鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器并網方法與流程
本發明涉及鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器領域，更具體的說，是一種用于減少鏈式高壓靜態無功發生器與電力系統電網并網沖擊電流的方法。
背景技術：
在高壓無功補償領域的裝置并網運行時，普遍存在并網瞬間沖擊電流大的現象，極大的并網沖擊電流，具有對斷路器沖擊大過流跳閘，破壞并網電抗器絕緣，損壞電力電子元器件等缺點，有的甚至無法并網成功。為了克服這些缺點，并保證順利的并網，對高壓無功補償方法做出了如下發明。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供了一種鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器并網方法，用以克服現有技術并網瞬間沖擊電流大的缺陷。
本發明的技術方案如下：
一種鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器并網方法，其特征在于：包括以下步驟：
1】采集輸入電壓US及輸出電壓UC的相序、相位以及幅值；采集輸入電流IS及輸出電流IOUT的相序、相位以及幅值；所述輸入電壓US和輸入電流IS分別為安裝在系統電網側的電壓互感器PT1的二次側電壓和安裝在系統電網側電流互感器CT1的二次側電流，所述輸出電壓UC和輸出電流IOUT分別為安裝在鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器側的電壓互感器PT2的二次側電壓和安裝在鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器側的電流互感器CT2的二次側電流；
2】分別判別輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT相序是否為正序，如果輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT的相序不是正序，則將輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT相序調整為正序；
3】判斷輸出電壓UC的幅值是否等于輸入電壓US的幅值，如果相等，即進入步驟4】，如果不相等，通過并網時的基波電壓幅值系數K1使輸出電壓UC的幅值為US的幅值后，進入步驟4】；
4】判別輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X是否小于給定值θ，如果相位差X小于給定值θ，此時與系統電網并網，如果輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X≥θ，則調整并網時基波電壓相位調整系數K2,直到輸入電壓US及輸出電壓UC之間的相位差X小于給定值θ，此時與系統電網并網。
具體的，步驟2】中，輸入電壓US、輸出電壓UC的相序是否為正序的判定標準是：輸入電壓US的a、b、c三相過零點是否滿足依次滯后120°，輸出電壓UC的u、v、w三相過零點是否滿足依次滯后120°；輸入電流IS、輸出電流IOUT的相序是否為正序的判定標準是：輸入電流IS的a、b、c三相過零點是否滿足依次滯后120°，輸出電流IOUT的u、v、w三相過零點是否滿足依次滯后120°。
具體的，步驟2】中，將輸入電壓US的相序調整為正序的具體步驟是：將電壓互感器PT1二次側的Ua、Uc對換；將輸出電壓UC的相序調整為正序的具體步驟是：將電壓互感器PT2二次側的Uu、Uw對換；將輸入電流IS的相序調整為正序的具體步驟是：將電流互感器CT1二次側的Ia、Ic對換，或者把Ia的進出對換，或者把Ic的進出對換；將輸出電流IOUT的相序調整為正序的具體步驟是：將電流互感器CT2二次側的Iu,Iw對換，或者把Iu的進出對換，或者把Iw的進出對換。
具體的，步驟3】中，KS1為電壓互感器PT1的變比，KS3為鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的控制系統的AD采樣板中的電壓互感器PT3的變比；LSB為5V輸入時的AD采樣值，H1＝4096、H2＝2000；12為功率單元個數，UDC為功率單元靜態時直流電壓值。
具體的，步驟3】中，輸出電壓UC的幅值是否等于輸入電壓US的幅值的判定方法是：(UC-US)/Lω≤Im，其中Lω為并網電抗器阻抗值，Im為并網允許的沖擊電流值。
具體的，步驟4】中，輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X是否小于給定值θ的判定方法是：判斷相位差X對應的時鐘計數值是否小于θ對應的時鐘計數值，相位差X對應的時鐘計數值為N/360°*X，θ對應的時鐘計數值為N/360°*θ，其中N為360°相位差的時鐘計數值。
具體的，步驟4】中，K2＝K1*Tgβ，其中，β為Uu＝Ua’*K1時的輸出電壓Uu與輸入電壓Ua的相位差，Ua’為采樣通道延遲后的系統輸入電壓US’的三個矢量分量之一。
