一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法

摘要

本发明公开了一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，包括下述步骤：1）检测负荷三相功率；2）计算电流谐波畸变率；3）判断谐波是否越限；4）构造电能质量指标的评分函数；5）利用层次分析法确定指标的权重；6）以电能质量最优为目的，确定三相触发角。本发明方法能够在不增加设备的情况下，依靠可控电抗器晶闸管触发角的优化选择，降低电抗器产生的谐波，改善线路的电能质量。

主权项

1.一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，其特征在于，该控制方法包括下述步骤：1）检测可控电抗器未接入时负荷三相有功功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、三相无功功率Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)；2）计算三相电流谐波畸变率，具体的过程为：21）利用步骤1）检测的负荷三相有功功率和三相无功功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)，求解以下方程组，得到线路功率因数且三相电流不平衡度ε=0时的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0：$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_{+}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=1\\ \frac{\sqrt{{\left(P_{-}\right)}^2+{\left(Q_{-}\right)}^2}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=0\end{array}\right.$其中P₊=P_L(ab)+P_L(bc)+P_L(ca)为正序有功功率，Q₊=(Q_L(ab)+Q_c(ab))+(Q_L(bc)+Q_c(bc))+(Q_L(ca)+Q_c(ca))为正序无功功率，$P_{-}=0.5\times [P_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-2P_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-\sqrt{3}(Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}-Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)})]$为负序有功功率，$Q_{-}=0.5\times [Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)}-2(Q_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{bc}\right)})+Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}+\sqrt{3}(P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-P_{L\left(\mathrm{ab}\right)})]$为负序无功功率；Q_c(ab)=U²×(sin2α_a0-2α_a0+2π)/πX，Q_c(bc)=U²×(sin2α_b0-2α_b0+2π)/πX，Q_c(ca)=U²×(sin2α_c0-2α_c0+2π)/πX分别为a、b、c三相补偿的无功功率，其中U为网点线电压有效值，X为变压器漏抗；22）按照下式计算当触发角为α_a0、α_b0、α_c0时的谐波畸变率THD₀：${\mathrm{THD}}_0=(\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\Sigma }}{I}_{\mathrm{ha}}^2}/I_{\mathrm{fa}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\Sigma }}{I}_{\mathrm{hb}}^2}/I_{\mathrm{fb}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\Sigma }}{I}_{\mathrm{hc}}^2}/I_{\mathrm{fc}})/3$其中I_fa、I_fb、I_fc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的基波电流有效值，I_ha、I_hb、I_hc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的谐波电流有效值，下标h代表谐波次数；基波电流有效值I_f具体表达式为：$I_f=\frac{U}{\mathrm{\pi X}}{[A_f^2+B_f^2+A_f{B}_f]}^{1/2}$A_f＝sin(2α)-2α+2πB_f＝sin(2β)-2β+2π其中α、β为可控电抗器a、b、c三相中其中两相的触发角，A_f为α触发角对应相的基波电流系数，B_f为β触发角对应相的基波电流系数，对流入可控电抗器a相的基波电流I_fa：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器中b相的基波电流I_fb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器中c相的基波电流I_fc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；谐波电流有效值I_h具体表达式为：$A_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\alpha +\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\alpha -\frac{2}{h}\cos \alpha \sin \left(\mathrm{h\alpha }\right)$$B_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\beta +\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\beta -\frac{2}{h}\cos \beta \sin \left(\mathrm{h\beta }\right)$其中k为正整数，h为谐波次数，A_h为α触发角对应相的谐波电流系数，B_h为β触发角对应相的谐波电流系数，对流入可控电抗器a相的谐波电流I_ha：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器b相的谐波电流I_hb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器c相的电流谐波I_hc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；3）用户根据对应的国标或实际情况，分别设定线路功率因数、三相电流不平衡度ε、三相电流谐波畸变率THD的阈值，若步骤22）得到的谐波畸变率THD₀小于电流谐波畸变率THD的阈值L_THD，则将触发角α_a0、α_b0、α_c0作为电抗器晶闸管触发角输出后结束优化控制方法流程，否则进入步骤4）；4）构造电能质量指标的评分函数S_THD、S_ε、；评分函数S_THD、S_ε、分别为三相电流谐波畸变率、三相电流不平衡度、线路功率因数三项电能质量指标值到指标评分值的函数关系，其评分值从0到100，用来分别表征三项电能质量指标的优劣情况；5）利用层次分析法分别确定三项电能质量指标的权重ω_THD、ω_ε、；三项电能质量指标的权重ω_THD、ω_ε、表示三项指标在电能质量整体评价中的相对重要程度；6）以电能质量最优为目的，利用所述步骤4）得到的电能质量指标的评分函数，以及步骤5）得到的三项电能质量指标的权重，来构造目标函数然后以步骤21）计算的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0作为初值，利用牛顿法确定各相触发角α_a、α_b、α_c并输出。