[发明专利]一种基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于静止无功发生器装置技术领域，特别涉及一种基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置及方法。

背景技术

无功功率的补偿对电力系统电压质量的评估起着决定性的作用，电压是衡量电能质量的一个重要指标，质量合格的电压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波和三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求，因此电力系统中的运行电压取决于无功功率的平衡。良好的无功补偿装置能够提高系统的静态和暂态稳定极限，提高了电压稳定性，进而提高电能质量，且能实现Mvar级大容量快速、可靠，动态补偿的要求。

无功功率补偿装置的提高可以从两方面着手，一是控制算法，二是控制器的设计。大容量SVG(Static Var Generator静止无功发生器)装置的限制，在目前的技术下做到大容量、高电压SVG装置存在着许多制约因素，同时SVG装置控制器和保护装置的设计存在着难点。在SVG控制方法方面，必须准确实时的检测计算出无功电流，得到无功指令信号并通过控制方法产生相应的SPWM脉冲信号驱动级联2H桥逆变器中的开关器件，因此无功电流的准确实时的检测在SVG装置的设计中起着关键性的作用。在选择无功电流的检测算法时必须保证其快速性、准确性和灵活性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置，包括电流互感器、电压互感器、AD采样板、主控装置、电压过零检测电路、通信控制装置、脉冲发生器、脉冲分配板、SPWM信号传输电路、2H桥级联逆变电路、滤波器、PLC、触摸屏和IO板；

所述AD采样板包括电流调理电路、电压调理电路和AD采样芯片；

所述电流互感器的输入端、电压互感器的输入端均连接至10kV电网，电流互感器的输出端连接电流调理电路的输入端，电压互感器的输出端连接电压调理电路的输入端，电流调理电路的输出端、电压调理电路的输出端均连接至AD采样芯片的输入端，AD采样芯片的输出端连接至主控装置的输入端，主控装置分别与通信控制装置、脉冲发生器、电压过零检测电路、2H桥级联逆变电路连接，通信控制装置连接PLC，PLC连接触摸屏，脉冲发生器的输出端连接脉冲分配板的输入端，脉冲分配板的输出端连接SPWM信号传输电路的输入端，SPWM信号传输电路的输出端连接2H桥级联逆变电路的输入端，2H桥级联逆变电路的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接至10kV电网，2H桥级联逆变电路另一输入端连接IO板的输出端，IO板的另一个输出端连接至通信控制装置。

所述通信控制装置和脉冲发生器均采用FPGA。

所述通信控制装置是用于接收经IO板反馈的10kV电网的无功功率补偿状态数据并将该数据传输至触摸屏显示的装置。

采用所述的基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置进行无功补偿的方法，包括以下步骤：

步骤1：电流互感器和电压互感器分别实时采集10kV电网的三相逆变器侧的瞬时电流和瞬时电压，并将瞬时电流和瞬时电压经AD采样板传输至主控装置；

步骤2：主控装置根据瞬时电流和瞬时电压，对10kV电网进行无功电流检测，得到无功功率补偿电流；

步骤2.1：对采集到的瞬时电流和瞬时电压进行d-q坐标变换，即将d-q坐标系与三维直角坐标系以基波角频率ω进行同步旋转，得到瞬时有功电流i_p、瞬时无功电流i_q、电压的d轴分量和电压的q轴分量；

步骤2.2：根据瞬时有功电流i_p、瞬时无功电流i_q、电压的d轴分量和电压的q轴分量得到基波电压的幅值和相位；

步骤2.3：采用锁相环锁定A相瞬时电压的相位，产生瞬时电压的同步信号sinθ和cosθ，进而产生d-q坐标系与clarke变换之间的转换矩阵；

步骤2.4：将瞬时电压的同步信号与基波电压的相位叠加，更新步骤2.3产生的d-q坐标系与clarke变换之间的转换矩阵，进而得到无功功率补偿电流；

步骤3：计算无功功率补偿电流与三相逆变器侧的瞬时电流的差值，对该差值进行PI调节并将电流信号转换为电压信号，并将该电压信号与脉冲发生器中的电压三角载波进行比较输出SPWM脉冲；