C\left(n\right)·\cos \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2}\end{array}\right.---\left(1\right)$根据下列公式(2)计算并存储三相电流的基波分量有效值在k个检测周期的平均变化量ΔI_A1、ΔI_B1、ΔI_C1，$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta I}}_{A1}=\left|\frac{1}{k}\underset{n}{\overset{n+k}{\Sigma }}(I_{A1{\mathrm{rms}}_{n+1}}-I_{A1{\mathrm{rms}}_n})\right|\\ {\mathrm{\Delta I}}_{B1}=\left|\frac{1}{k}\underset{n}{\overset{n+k}{\Sigma }}(I_{B1{\mathrm{rms}}_{n+k}}-I_{B1{\mathrm{rms}}_n})\right|\\ {\mathrm{\Delta I}}_{C1}=\left|\frac{1}{k}\underset{n}{\overset{n+k}{\Sigma }}(I_{C1{\mathrm{rms}}_{n+k}}-I_{C1{\mathrm{rms}}_n})\right|\end{array}\right.---\left(2\right)$根据下列公式(3)计算并存储三相电压基波分量有效值U_A1rms、U_B1rms、U_C1rms，$\left\{\begin{array}{c}{U}_{A1rms}=\frac{2}{N}\sqrt{{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{u}_A\left(n\right)·\sin \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2+{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{u}_A\left(n\right)·\cos \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2}\\ U_{B1rms}=\frac{2}{N}\sqrt{{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{u}_B\left(n\right)·\sin \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2+{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{u}_B\left(n\right)·\cos \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2}\\ U_{C1rms}=\frac{2}{N}\sqrt{{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{u}_C\left(n\right)·\sin \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2+{\left[\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{u}_C\left(n\right)·\cos \left(n\frac{2\pi }{N}\right)\right]}^2}\end{array}\right.---\left(3\right)$在公式(1)、和(2)和(3)中，i_A(n)、i_B(n)、i_C(n)分别为电流i_A(t)、i_B(t)、i_C(t)的第n个采样值，u_A(n)、u_B(n)、u_C(n)分别为电压u_A(t)、u_B(t)、u_C(t)的第n个采样值，N为一个周期的采样点数，k为默认设定值，典型值为5；1.2、以计算获得的三相电流基波分量有效值的变化量ΔI_A1、ΔI_B1、ΔI_C1作为配电台区无功补偿控制装置选择是否启动检测谐振的依据，若ΔI_A1、ΔI_B1、ΔI_C1的值大于I_N×d％，其中d％为谐波电流测量误差，典型值为0.5％，I_N为系统额定电流，此时认为系统中的负载发生改变，闭锁谐振检测；当ΔI_A1、ΔI_B1、ΔI_C1的值始终小于或等于I_N×d％时，则启动检测系统是否发生谐振子功能，通过配电台区无功补偿控制装置将已获得且存储的三相电流有效值、三相电流基波分量有效值代入式(4)计算求解并存储三相电流的总谐波畸变率在k个检测周期中的变化率$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta T}}_{i_A}=\left(\frac{I_{{\mathrm{Arms}}_{n+k}}-I_{A1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}{I_{A1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}/\frac{I_{{\mathrm{Arms}}_n}-I_{A1{\mathrm{rms}}_n}}{I_{A1{\mathrm{rms}}_n}}-1\right)\\ {\mathrm{\Delta T}}_{i_B}=\left(\frac{I_{{\mathrm{Brms}}_{n+k}}-I_{B1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}{I_{B1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}/\frac{I_{{\mathrm{Brms}}_n}-I_{B1{\mathrm{rms}}_n}}{I_{B1{\mathrm{rms}}_n}}-1\right)\\ {\mathrm{\Delta T}}_{i_C}=\left(\frac{I_{{\mathrm{Crms}}_{n+k}}-I_{C1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}{I_{C1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}/\frac{I_{{\mathrm{Crms}}_n}-I_{C1{\mathrm{rms}}_n}}{I_{C1{\mathrm{rms}}_n}}-1\right)\end{array}\right.