一种节能输电电压补偿方法

摘要

发明公开了一种节能输电电压补偿方法，通过该方法，可以即时准确的检测输电线的无功及电压的波动情况，进行自适应地投切无功补偿电容，实时无级可调对输电电压的动态补偿，即使在输电线路出现故障的情况下，依然能够维持输电网的电压稳定，并实现无功补偿设备运行最优化，有效节约电能。

权利要求

1.一种节能输电电压补偿方法，该方法具体步骤如下：

S1.第一电压采样模块和第一电流采样模块实时收集输电线的监测点的电压和电流信息，并将采集到的电压和电流信息传输到控制模块的信号采集单元；

S2.信号采集单元经过运算获得电压、无功及有功信息；

S3.故障识别单元根据当前电压信息进行判断当前输电线路是否正常；故障识别单元将电压跌落的临界值设置为Ul1，恢复临界值设置为Ul2，其中Ul1＜Ul2；

当电压低于Ul1的时间超过跌落触发判别时间Δtl1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压跌落故障；此时输出故障状态标志位为flag＝1；

当电压跌落后从故障状态恢复至U12的时间超过跌落恢复判别时间Δtl2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复，此时输出故障状态标志位为flag＝0；

故障识别单元将电压升高的临界值设置为Uh1，恢复临界值设置为Uh2，其中Uh2＜Uh1；

当电压高于Uh1的时间超过升高触发判别时间Δth1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压过高故障，此时输出故障状态标志位为flag＝1，激活故障控制单元；

当电压低于Uh2的时间超过升高恢复判别时间Δth2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复正常，此时输出故障状态标志位为flag＝0，中止故障控制单元；

如果正常进入步骤S4，如果不正常进入步骤S5；

S4.由正常控制单元进行无功补偿控制，实现输电电压的稳定；

S5.由故障控制单元进行无功补偿控制，实现输电电压的稳定，其中在无功补偿过程中，采用如下步骤启动无功补偿系统：

S61.控制模块判断输电线的电压值和频率值是否正常；

S62.待输电线电压值和频率值正常时，闭合主接触器，将电压补偿系统与电网连接，进入预充电阶段；

S63.所述预充电阶段结束后，控制模块对采集的输电线三相电压信号进行dq坐标变换和锁相，获得输电线的电压频率和相位信息；

S64.控制模块利用获得的电压频率和相位信息，通过运算产生与电网电压同步的正弦PWM波信号，通过逆变器电路控制器输出至三相逆变桥；

S65.采用开环控制方式逐步降低所述正弦PWM波的调制比，直至SVG设备的直流侧电压达到额定电压值，进入后续运行阶段。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，具体包括如下步骤：正常控制单元根据控制策略控制正常工况下的控制点；控制策略包括恒电压控制策略，恒功率控制策略及恒功率因数控制策略。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，恒电压控制策略用于将控制点的电压维持在电压参考值范围[Umin,Umax]内，在恒电压控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：其中，

上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：Qsvg_ref＝Qref-Qpcc+Qsvg    (3)上式中，Qref为控制点的无功功率参考值；Qpcc为控制点的无功功率；Qsvg为无功补偿装置接入点无功功率；

恒功率因数控制策略用于将控制点的功率因数维持为功率因数参考值PFref，在恒功率因数控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：上式中，PFref为控制点的功率因数参考值；Ppcc，Qpcc为控制点的有功功率、无功功率；

恒电压控制策略、恒功率控制策略及恒功率因数控制策略之间的转换通过修改控制参数实现。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S62所述的预充电阶段，电网通过IGCT三相逆变桥中的反并联二极管构成三相不控整流电路对直流侧电容器充电，第二电压采样模块和第二电流采样模块检测SVG设备的电压和充电电流值，待直流侧电容器电压值稳定且充电电流为零时，预充电阶段结束。

