本發(fā)明涉及供電網(wǎng)供電質(zhì)量控制，尤其涉及一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法。

背景技術(shù)：

1、鋼鐵業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，直接影響國家工業(yè)生產(chǎn)的水平和競爭力，是建設(shè)現(xiàn)代化強國的重要支撐，也是衡量國家綜合國力和國防實力的重要標(biāo)志，對我國戰(zhàn)略發(fā)展計劃具有重大影響意義。隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)化、國際化快速推進(jìn)，鋼鐵業(yè)發(fā)展迅猛，歷經(jīng)長期高速增長，裝備、工藝等躍居世界前列。

2、電弧爐在冶金行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，是冶金行業(yè)常用的冶煉設(shè)備。電弧爐在鋼鐵行業(yè)冶煉中很有優(yōu)點，如主要材料來源為淘汰的廢料，大大降低了初始成本，節(jié)省空間占地小，以及產(chǎn)品制造效率高等，新型設(shè)備不斷更新迭代，電弧爐的種類、生成效率，以及產(chǎn)品質(zhì)量等，都有了顯著提升。

3、然而，大量電弧爐設(shè)備的投產(chǎn)，導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)閃變和諧波污染，降低了公共電網(wǎng)電能質(zhì)量，影響電力系統(tǒng)的安全運行，對電網(wǎng)中用電設(shè)備的正常運行造成一系列不同程度的影響，引起電力系統(tǒng)的紊亂，給企業(yè)的正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響，造成不必要的經(jīng)濟損失。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，提高了閃變抑制效果和諧波補償率，降低了電弧負(fù)載對電網(wǎng)的污染。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，包括以下內(nèi)容：

4、1)構(gòu)網(wǎng)外環(huán)控制：采用虛擬同步機vsg控制算法，包括無功和電壓控制、有功和頻率控制，對調(diào)頻特性和慣量阻尼特性進(jìn)行了解耦，模擬同步發(fā)電機的擺動方程，全面模擬了同步發(fā)電機的功率頻率調(diào)節(jié)特性，將內(nèi)部三相定子電動勢與電網(wǎng)電壓同步；

5、所述虛擬同步機vsg控制算法中采用積分環(huán)節(jié)虛擬轉(zhuǎn)動慣量，對應(yīng)的時間常數(shù)記為tj；增加了vsg輸出的電磁功率vsg_p_pu的比例kp反饋環(huán)節(jié)；

6、應(yīng)用超級電容作為儲能元件，通過超級電容的快速充放電控制，抑制電弧爐運行引起有功功率高頻波動量；

7、2)基波電流控制和諧波電流控制：將基波電流控制參考電壓eabc*和諧波電流控制參考電壓vrefhar疊加到前饋電壓vg上，生成調(diào)制波smode，將調(diào)制波smode生成全控型器件的門極控制信號，下發(fā)給級聯(lián)的功率單元控制模塊；

8、所述諧波電流控制采用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的控制策略，開環(huán)控制采用二階帶通濾波器提取基波頻率信號，閉環(huán)控制采用一階微分環(huán)節(jié)和二階低通濾波器級聯(lián)作為校正環(huán)節(jié)。

9、進(jìn)一步的，所述無功和電壓控制是通過計算無功給定值qref與公共連接點無功功率qe經(jīng)過二階低通濾波器的輸出qelpf的偏差值，經(jīng)過pi調(diào)節(jié)器得到電壓偏差值，與vsg額定輸出電壓vsge0疊加來調(diào)整其最終輸出電壓vsge，即內(nèi)部電動勢幅值，與內(nèi)部電動勢相位vsg_θ組合生成內(nèi)部電動勢vsg_e；

10、其中，無功給定值qref指令值為0mvar，an為濾波器通頻帶增益，ωn為傳遞函數(shù)剪切頻率，s為傳遞函數(shù)復(fù)頻率算子，ξ為濾波器阻尼系數(shù)。

11、進(jìn)一步的，所述有功和頻率控制為內(nèi)部定子電動勢vsge與電網(wǎng)電壓vg的差值作用到虛擬定子阻抗上，其中，rv為虛擬定子電阻，lv為虛擬定子電感；生成電流指令vsg_i，與內(nèi)部電動勢vsg_e相乘后得到輸出電磁功率vsg_p，除上額定容量基值sbase生成標(biāo)幺值vsg_p_pu。采用二階低通濾波器提取vsg_p_pu中的穩(wěn)定分量，從原始信號vsg_p_pu中剔除穩(wěn)定分量后，得到構(gòu)網(wǎng)型statcom要抑制的電弧爐有功功率高頻分量δp_pu；

12、電弧爐有功功率高頻分量δp_pu通過構(gòu)網(wǎng)外環(huán)控制后，計算出頻率偏差量δfpu，與標(biāo)幺額定值1.0相加后通過限幅器，得到頻率信號的標(biāo)幺數(shù)值fpu，額定角頻率ω0與頻率標(biāo)幺數(shù)值fpu相乘后，得出vsg的角頻率vsg_ω，經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后即為其相角vsg_θ。

13、進(jìn)一步的，所述開環(huán)控制環(huán)節(jié)電流指令信號來自于eaf負(fù)載電流iload，采用二階帶通濾波器提取基波頻率信號，負(fù)載電流iload減去基波頻率信號，得到負(fù)載電流諧波成份iload_har；

14、閉環(huán)控制環(huán)節(jié)電流指令信號來自變壓器二次總電流ig，采用一階微分環(huán)節(jié)kds和二階低通濾波器級聯(lián)作為校正環(huán)節(jié)。