---\left(4\right)$将三相电压有效值、三相电压基波分量有效值代入式(5)可得三相电压的总谐波畸变率在k个检测周期中的变化率$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta T}}_{u_A}=\left(\frac{U_{{\mathrm{Arms}}_{n+k}}-U_{A1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}{U_{A1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}/\frac{U_{{\mathrm{Arms}}_n}-U_{A1{\mathrm{rms}}_n}}{U_{A1{\mathrm{rms}}_n}}-1\right)\\ {\mathrm{\Delta T}}_{u_B}=\left(\frac{U_{{\mathrm{Brms}}_{n+k}}-U_{B1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}{U_{B1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}/\frac{U_{{\mathrm{Brms}}_n}-U_{B1{\mathrm{rms}}_n}}{U_{B1{\mathrm{rms}}_n}}-1\right)\\ {\mathrm{\Delta T}}_{u_C}=\left(\frac{U_{{\mathrm{Crms}}_{n+k}}-U_{C1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}{U_{C1{\mathrm{rms}}_{n+k}}}/\frac{U_{{\mathrm{Crms}}_n}-U_{C1{\mathrm{rms}}_n}}{U_{C1{\mathrm{rms}}_n}}-1\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$以为判断依据，当中任意项大于等于默认设定值时，取为1.5，或当中任意项大于等于默认设定值时，取为1.5时，则认为与之对应的相发生了谐振，谐波电压或电流畸变率的变化是因谐振发生时谐波电压或电流被严重放大引起，不满足此条件的情况均认为未发生谐振；1.3、当配电台区无功补偿控制装置闭锁自身谐振检测功能或谐振检测功能开启但未检测到系统发生谐振时，则自动选取本领域公知的常规无功补偿控制策略，包括功率因数法、无功电流法、无功功率法或九区图法；当谐振检测功能开启且检测到系统发生谐振时，配电台区无功补偿控制装置输出切除电容组指令，控制配电台区系统中的复合开关快速切除其中一组补偿电容组，通过改变系统容抗实现谐振抑制：1.3.1、当系统在n次谐波电流作用下发生串联谐振时，系统谐波感抗与谐波容抗相等，即nX_S＝X_C/n，X_S、X_C分别为当前时刻系统感抗、容抗，此时谐振支路注入系统的谐波电流I_sn可由下列公式(6)得到，$I_{sn}=\frac{X_C/n}{\sqrt{R_S^2+{({\mathrm{nX}}_S-X_C/n)}^2}}{I}_n=\frac{I_n}{{\mathrm{nR}}_S}·X_C---\left(6\right)$式中R_S为当前时刻系统阻抗，I_n为n次谐波电流，当配电台区无功补偿控制装置控制切除其中一组补偿电容组改变谐振条件后，谐振支路注入系统的谐波电流I′_sn可利用下列公式(7)计算得到，$I_{sn}^{\prime }=\frac{I_n}{{\mathrm{nR}}_S}·\frac{(X_C-X_C^{\prime })}{\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{nX}}_S-(X_C-X_C^{\prime })/n}{R_S}\right)}^2}}---\left(7\right)$式中X′_C为切除的补偿电容器组容抗，比较式(6)与式(7)可知，切除一组补偿电容组后注入系统的谐波电流I′_sn相比谐振时的谐波电流I_sn将大大减小，即实现了串联谐振的抑制；1.3.2、当系统在n次谐波电流作用下发生并联谐振时，系统谐波感抗与谐波容抗相等，即nX_S＝X_C/n，此时谐振支路两端的谐波电压U_sn可利用下列公式(8)计算得到，$U_{sn}=\frac{(X_C/n)·\sqrt{R_S^2+{\left({\mathrm{nX}}_L\right)}^2}}{\sqrt{R_S^2+{({\mathrm{nX}}_S-X_C/n)}^2}}{I}_n=\frac{I_n}{{\mathrm{nR}}_S}·(X_C·\sqrt{R_S^2+{\left({\mathrm{nX}}_L\right)}^2})---\left(8\right)$当配电台区无功补偿控制装置控制切除其中一组补偿电容组改变谐振条件后，谐振支路两端的谐波电压U′_sn可利用下列公式(9)计算得到，$U_{sn}^{\prime }=\frac{\left(\right(X_C-X_C^{\prime })/n)·\sqrt{R_S^2+{\left({\mathrm{nX}}_L\right)}^2}}{\sqrt{R_S^2+{({\mathrm{nX}}_S-(X_C-X_C^{\prime })/n)}^2}}{I}_n=\frac{I_n}{{\mathrm{nR}}_S}·\frac{(X_C-X_C^{\prime })·\sqrt{R_S^2+{\left({\mathrm{nX}}_L\right)}^2}}{\sqrt{1+\frac{{({\mathrm{nX}}_S-(X_C-X_C^{\prime })/n)}^2}{R_S^2}}}---\left(9\right)$比较式(8)与式(9)可知，在切除一组补偿电容组后谐振支路两端的谐波电压U′_sn相比谐振时的谐波电压U_sn将大大减小，即实现了并联谐振的抑制。