动态无功补偿装置操作说明，动态无功补偿装置控制系统设计

很多朋友对动态无功补偿装置操作说明，动态无功补偿装置控制系统设计不是很了解，六月小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

概括：

从控制系统分层结构、各层通信协议、控制策略和控制算法的角度出发，设计了一种新型动态无功补偿装置控制系统，仿真分析证明了该设计方法的有效性。

0 前言

在西电东送背景下，广东地区作为受电端，容易出现多直流馈电、交直流混合运行的情况。由于该地区负荷特征明显，供电比低，无功供给严重不足，电压保障能力较弱，部分地区无功不足问题尤为突出。此外，电网运行方式、负荷率、输电线路、设备损耗等都会影响电网的无功平衡水平，进而引起电压波动。由于经济发达地区，特别是广州、深圳电网，供电可靠性高、电能质量要求高的用户较多，因此在减少用户停电时间、提高用户端电压合格率的同时，还要有效应对日益突出的谐波、闪变、暂降等动态电压质量问题。为了解决上述问题，需要设计一种能够快速、动态地提供无功功率来支撑电网电压，使电网恢复正常运行的无功补偿装置。

动态无功补偿装置SVG是一种能够快速实时跟踪负载无功功率变化的无功补偿装置。其特点是：（1）能够自动跟踪控制目标，提高电力系统的功率因数，减少电能损耗； (2)能够快速调节电网无功功率，防止过压、欠压； (3)可以补偿快速变化的电压波动，减少电压闪变； (4)可以抑制低频振荡和次同步振荡，提高电力系统的稳定性； (5)可通过调谐滤波器和有源滤波器抑制谐波； (6)当系统负载不平衡时，可采用无功补偿，使三相有功功率和无功功率达到动态平衡。

针对电网中的上述问题和动态无功补偿的特点，本文开发了一种新型动态无功补偿装置控制系统。在受端电网实现动态无功补偿。根据“小容量、多点”的配置，可以减少异地输送无功功率，降低线损，保证电压稳定，提高电网可靠性。

1 动态无功补偿装置控制系统设计

新型动态无功补偿装置控制系统采用三层分层架构[1]，即站级控制层、装置控制层、阀门控制层，如图1所示。根据电网的调度指令实现设备的启动/停止、控制模式的选择、系统参数的调整等，还可以根据系统状态和情况选择多种控制模式测试要求。设备控制层可以监测电力元件和辅助设备的工作状态，并为站级控制层发出的指令生成电流参考值。器件控制层可采用分相瞬时电流跟踪控制策略、有源滤波器、正负序分离控制策略等。阀门控制层采用移相载波PWM调制和死区时间补偿控制策略。控制系统层次清晰，保证动态无功补偿装置在复杂工况下安全稳定工作。

站级控制层、设备控制层、阀门控制层采用国际标准IEC 61850，该标准是变电站数字监控系统的现行标准。具有电力系统对象、通信服务接口、实时服务、配置语言统一建模的特点。站级控制层与设备控制层之间的通信网络采用MMS消息规范和TCP/IP以太网或光纤网络，设备控制层与阀门控制层之间的通信网络采用GOOSE模型消息规范和以太网。智能电子设备通过网络进行信息交换，与变电站自动化系统具有互操作性和协议转换，便于系统集成，降低自动化系统运行、监控、诊断、维护等工程成本。

2 动态无功补偿装置控制系统原理

控制系统通过测量电压、电流等电量来判断动态无功补偿控制系统的工作状态，并进行相应的计算，选择动态无功补偿控制模式。控制功率元件，或通过人机界面选择控制方式，设置控制系统的参数，然后进行相应的控制。

2.1 站级控制层控制策略

站级控制层的主要功能为： （1）内部启动或关闭动态无功补偿装置的控制系统，选择调试或运行、手动或自动、远程或本地、暂态或暂态等控制方式。稳态、动态无功补偿装置的监控和控制； (2)外部接收上级系统的无功控制调度命令，向上级调度系统或监控中心发送动态无功补偿装置运行和报警信号。站级控制层控制模式包括稳态控制模式、远程控制模式和瞬态控制模式。

2.1.1 稳态控制模式

稳态控制模式[2]包括调试模式和运行模式。调试模式包括恒无功/恒流控制，用于SVG调试；运行模式包括系统无功、恒压、阻尼控制等。每种控制模式针对不同的控制量，执行各自的控制策略。其中，恒压控制可以与电容器组、电抗器组协同工作，阻尼控制可以提供一定的阻尼裕度，参与电力系统的稳定控制。