15、進(jìn)一步的，所述校正環(huán)節(jié)的輸出信號ig_comp，采用二階帶通濾波器提取基波頻率信號，原始信號ig_comp減去基波頻率信號，得到電源電流諧波成份ig_har，與負(fù)載電流諧波成份iload_har相加之后，得到總的諧波分量irefhar，通過比例-諧振調(diào)節(jié)器生成諧波電流控制參考電壓vrefhar。

16、進(jìn)一步的，所述基波電流控制為電流指令vsg_i與電流反饋vsg_ifbk的差值即為電流內(nèi)環(huán)控制誤差，通過準(zhǔn)比例諧振調(diào)節(jié)器，生成基波電流控制參考電壓eabc*。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、1)改進(jìn)了傳統(tǒng)虛擬同步機vsg控制算法，對調(diào)頻特性和慣量阻尼特性進(jìn)行了解耦，能夠全面的模擬了同步發(fā)電機的功率頻率調(diào)節(jié)特性，實現(xiàn)了一次調(diào)頻和阻尼振蕩功能的解耦控制，方法簡單、可實施性強，有效提高了構(gòu)網(wǎng)型statcom的可控性和運行性能，應(yīng)用超級電容作為儲能元件，通過超級電容的快速充放電控制，抑制電弧爐運行引起有功功率高頻波動量，作為閃變抑制的一種有效手段；

19、2)電弧爐負(fù)載電流具有隨機性變化和非線性特征，尤其在熔化期產(chǎn)生隨機變化的諧波電流，針對該問題，構(gòu)網(wǎng)型statcom負(fù)載諧波電流采用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合控制策略，通過開環(huán)控制保證響應(yīng)速度，閉環(huán)控制提升控制精度，二者相結(jié)合達(dá)到最優(yōu)化的控制效果，顯著提升了諧波補償率；采用一階微分環(huán)節(jié)和二階低通濾波器級聯(lián)作為校正環(huán)節(jié)，提高開環(huán)控制增益并抑制無源濾波器和電網(wǎng)之間的諧振，具有良好的補償特性，對公共連接點(pcc點)的無功功率增加二階低通濾波器環(huán)節(jié)，從而將動態(tài)響應(yīng)分為“快速”和“慢速”兩個過程，目的是為了避免基波無功功率補償速度過快，與諧波快速補償環(huán)節(jié)沖突，引發(fā)諧波放大問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，其特征在于，所述無功和電壓控制是通過計算無功給定值qref與公共連接點無功功率qe經(jīng)過二階低通濾波器的輸出qelpf的偏差值，經(jīng)過pi調(diào)節(jié)器得到電壓偏差值，與vsg額定輸出電壓vsge0疊加來調(diào)整其最終輸出電壓vsge，即內(nèi)部電動勢幅值，與內(nèi)部電動勢相位vsg_θ組合生成內(nèi)部電動勢vsg_e；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，其特征在于，所述有功和頻率控制為內(nèi)部定子電動勢vsge與電網(wǎng)電壓vg的差值作用到虛擬定子阻抗上，其中，rv為虛擬定子電阻，lv為虛擬定子電感；生成電流指令vsg_i，與內(nèi)部電動勢vsg_e相乘后得到輸出電磁功率vsg_p，除上額定容量基值sbase生成標(biāo)幺值vsg_p_pu。采用二階低通濾波器提取vsg_p_pu中的穩(wěn)定分量，從原始信號vsg_p_pu中剔除穩(wěn)定分量后，得到構(gòu)網(wǎng)型statcom要抑制的電弧爐有功功率高頻分量δp_pu；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，其特征在于，所述開環(huán)控制環(huán)節(jié)電流指令信號來自于eaf負(fù)載電流iload，采用二階帶通濾波器提取基波頻率信號，負(fù)載電流iload減去基波頻率信號，得到負(fù)載電流諧波成份iload_har；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，其特征在于，所述校正環(huán)節(jié)的輸出信號ig_comp，采用二階帶通濾波器提取基波頻率信號，原始信號ig_comp減去基波頻率信號，得到電源電流諧波成份ig_har，與負(fù)載電流諧波成份iload_har相加之后，得到總的諧波分量irefhar，通過比例-諧振調(diào)節(jié)器生成諧波電流控制參考電壓vrefhar。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型statcom閃變抑制方法，其特征在于，所述基波電流控制為電流指令vsg_i與電流反饋vsg_ifbk的差值即為電流內(nèi)環(huán)控制誤差，通過準(zhǔn)比例諧振調(diào)節(jié)器，生成基波電流控制參考電壓eabc*。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于超級電容的構(gòu)網(wǎng)型STATCOM閃變抑制方法，包括構(gòu)網(wǎng)外環(huán)控制、基波電流控制和諧波電流控制；構(gòu)網(wǎng)外環(huán)控制采用虛擬同步機VSG控制算法，對調(diào)頻特性和慣量阻尼特性進(jìn)行了解耦，通過超級電容抑制有功功率高頻波動量，作為閃變抑制的一種有效手段；負(fù)載諧波電流控制開環(huán)和閉環(huán)控制相結(jié)合，達(dá)到最優(yōu)化的控制效果，采用一階微分環(huán)節(jié)和二階低通濾波器級聯(lián)作為校正環(huán)節(jié)，提高開環(huán)控制增益并抑制無源濾波器和電網(wǎng)之間的諧振，對公共連接點(PCC點)的無功功率增加二階低通濾波器環(huán)節(jié)，避免了基波無功功率補償速度過快，與諧波快速補償環(huán)節(jié)沖突，引發(fā)諧波放大問題；本發(fā)明提高了閃變抑制效果和諧波補償率，降低了電弧負(fù)載對電網(wǎng)的污染。

技術(shù)研發(fā)人員：王文龍,徐連洲,何師,魯挺,張海濤,李江濤,吳丹青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：榮信匯科電氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2