说明书

一种节能输电电压补偿方法

技术领域

[0001] 本发明涉一种节能输电电压补偿方法。

背景技术

[0002] 我国目前输电系统，存在着供电半径大、季节性负荷变动大、线路无功损耗大、功率因数低、无功功率不能就地平衡等问题，特别是由于工业生产中大量的非线性、冲击性和波动性负荷的存在给电网带来了日益严重的电能质量问题，严重的影响了电网的电压稳定，威胁电力系统和用户设备的正常运行。

[0003] 此外，随着分布式电源大量输电系统，给输电系统的运行与控制带来新的特点。由于分布式电源受天气变化影响大，具有随机变化的特性，使系统潮流具有随机变化的特性，因此分布式电源的接入将增大系统电压的波动。为了抑制系统电压波动，需要配置动态无功补偿装置来抑制电压波动

[0004] 无功补偿技术一直以来都是电气工程领域内的研究热点，与SVC动态无功补偿器相比，静止无功发生器具有补偿时间快、可连续补偿、不易产生谐振、可以补偿一定次的谐波等优点。

[0005] SVG现有技术投切判断策略，按控制物理量分为功率因数控制方式、电压控制方式、无功电流控制方式、无功功率控制方式和复合控制方式。所述复合控制方式又包括电压和无功功率复合控制方式，无功功率和功率因数复合控制方式，以及电压和功率因数复合控制方式。

[0006] 在稳态下，现有方法可以将电压稳定到额定值。但是在电压变化陡度较大的情况下，尤其是在输电线路出现故障的情况下，现有的无功补偿装置不能对无功变化快速补偿，不能很好的稳定电压。

[0007] 输电系统中的无功优化算法是一个非常复杂的问题。它是由多个约束条件、多个操作变量、多个目标函数的大规模非线性问题组合起来的。解决无功优化问题，首先得把实际问题转化为数学模型，并在此基础上，获得最优解。目前主要把无功优化算法分为两类，一类是经典的无功优化算法，另一类是人工智能无功优化算法。经典无功优化算法由于其数学模型复杂、对初始点选取的要求较高，不具备实时性等缺点，正在被人工优化算法逐渐取代。

发明内容

[0008] 为解决上述问题，本发明提供一种节能输电电压补偿方法，通过该方法，可以即时准确的检测输电线的无功及电压的波动情况，进行自适应地投切无功补偿电容，实时无级可调对输电电压的动态补偿，即使在输电线路出现故障的情况下，依然能够维持输电网的电压稳定，并实现无功补偿设备运行最优化，有效节约电能。

[0009] 为了实现上述目的，本发明提供一种节能输电电压补偿方法，该方法具体步骤如下：

[0010] S1.第一电压采样模块和第一电流采样模块实时收集输电线的监测点的电压和电流信息，并将采集到的电压和电流信息传输到控制模块的信号采集单元；

[0011] S2.信号采集单元经过运算获得电压、无功及有功等信息；

[0012] S3.故障识别单元根据当前电压信息进行判断当前输电线路是否正常；如果正常进入步骤S4，如果不正常进入步骤S5；

[0013] S4.由正常控制单元进行无功补偿控制，实现输电电压的稳定；

[0014] S5.由故障控制单元进行无功补偿控制，实现输电电压的稳定。

[0015] 优选的，在步骤S3中，采用如下方式判断当前输电线路是否正常：

[0016] 故障识别单元将电压跌落的临界值设置为Ul1，恢复临界值设置为Ul2，其中Ul1＜Ul2；

[0017] 当电压低于Ul1的时间超过跌落触发判别时间Δtl1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压跌落故障；此时输出故障状态标志位为flag＝1；

[0018] 当电压跌落后从故障状态恢复至U12的时间超过跌落恢复判别时间Δtl2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复，此时输出故障状态标志位为flag＝0；

[0019] 故障识别单元将电压升高的临界值设置为Uh1，恢复临界值设置为Uh2，其中Uh2＜Uh1；

[0020] 当电压高于Uh1的时间超过升高触发判别时间Δth1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压过高故障，此时输出故障状态标志位为flag＝1，激活故障控制单元；

[0021] 当电压低于Uh2的时间超过升高恢复判别时间Δth2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复正常，此时输出故障状态标志位为flag＝0，中止故障控制单元。