2.1.2 远程控制模式

在远程控制模式下，站级控制层接收来自调度中心或变电站AVC主控单元的无功功率指令，直接作为动态无功补偿装置的无功参考值。

2.1.3 瞬态控制方式

当站级控制层选择启用暂态控制模式时，控制系统采集模块采集相应的电量，处理模块采用快速检测算法对系统电压进行分析，判断站级是否存在暂态扰动。系统并判断是否切换到瞬态控制模式，发出相应的命令。

2.2 设备控制层控制策略

设备控制层根据站级控制层下发的控制指令进入控制模式。解决了控制系统传递函数的实现问题，决定了SVG的稳定性、稳态特性和动态特性；同时，装置控制层是动态无功补偿装置的保护和监测设备，是整个控制系统的核心部分。针对SVG输出电压调整不及时以及各桥功率元件参数不同导致过流而导致三相电流不对称的问题，提出了分相瞬时电流跟踪控制策略；为了消除SVG噪声的影响，采用有源滤波策略；针对电力系统故障中的不对称故障，除了采用分相瞬时电流跟踪控制外，提出了不平衡运行的正负序分离控制策略。

2.2.1 分相瞬时电流跟踪控制策略

分相瞬时电流跟踪控制具有响应快、适应性强、能够快速跟踪负载电流变化的特点，可以提高SVG的抗冲击能力，降低对电压突变的敏感性，提高SVG的可靠性。分相瞬时电流跟踪控制的核心算法是求解无功补偿分量的旋转变换和补偿电流参考值的逆旋转变换。当相位突变不大时，对生成的参考信号影响很小，能够实时反映真实的负载电流。种类。

假设u0为逆变器输出电压，uk为逆变器接入点电压，L和R为逆变器单相连接电抗和等效电阻，采用单相模型：

分相瞬时电流跟踪控制原理图如图2所示。

在：

忽略谐波的影响，输出电流I(s)为：

即分相瞬时电流跟踪控制电流控制的目标是使输出电流I(s)紧密跟随参考电流Ir(s)。

2.2.2 主动过滤策略

由于传递函数是比例微分环节，很容易受到噪声的影响，可以采用有源滤波的方法去除噪声。 SVG控制系统通过谐波和无功电流检测电路检测补偿对象电流中的谐波电流分量，并计算出补偿电流。 SVG产生补偿电流，与谐波电流相抵消，最终获得期望的电流值。

2.2.3 不平衡运行正负序分离控制策略

在非对称模式下，为了有效控制输出电流，避免装置出现过流故障，设计了正负序分离的控制策略。当系统电压不平衡时，幅度和相位可能会发生变化，并且不能直接从测量的系统电压中获得同步角。控制系统构造一个频率为50 Hz、起始角为0的虚拟同步角，并将其作为电压电流dq变换的旋转角，分离正序分量和负序分量，然后将SVG输出部分负序电流以维持平衡。

一般不平衡电压表示如下：

式中：相电压ua、ub、uc为电源线对中性点的电压； ua:1、ub:1、uc1和ua:2、ub:2、uc2分别为系统电压的正序分量和负序分量。

为了在故障期和恢复期平稳运行，SVG在故障发生后产生全部无功功率，同时通过正负序分离控制策略输出部分负序电流，以维持负载平衡。设备本身。

2.3 阀门控制层控制策略

阀门控制层根据器件控制层发出参考指令，采用特定的PWM方法计算死区时间、最小开通时间和最小关断时间，并产生控制脉冲来调节功率元件开关，从而实现SVG 输出。这里，使用两个级别。 SPWM调制方式和死区时间补偿控制策略。

3 仿真分析

为了证明新型动态无功补偿装置控制系统设计的有效性，选择系统的无功控制方式进行仿真。仿真对象为220 kV变电站，控制目标值为220 kV侧功率因数1.0。仿真结果如图：010 -63024如图4所示，当负载变化较大时，系统无功功率波动较大。新型SVG能够实时、快速地提供无功功率，使系统变电站的无功功率接近于0，功率因数稳步提高至1.0。

4 尾声

本文从控制系统分层结构、通信协议、控制策略和控制算法等角度设计了一种新型动态无功补偿装置控制系统，提出了分相瞬时电流跟踪控制策略和正负控制策略不平衡运行时。采用序列分离控制策略来解决三相系统的不对称问题。仿真结果证明了新型动态无功补偿控制器的设计方法是有效的。

结尾

审稿人：李谦

以上知识分享希望能够帮助到大家！