具體的，步驟4】調節相位差之后，還包括步驟5】，閉合系統電網中的預充電開關，通過系統電網中的預充電電阻R用K1’參數把電容直流電壓泵升到UDC’，斷開預充電開關，閉合系統電網中的并網開關，此時與系統電網并網；K1’為泵升時基波電壓幅值系數，其中：k1/k1’＝850/UDC’。
本發明的積極效果在于：
通過實現裝置系統側相序及裝置輸出相序的自動鑒別、裝置輸出電壓相位UCθ與系統電網電壓的相位USθ裝置自動調節精確對準、并網時輸出電壓幅值UC與系統電網電壓幅值US的精確對準，保證并網時輸入電壓US、輸出電壓UC完全同期(同序,同相,同幅值)，減少并網瞬間的沖擊電流。當系統電壓不對稱時，并網沖擊電流仍然很小，且不需要手動修改電壓和相位修正系數。減少對斷路器的沖擊，避免破壞并網電抗器絕緣，避免損壞電力電子元器件，提高并網成功率。
附圖說明
圖1是輸入輸出正序波形圖。
圖2是輸入輸出負序波形圖。
圖3是輸入輸出相位差波形圖。
圖4是輸入輸出幅值波形圖。
圖5是現有技術中鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的電路等效圖。
圖6是公式1的矢量圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明作進一步詳細說明。
參照圖5，圖5為現有技術中鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的電路等效圖，其中，Lω為并網電抗器阻抗；R為預充電電阻阻抗；KM2為預充電開關，KM1為并網開關。PT1為安裝在系統電網側的電壓互感器，假設PT1的變比為10000V/100V，CT1為安裝在系統電網側的電流互感器，假設CT1的變比為400A/5A。PT2為安裝在裝置側(鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器側)的電壓互感器，假設PT2的變比為10000V/100V，CT2為安裝在在裝置側(鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器側)的電流互感器，假設CT2的變比為500A/100mA。
鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的控制系統的AD采樣板,采集系統電網側電壓互感器PT1的二次側電壓和系統電網側電流互感器CT1的二次側電流，并把模擬信號轉換成數字信號量。
鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的控制系統的AD采樣板,采集裝置側電壓互感器PT2的二次側電壓和裝置側的電流互感器CT2的二次側電流信號，并把模擬信號轉換成數字信號量。
若要做到無沖擊或小沖擊電流并網，需做到同序、同幅值、同相位。因此，一種鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器并網方法，具體包括以下步驟：
1】采集輸入電壓US及輸出電壓UC的相序、相位以及幅值；采集輸入電流IS及輸出電流IOUT的相序、相位以及幅值；
所述輸入電壓US和輸入電流IS分別為安裝在系統電網側的電壓互感器PT1的二次側電壓和安裝在系統電網側電流互感器CT1的二次側電流，所述輸出電壓UC和輸出電流IOUT分別為安裝在鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器側的電壓互感器PT2的二次側電壓和安裝在鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器側的電流互感器CT2的二次側電流；
步驟2】分別判別輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT相序是否為正序，如果輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT的相序不是正序，則將輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT相序調整為正序：
鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的控制系統的DSP裝置，根據采樣板采集到系統側的三相電壓和電流信號的波形過零點的先后順序來判斷Ua,Ub,Uc及Ia，Ib，Ic是否滿足相位差依次滯后120°,也就是說輸入電壓是否滿足正序關系,輸入電流是否滿足正序關系。
若不能滿足電壓正序，把電壓互感器PT1二次側的Ua、Uc對換，再次判斷是否滿足正序關系。
若不能滿足電流正序，把電流互感器CT1二次側的Ia、Ic對換，或者把Ia的進出對換，或者把Ic的進出對換，直到滿足電流正序。
鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的控制系統的DSP裝置，根據采樣板采集到裝置側的三相電壓和電流信號的波形過零點的先后順序來判斷Uu,Uv,Uw及Iu，Iv，Iw是否滿足相位差依次滯后120°,也就是說輸出電壓是否滿足正序關系,輸出電流是否滿足正序關系。
