一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，包括以下步驟：測(cè)量所述無功補(bǔ)償裝置的安裝點(diǎn)電壓和控制點(diǎn)電壓；計(jì)算控制電壓偏差；建立無功補(bǔ)償裝置模型；計(jì)算得到受控交流電流源的幅值信號(hào)、頻率信號(hào)和相角信號(hào)。該方法采用受控交流電流源與電網(wǎng)接口，通過控制交流電流源的電流幅值、相角和頻率，特別是維持安裝點(diǎn)電壓相角超前交流電流源相角90°電角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)無功補(bǔ)償裝置輸出功率的理想控制。該方法容易擴(kuò)展應(yīng)用至風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、海洋能發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C(jī)等各種與電網(wǎng)之間通過電力電子裝置接口的發(fā)電系統(tǒng)，以及正在快速發(fā)展中、不斷涌現(xiàn)的新型電力電子接口新能源發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說明】一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)80年代以來，靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)，其中，靜止無功補(bǔ)償器(SVC)和靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)因具備維持系統(tǒng)電壓恒定、抑制低頻振蕩和電壓閃變等功能，得到了越來越多的研究和應(yīng)用，不斷地有高電壓等級(jí)、大容量的SVC和STATC0M裝置用于我國(guó)電力系統(tǒng)。SVC通過控制兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管將電容器或電抗器并入到電網(wǎng)上或從電網(wǎng)中斷開，以實(shí)現(xiàn)發(fā)出或吸收無功功率，其構(gòu)成形式包括:晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管控制的高阻抗變壓器(TCT)、晶閘管投切電容器(TSC)、TCR+TSC裝置、TCR+固定電容器(FC)或機(jī)械投切電容器(MSC)。STATC0M利用可關(guān)斷大功率電力電子器件(如IGBT，GTO等)組成自換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹TATC0M分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。
[0003]SVC和STATC0M等無功補(bǔ)償裝置的大量應(yīng)用促進(jìn)了其建模技術(shù)的研究，主要包含電磁暫態(tài)模型和機(jī)電暫態(tài)模型。電磁暫態(tài)模型詳細(xì)考慮晶閘管和IGBT等電力電子器件的開通和關(guān)斷過程，適用于裝置功能檢驗(yàn)、暫態(tài)過電壓等研究。機(jī)電暫態(tài)模型則將電力電子器件的快速動(dòng)態(tài)過程用一階慣性環(huán)節(jié)等表示，適用于大型電力系統(tǒng)分析和控制研究。國(guó)內(nèi)常用的PSASP和PSD-BPA電力系統(tǒng)仿真軟件中含有幾種SVC和STATC0M的機(jī)電暫態(tài)模型，然而這些模型主要根據(jù)SVC和STATC0M裝置的物理結(jié)構(gòu)和控制策略建模，未充分考慮這些裝置在控制結(jié)構(gòu)和并網(wǎng)特性方面的共性，建成的模型結(jié)構(gòu)多種多樣，與電網(wǎng)的接口形式也有導(dǎo)納、電流等多種，不便于電力系統(tǒng)仿真軟件的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)，也造成了電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置模型的多樣性和分析工作的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，該方法采用受控交流電流源與電網(wǎng)接口，通過控制交流電流源的電流幅值、相角和頻率，特別是維持安裝點(diǎn)電壓相角超前交流電流源相角90°電角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)無功補(bǔ)償裝置輸出功率的理想控制。本發(fā)明提出的建模方法為現(xiàn)有各種無功補(bǔ)償裝置提供一種通用化的并網(wǎng)接口模型，并且容易擴(kuò)展應(yīng)用至風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、海洋能發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨啓C(jī)等各種與電網(wǎng)之間通過電力電子裝置接口的發(fā)電系統(tǒng)，以及正在快速發(fā)展中、不斷涌現(xiàn)的新型電力電子接口新能源發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0006]提供一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:測(cè)量所述無功補(bǔ)償裝置的安裝點(diǎn)電壓和控制點(diǎn)電壓；
[0008]步驟2:計(jì)算控制電壓偏差；
[0009]步驟3:建立無功補(bǔ)償裝置模型；
[0010]步驟4:計(jì)算得到受控交流電流源的幅值信號(hào)、頻率信號(hào)和相角信號(hào)。
[0011]所述步驟1中，安裝點(diǎn)電壓包括安裝點(diǎn)電壓幅值Vta、安裝點(diǎn)電壓相角qTA和安裝點(diǎn)電壓頻率fTA ;控制點(diǎn)電壓包括控制點(diǎn)電壓幅值VT。
[0012]所述步驟2中的控制電壓偏差用Vekk表示，其表達(dá)式為:
[0013]Verr-Vref-Vt (I)
[0014]其中，Veef為電壓參考值幅值。
[0015]所述步驟3中的無功補(bǔ)償裝置模型包括輔助功能模型、電壓控制主環(huán)模型、邏輯控制模型和電力電子器件延時(shí)特性模型。
[0016]所述輔助功能模型的輸入信號(hào)包括線路有功功率匕、安裝點(diǎn)電壓頻率fTA或線路電流Iy其輸出信號(hào)為輔助控制電壓Vses。