[0022] 优选的，在步骤S4中，具体包括如下步骤：

[0023] 正常控制单元根据控制策略控制正常工况下的控制点；控制策略包括恒电压控制策略，恒功率控制策略及恒功率因数控制策略。

[0024] 优选的，恒电压控制策略用于将控制点的电压维持在电压参考值范围[Umin,Umax]内，在恒电压控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0025]

[0026] 其中，

[0027] 上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

[0028] 恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0029]

[0030] 其中，

[0031] 上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

[0032] 恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0033]

[0034] 上式中，Qref为控制点的无功功率参考值；Qpcc为控制点的无功功率；Qsvg为无功补偿装置接入点无功功率；

[0035] 恒功率因数控制策略用于将控制点的功率因数维持为功率因数参考值PFref，在恒功率因数控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0036]

[0037] 上式中，PFref为控制点的功率因数参考值；Ppcc，Qpcc为控制点的有功功率、无功功率；

[0038] 恒电压控制策略、恒功率控制策略及恒功率因数控制策略之间的转换通过修改控制参数实现。

[0039] 优选的，在无功补偿过程中，可采用如下步骤启动无功补偿系统：

[0040] S61.控制模块判断输电线的电压值和频率值是否正常；

[0041] S62.待输电线电压值和频率值正常时，闭合主接触器，将电压补偿系统与电网连接，进入预充电阶段；

[0042] S63.所述预充电阶段结束后，控制模块对采集的输电线三相电压信号进行dq坐标变换和锁相，获得输电线的电压频率和相位信息；

[0043] S64.控制模块利用获得的电压频率和相位信息，通过运算产生与电网电压同步的正弦PWM波信号，通过逆变器电路控制器输出至三相逆变桥；

[0044] S65.采用开环控制方式逐步降低所述正弦PWM波的调制比，直至SVG设备的直流侧电压达到额定电压值，进入后续运行阶段。

[0045] 更进一步地，步骤S62所述的预充电过程，电网通过IGCT三相逆变桥中的反并联二极管构成三相不控整流电路对直流侧电容器充电，第二电压采样模块和第二电流采样模块，检测SVG设备的电压和充电电流值，待直流侧电容器电压值稳定且充电电流为零时，预充电阶段结束。

[0046] 本发明提供的一种节能型输电电压补偿方法具有如下优点：（1）可以基于实时获取的输电线的多个节点的电压电流信息，实时分析判断输电线当前的电压、无功及有功状态。（2）可以应对电压正常波动状态下的无功补偿，也可以应对电压急剧下降的故障下的无功补偿，提高了输电线电压补偿的阈值。

附图说明

[0047] 图1示出了本发明的一种节能型输电电压补偿系统的框图；

[0048] 图2示出本发明的了一种节能输电电压补偿方法。

具体实施方式

[0049] 图1示出了一种节能型输电电压补偿系统的框图，该系统包括：

[0050] 第一电压采样模块10，用于实时采集输电线1的多点的电压信息；

[0051] 第一电流采样模块9，用于实时采集输电线1的多点的电压信息；

[0052] SVG设备4，用于为输电网络提供容性无功；

[0053] 主接触器2，同于将电压补偿系统与输电线1可关断的连接；

[0054] 三相桥式逆变电路3，一端和上述SVG设备4连接，另一端连主接触器；

[0055] 逆变电路控制器7，用于控制三相桥式逆变电路3的电子开关的关断，从而控制无功的补偿量；

[0056] 控制模块8，用于控制该电压补偿系统各个部件的协同工作，该控制模块8包括：信号采集单元81、正常控制单元82、故障控制单元83和故障识别单元84，其中：

[0057] 信号采集单元81的输入端连接至第一电压采集模块10和第一电流采集模块9，输出端连接至正常控制单元82和故障识别单元83；

[0058] 故障识别单元83与故障控制单元相连接84；

[0059] 正常控制单元82和故障控制单元84的输出端分别连接至逆变器电路控制器7和主接触器2，用于控制逆变器电路7和主接触器2。

[0060] 优选的，信号采集单元81用于接收来自第一电压采集模块10和第一电流采集模块9采集到的电压和电流信息，进而得到输电线的电压、有功功率和无功功率等数据信息，并将所述数据信息经一阶惯性环节输出至正常控制单元81及故障识别单元82。