若不能滿足電壓正序，把電壓互感器PT2二次側的Uu、Uw對換，再次判斷相位差是否依次滯后120°。
若不能滿足電流正序，把電流互感器CT2二次側的Iu、Iw對換，或者把電流互感器CT2二次側的Iu的進出對換、或者把Iw的進出對換，直到滿足正序。
直到滿足輸入電壓US、輸出電壓UC、輸入電流IS、輸出電流IOUT相序均為正序，則進行步驟3】。
步驟3】判斷輸出電壓UC的幅值是否等于輸入電壓US的幅值，如果相等，即進入步驟4】，如果不相等，通過并網時的基波電壓幅值系數K1使輸出電壓UC的幅值為US的幅值后，進入步驟4】；
步驟4】判別輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X是否小于給定值θ，如果相位差X小于給定值θ，此時與系統電網并網，如果輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X≥θ，則調整并網時基波電壓相位調整系數K2,直到輸入電壓US及輸出電壓UC之間的相位差X小于給定值θ，此時與系統電網并網。
并網時的基波電壓幅值系數K1與并網時基波電壓相位調整系數K2的計算推理過程如下。
首先，鏈式STATCOM高壓靜態無功發生器的控制系統的AD采樣板采集到的輸入電壓波形，是依次經過電壓互感器PT1(10000V/100V)和交流采樣板中的電壓互感器PT3(100V/2mA)的電壓波形,電壓互感器PT3的2mA電流信號再經過信號調理，運放等環節，最后的相移很難精確計算。為了能達到輸出電壓與輸入電壓相位、幅值相同，如圖6，采用公式(1)進行修正。
Uu＝Ua’*K1+(Uc’-Ub’)*K2； (1)
Uv＝Ub’*K1+(Ua’-Uc’)*K2；
Uw＝Uc’*K1+(Ub’-Ua’)*K2；
Ua,Ub,Uc為系統輸入電壓US的三個矢量分量，Ua’,Ub’,Uc’為采樣通道延遲后的系統輸入電壓US’的三個矢量分量，Uu，Uv，Uw為輸出電壓UC的三個矢量分量。(Uc’-Ub’)合成的矢量與Ua’垂直，K2(Uc’-Ub’)仍然為與Ua’垂直的矢量。Ua’為信號Ua經過采樣通道延遲角度β后的信號。為了使輸出電壓的Uu與輸入電壓的Ua完全同相位，由圖6的矢量圖可以知道，使Uu＝K1Ua’+K2(Uc’-Ub’)，通過調節K1,K2可以調整使得Uu與Ua同相位、同幅值。
輸出電壓幅值是否等于輸入電壓幅值的判定方法是：(UC-US)/Lω≤Im，其中Lω為并網電抗器阻抗值，Im為并網允許的沖擊電流值。假設Im＝20,Iw＝1.57,則(UC-US)/1.57<＝20，即(UC-US)<＝31.4時，認為輸出電壓幅值等于輸入電壓幅值。
如果不滿足幅值判定條件，根據電壓互感器PT1，電壓互感器PT3的變比關系，K1由下面公式(2)給出：
Us為安裝在系統電網側的電壓互感器PT1的二次側電壓，KS1為電壓互感器PT1的變比(10000/100)，KS3為電壓互感器PT3的變比(100V/2mA)；LSB為5/8192，8192為5V輸入時的AD采樣值，H1和H2為程序里的歸一化使用系數，H1＝4096、H2＝2000，始終是一個固定數值；12為功率單元個數，UDC為功率單元靜態時直流電壓值(Us為10kv時，功率單元靜態時直流電壓值為850)。
具體判別輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X是否小于給定值θ的方法是：判斷相位差X對應的時鐘計數值是否小于θ對應的時鐘計數值，相位差X對應的時鐘計數值為N/360°*X，θ對應的時鐘計數值為N/360°*θ，其中N為360°相位差的時鐘計數值。
假設360°相位差的時鐘計數值為48000，假設給定值θ為0.036°，則θ對應的時鐘計數值為48000/360°*0.036°＝4.8，取整數為5，輸入電壓US及輸出電壓UC的相位差X對應的時鐘計數值如果小于5，則滿足并網的相位條件，如果不滿足相位條件，則調整輸出電壓UC的相位調整參數K2，K2的計算過程如下。
令公式(1)的K2＝0,比較輸出電壓Uu與輸入電壓Ua的相位差為β，這個β可以由程序比較輸入輸出電壓過零點實際測量出來。然后根據公式(3)，從而算出k2。
Tgβ＝K2/K1 (3)
將K1和最終確定的K2代入公式(1)，從而可以精確做到輸出與輸入相位一致。
步驟5】由于并網前的預充電需要帶著預充電電阻，由于電阻上的壓降存在，根據PWM調制理論可知，帶著預充電電阻用步驟3】最后計算出來的K1進行單元電壓泵升很難達到正常并網時單元直流電壓值850V，為了達到在帶預充電電阻時達到并網時所需要的直壓值，在泵升時的用K1’系數進行泵升到UDC’,這樣能使得帶預充電電阻泵升電壓能達到并網時的電壓值850V，K1’為泵升時基波電壓幅值系數。
K1/K1’＝850/UDC’。 (4)
K1’確定后，閉合系統電網中的預充電開關，通過系統電網中的預充電電阻R用K1’參數把電容直流電壓泵升到UDC’，斷開預充電開關，閉合并網開關，此時與系統電網并網；
采用上述方法后的并網就能做到很小的并網沖擊電流。具有很現實的經濟價值和使用價值。
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