[0017]所述輔助功能模型包括依次串聯(lián)的測(cè)量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、第一超前滯后環(huán)節(jié)、第二超前滯后環(huán)節(jié)、第一放大環(huán)節(jié)和第一限幅環(huán)節(jié)。
[0018]所述測(cè)量環(huán)節(jié)用
【權(quán)利要求】
1.一種基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:測(cè)量所述無功補(bǔ)償裝置的安裝點(diǎn)電壓和控制點(diǎn)電壓； 步驟2:計(jì)算控制電壓偏差； 步驟3:建立無功補(bǔ)償裝置模型； 步驟4:計(jì)算得到受控交流電流源的幅值信號(hào)、頻率信號(hào)和相角信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述步驟I中，安裝點(diǎn)電壓包括安裝點(diǎn)電壓幅值Vta、安裝點(diǎn)電壓相角qTA和安裝點(diǎn)電壓頻率fTA ;控制點(diǎn)電壓包括控制點(diǎn)電壓幅值VT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述步驟2中的控制電壓偏差用Vekk表示，其表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述步驟3中的無功補(bǔ)償裝置模型包括輔助功能模型、電壓控制主環(huán)模型、邏輯控制模型和電力電子器件延時(shí)特性模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述輔助功能模型的輸入信號(hào)包括線路有功功率匕、安裝點(diǎn)電壓頻率fTA或線路電流其輸出信號(hào)為輔助控制電壓Vses。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述輔助功能模型包括依次串聯(lián)的測(cè)量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、第一超前滯后環(huán)節(jié)、第二超前滯后環(huán)節(jié)、第一放大環(huán)節(jié)和第一限幅環(huán)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述測(cè)量環(huán)節(jié)用
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述電壓控制主環(huán)模型的輸入信號(hào)為綜合誤差電壓VEt(rtal,該綜合誤差電壓VEt()tai由控制電壓偏差Vekk與輔助控制電壓Vses疊加得到，其輸出信號(hào)為連續(xù)控制輸出導(dǎo)納Bk，增￡fL用 Kgys 表 。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述電壓控制主環(huán)模型包括依次串聯(lián)的第三超前滯后環(huán)節(jié)、第二限幅環(huán)節(jié)、第四超前滯后環(huán)節(jié)、第三限幅環(huán)節(jié)和第二放大環(huán)節(jié)；所述第三超前滯后環(huán)節(jié)的輸出和第四超前滯后環(huán)節(jié)的輸出分別通過第二限幅環(huán)節(jié)和第三限幅環(huán)節(jié)限幅，第二限幅環(huán)節(jié)和第三限幅環(huán)節(jié)的限幅上限均為Vemax,限幅下限均為Vemin ；


10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述邏輯控制模型的輸入信號(hào)為連續(xù)控制輸出導(dǎo)納81；和控制電壓偏差Vekk，其輸出信號(hào)為邏輯控制輸出導(dǎo)納，增益用Ksd表示；
(I)當(dāng) Vekk3DVhi 時(shí)，有= 5瓶 + Ksd ( Verr-DV)., 其中，DVhi為整定的無功補(bǔ)償裝置可承受的電壓偏差上限，為所述電壓控制主環(huán)模型的輸出上限值，DV為整定的無功補(bǔ)償裝置電壓偏差值；
(2 )當(dāng) DVL()Vekk〈DVhi 時(shí)，有 A = ; 其中，DVm為整定的無功補(bǔ)償裝置可承受的電壓偏差下限； (3)當(dāng) VEKK〈DVLQ 時(shí)，有4 =成.; 其中~電壓控制主環(huán)模型的輸出下限值。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述電力電子器件延時(shí)特性模型包括一階慣性環(huán)節(jié)和第四限幅環(huán)節(jié)，所述一階慣性環(huán)節(jié)用表示，其中Tm為一階慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)； 所述第四限幅環(huán)節(jié)的上限用Bmax表示，下限用Bmin表示。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受控交流電流源的無功補(bǔ)償裝置模型的建模方法，其特征在于:所述步驟4具體包括以下步驟: 步驟4-1:將綜合誤差電壓VEtotal輸入電壓控制主環(huán)模型，得到電壓控制主環(huán)模型輸出的連續(xù)控制輸出導(dǎo)納Bk ;再將連續(xù)控制輸出導(dǎo)納控制電壓偏差Vekk輸入邏輯控制模型，得到邏輯控制模型輸出的邏輯控制輸出導(dǎo)納然后將邏輯控制輸出導(dǎo)納4經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié)后，送入第四限幅環(huán)節(jié)，從限幅環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)經(jīng)標(biāo)么值折算后作為受控交流電流源的幅值信號(hào)；步驟4-2:將所述安裝點(diǎn)電壓頻率fTA作為交流電流源的頻率信號(hào)； 步驟4-3:將所述安裝點(diǎn)電壓相角qTA減去90°電角度，計(jì)算得到的角度值折算為弧度值， 作為交流電流源的相角信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103457275SQ201310384207
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】趙大偉, 姜達(dá)軍, 朱凌志, 張磊, 錢敏慧, 趙亮, 曲立楠, 陳寧, 王湘艷 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院