[0061] 优选的，正常控制单元81根据控制策略控制正常工况下的控制点；控制策略包括恒电压控制策略，恒功率控制策略及恒功率因数控制策略。

[0062] 优选的，恒电压控制策略用于将控制点的电压维持在电压参考值范围[Umin,Umax]内，在恒电压控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0063]

[0064] 其中，

[0065] 上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

[0066] 恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0067]

[0068] 其中，

[0069] 上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

[0070] 恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0071]

[0072] 上式中，Qref为控制点的无功功率参考值；Qpcc为控制点的无功功率；Qsvg为无功补偿装置接入点无功功率；

[0073] 恒功率因数控制策略用于将控制点的功率因数维持为功率因数参考值PFref，在恒功率因数控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0074]

[0075] 上式中，PFref为控制点的功率因数参考值；Ppcc，Qpcc为控制点的有功功率、无功功率；

[0076] 恒电压控制策略、恒功率控制策略及恒功率因数控制策略之间的转换通过修改控制参数实现。

[0077] 优选的，故障控制单元84用于在故障情况下，根据控制参数对控制点的电压偏离值进行比例积分运算，得到无功补偿装置的无功功率参考值；控制参数包括PI调节器参数Kf及Tf，电压跌落临界值Ul1，电压升高临界值Uh1，输入信号为控制点电压Upcc，输出信号为无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref：

[0078]

[0079] 故障识别单元82根据与控制点的电压幅值对输电网的故障情况进行判断及给出故障状态位,并进行临界电压滞环控制和故障时间死区控制。

[0080] 优选的，故障识别单元将电压跌落的临界值设置为Ul1，恢复临界值设置为Ul2，其中Ul1＜Ul2；

[0081] 当电压低于Ul1的时间超过跌落触发判别时间Δtl1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压跌落故障；此时输出故障状态标志位为flag＝1；

[0082] 当电压跌落后从故障状态恢复至U12的时间超过跌落恢复判别时间Δtl2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复，此时输出故障状态标志位为flag＝0；

[0083] 故障识别单元将电压升高的临界值设置为Uh1，恢复临界值设置为Uh2，其中Uh2＜Uh1；

[0084] 当电压高于Uh1的时间超过升高触发判别时间Δth1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压过高故障，此时输出故障状态标志位为flag＝1，激活故障控制单元；

[0085] 当电压低于Uh2的时间超过升高恢复判别时间Δth2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复正常，此时输出故障状态标志位为flag＝0，中止故障控制单元。

[0086] 优选的，当故障控制单元被激活时，正常控制单元中止输出控制信号。

[0087] 优选的，所述三相桥式逆变电路采用IGCT三相逆变桥。

[0088] 优选的，所述系统还包括用于采集SVG设备的电压和电流信息的第二电压采集模块和第二电流采集模块。

[0089] 附图2示出了本发明的一种节能输电电压补偿方法，该方法具体步骤如下：

[0090] S1.第一电压采样模块和第一电流采样模块实时收集输电线的监测点的电压和电流信息，并将采集到的电压和电流信息传输到控制模块的信号采集单元；

[0091] S2.信号采集单元经过运算获得电压、无功及有功等信息；

[0092] S3.故障识别单元根据当前电压信息进行判断当前输电线路是否正常；如果正常进入步骤S4，如果不正常进入步骤S5；

[0093] S4.由正常控制单元进行无功补偿控制，实现输电电压的稳定；

[0094] S5.由故障控制单元进行无功补偿控制，实现输电电压的稳定。

[0095] 优选的，在步骤S3中，采用如下方式判断当前输电线路是否正常：

[0096] 故障识别单元将电压跌落的临界值设置为Ul1，恢复临界值设置为Ul2，其中Ul1＜Ul2；

[0097] 当电压低于Ul1的时间超过跌落触发判别时间Δtl1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压跌落故障；此时输出故障状态标志位为flag＝1；

