[发明专利]一种电力系统无功功率因数补偿的控制系统及方法

说明书

本发明提出了一种电力系统无功功率补偿的控制系统及方法，用于解决现有技术中存在的系统结构复杂且无功功率补偿控制实时性差的技术问题，控制系统包括检测单元和瞬时功率因数控制单元，实现步骤为：有功功率计算单元获取有功功率的基频分量；有功电流基频计算单元计算有功电流的基频分量；负载电流计算单元计算负载电流；补偿电流控制指令计算单元计算调节前的补偿电流控制指令电流；瞬时功率因数计算单元计算瞬时功率因数；自调节系数计算单元计算自调节系数；补偿电流控制指令调节单元计算调节后补偿电流的控制指令电流。本发明可用于实现对电路中谐波和无功电流的动态补偿的控制，提高系统的功率因数。

技术领域

本发明属于电力无功技术补偿领域，涉及一种无功功率补偿系统及方法，具体涉及一种电力系统无功功率因数补偿的控制系统及方法，可用于实现对电路中谐波和无功电流的动态补偿的控制，提高系统的功率因数。

背景技术

由于大量感性负载的应用，电力系统中电压、电流在相位上存在一个角度差，这样就引出了无功功率的概念。无功功率是一个反应电源和负荷间能量交换的物理量，它的大小表明了电源与负荷间能量交换的幅度，本身并不消耗能量，同时，无功功率在系统中流动对电力系统本身产生了很大影响。电力系统中无功功率的存在会增加设备的容量，增加设备及线路的损耗。近年来，随着电力系统中非线性用电设备，特别是电力电子装置应用的日益广泛，给电力系统带来额外负担，影响了供电质量，降低了电力系统的功率因数。

解决低功率因数问题一般有两种途径：一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，也不消耗无功功率，另一种是装设补偿装置，如无功功率补偿器等，设法对无功进行补偿。第一种方法需要对电子设备进行变动，代价较大；而后一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数的设备，因此成为了研究热点。目前广泛应用的无功补偿装置主要分为两类：静态无功补偿装置和动态无功补偿装置。静态无功补偿装置主要并联固定电容器，结构简单，成本低，维护方便，因此得到了广泛的应用，但它也存在只能补偿感性无功，不能连续调节，并且可能与系统谐波发生并联谐振，放大谐波电流，损害电容器等缺点。而动态无功补偿装置主要有静止无功补偿器和静止同步补偿器两大类，他们通过采集负载电流，根据无功监测算法以及电流跟踪技术实时跟踪负载无功功率的变化，并进行动态无功功率补偿，具有响应速度快、无并联谐振问题、工作范围广等优点。目前动态无功补偿装置正逐步取代静态无功补偿装置，尤其是静止同步补偿器，其可实现分相补偿，自身没有大的储能元件，因此代表了无功补偿领域发展的方向。为进一步提高其性能，实现准确、实时的监测无功成分，并进行实时的快速补偿，现有技术中就功率因数补偿控制存在多种方法，比如基于基波周期的功率因数补偿控制系统及方法，基于瞬时功率理论的功率因数补偿控制系统及方法。

例如申请公开号为CN106099943A的专利申请，公开了一种瞬时功率因数补偿控制系统及方法，用于解决功率因数补偿控制在负载变换的场合响应速度慢的问题，控制系统的结构如图1所示，由三相系统电流和动态补偿装置输出的电流计算三相负载电流i_La、i_Lb、i_Lc，根据计算得到的三相负载电流和三相系统电压锁相角计算负载电流的有功分量I_Lp、无功分量I_Lq和负载瞬时功率因数PF_L，根据给定的目标功率因数以及计算得到的负载电流的有功分量I_Lp、无功分量I_Lq和负载瞬时功率因数PF_L计算目标功率因数控制时的无功补偿控制量I_qref以及三相无功无功补偿控制量的瞬时值I_{a_ref}、I_{b_ref}、I_{c_ref}，该系统完全应用电力电子元器件，计算机软件编程控制实现无功功率动态补偿，具有可实现连续补偿，损耗小等优点。但其主要缺点是，由于电流的无功分量和有功分量都是基于瞬时功率理论在P-Q坐标系下定义的，因此须将三相电流转换到P-Q坐标下，这增加了电压锁相单元，负载有功、无功电流计算单元，造成控制系统复杂，无功功率补偿的实时性差。

发明内容