[0098] 当电压跌落后从故障状态恢复至U12的时间超过跌落恢复判别时间Δtl2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复，此时输出故障状态标志位为flag＝0；

[0099] 故障识别单元将电压升高的临界值设置为Uh1，恢复临界值设置为Uh2，其中Uh2＜Uh1；

[0100] 当电压高于Uh1的时间超过升高触发判别时间Δth1时，故障识别单元判断电网当前状态为电压过高故障，此时输出故障状态标志位为flag＝1，激活故障控制单元；

[0101] 当电压低于Uh2的时间超过升高恢复判别时间Δth2时，故障识别单元判断电网当前状态为电压恢复正常，此时输出故障状态标志位为flag＝0，中止故障控制单元。

[0102] 优选的，在步骤S4中，具体包括如下步骤：

[0103] 正常控制单元根据控制策略控制正常工况下的控制点；控制策略包括恒电压控制策略，恒功率控制策略及恒功率因数控制策略。

[0104] 优选的，恒电压控制策略用于将控制点的电压维持在电压参考值范围[Umin,Umax]内，在恒电压控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0105]

[0106] 其中，

[0107] 上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

[0108] 恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0109]

[0110] 其中，

[0111] 上式中，K为比例常数，T为积分时间常数，ΔU为电压偏离误差，Umax为电压最大值；Upcc为母线电压；Umin为电压最小值；

[0112] 恒功率控制策略用于将控制点的无功功率值维持为无功功率参考值Qref，在恒功率控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0113]

[0114] 上式中，Qref为控制点的无功功率参考值；Qpcc为控制点的无功功率；Qsvg为无功补偿装置接入点无功功率；

[0115] 恒功率因数控制策略用于将控制点的功率因数维持为功率因数参考值PFref，在恒功率因数控制策略下的无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref为：

[0116]

[0117] 上式中，PFref为控制点的功率因数参考值；Ppcc，Qpcc为控制点的有功功率、无功功率；

[0118] 恒电压控制策略、恒功率控制策略及恒功率因数控制策略之间的转换通过修改控制参数实现。

[0119] 优选的，在步骤S5中，具体包括如下步骤：

[0120] 故障控制单元用于在故障情况下，根据控制参数对控制点的电压偏离值进行比例积分运算，得到无功补偿装置的无功功率参考值；控制参数包括PI调节器参数Kf及Tf，电压跌落临界值Ul1，电压升高临界值Uh1，输入信号为控制点电压Upcc，输出信号为无功补偿装置的无功功率参考值Qsvg_ref：

[0121]

[0122] 故障识别单元根据与控制点的电压幅值对输电网的故障情况进行判断及给出故障状态位,并进行临界电压滞环控制和故障时间死区控制。

[0123] 优选的，在无功补偿过程中，可采用如下步骤启动无功补偿系统：

[0124] S61.控制模块判断输电线的电压值和频率值是否正常；

[0125] S62.待输电线电压值和频率值正常时，闭合主接触器，将电压补偿系统与电网连接，进入预充电阶段；

[0126] S63.所述预充电阶段结束后，控制模块对采集的输电线三相电压信号进行dq坐标变换和锁相，获得输电线的电压频率和相位信息；

[0127] S64.控制模块利用获得的电压频率和相位信息，通过运算产生与电网电压同步的正弦PWM波信号，通过逆变器电路控制器输出至三相逆变桥；

[0128] S65.采用开环控制方式逐步降低所述正弦PWM波的调制比，直至SVG设备的直流侧电压达到额定电压值，进入后续运行阶段。

[0129] 更进一步地，步骤S62所述的预充电过程，电网通过IGCT三相逆变桥中的反并联二极管构成三相不控整流电路对直流侧电容器充电，第二电压采样模块和第二电流采样模块，检测SVG设备的电压和充电电流值，待直流侧电容器电压值稳定且充电电流为零时，预充电阶段结束。

[0130] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。