一種無功補償控制器及其冗余補償控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電能質量管理領域，設及無功補償技術中混合無功補償控制器的設 計，具體設及一種無功補償控制器及其冗余補償控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的發展，越來越多的用戶采用了性能好、效率高、但對電源特性變化敏感 的高科技設備，使得電力負荷不斷增大；日益增大的用電負荷對電網造成巨大沖擊，使電網 電能質量變差，給電能質量治理帶來巨大壓力。在此背景下，電網中迫切需要增加相應的無 功補償裝置來補償負荷消耗的無功功率，提高功率因數，增強電力系統輸電能力。
[0003] 在本領域，SVC是靜止型無功補償器，常見的形式有SR，TCR，TCT，TSC四種。STATCOM 是靜止同步補償器，由支撐電容，電壓或者電流型逆變器W及禪合變壓器組成。靜止無功補 償器(SVC)是通過控制晶閩管的導通時刻來控制流過電抗器的電流，從而快速的跟蹤負載 無功的變化，并通過分相控制來補償=相不對稱，與其匹配的交流濾波裝置來吸收諧波，具 有技術成熟、控制靈活、損耗小、可靠性高、維護工作小、運行費用低等優點，是目前國內外 應用最廣泛的靜止型無源、快速動態無功補償裝置。
[0004] 靜止同步補償器(STATCOM)是采用全控器件IGBT或IGCT，具有響應快，抑制閃變效 果好等優點，它能實現連續無功調節，防止非線性負荷的快速無功電流變化所引起的電壓 閃變及電壓驟降等電能質量問題。但STATCOM受到開關器件頻率、容量、電壓等級的限制，使 得價格昂貴、控制復雜、可靠性降低，從而使其推廣受到制約，目前在我國還停留在示范工 程階段。
[0005] SVC和STATCOM的作用都在于無功補償，SVC是一種廣泛應用的無功補償方式，其結 構簡單，成本低;STATCOM具有良好的動態性能其特點是控制精度高，響應速度快，能有效的 限制電壓波動，濾波性能良好，采用混合補償的方式，不僅能實現動態調節和連續補償，也 能很好的降低成本，具有很好的應用價值。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種無功補償控制器及其冗余補償控制方法，其目的是提 高無功補償的工作效率，針對W上上述現有技術問題和發明目的，本發明提出一種無功補 償控制器，設有多個補償模塊，包括靜止無功補償器組、靜止同步補償器組;所述的控制器 還設有DSP控制模塊，所述的靜止無功補償器組和靜止同步補償器組通過Mo化US總線模塊 與DSP控制模塊相連。
[0007] 進一步地，包括補償裝置，控制模塊，通信模塊，電壓檢測模塊，電流檢測模塊，數 據采集模塊W及FIFO存儲器模塊，其中，所述補償裝置通過通信模塊與控制模塊相連;所述 電壓檢測模塊和電流監測模塊與數據采集模塊相連接;所述數據采集模塊通過FIFO存儲器 模塊與控制模塊連接。
[000引進一步地，所述補償裝置包括靜止無功補償器組和靜止同步補償器組。
[0009] 進一步地，所述控制模塊為DSP控制模塊，所述通信模塊為Mo化US總線模塊，所述 靜止無功補償器和靜止同步補償器通過Mo化US總線模塊與DSP控制模塊相連。
[0010] 進一步地，所述FIFO存儲器接受數據采集模塊的數據并存儲，W便控制器模塊隨 時讀取計算操作。
[0011] 進一步地，所述DSP控制模塊根據FIFO存儲器提供的數據進行計算，并根據程序設 定，對所述補償模塊進行定時切換。
[0012] 進一步地，所述的FIFO存儲器采用高密度S叫ersyncTME 36位系列存儲器中的 IDT72V3680 型號。
[0013] 上述無功補償控制器的冗余補償控制方法，包括如下步驟：
[0014] (1)檢測無功功率；
[0015] (2)計算偏離權值；
[0016] (3)計算理論容量；
[0017] (4)設計實際容量。
[0018] 進一步地，步驟（1)中，檢測應用對象無功需求容量數據，分解靜態需求容量與動 態需求容量，采用掛表的方式獲取裝機對象的無功需求容量數據Q，并對數據進行分解，將 靜態無功容量記為Qs，動態無功容量記為化滿足W下形式和要求：
[0019] Q =化+Qs (a)
[0020] 化=[Qdi，Qd2，. . .，Qdm] (b)
[0021] Qdi= [Qti Qt2-Qtn] (C)
[0022] 在式(b)中的m表示對無功需求量的記錄次數，式（C)Qdi是第i次記錄的無功需求 量，社*2一Jb的時間間隔為數據的采樣周期。
[0023] 進一步地，步驟(2)中，計算偏離權值(1，計算化和Qdi數據組的樣本方差如下：
[00%] 其中，Qdi為第i次記錄數據的平均值，盈為所有記錄數據的平均值，馬/反映當次 無功需求容量隨時間的波動程度，馬>3反映整體無功需求容量隨時間的波動程度，定義偏 離權值Cl反映單次采樣周期內數據和整體數據樣本的差異，偏離權值函數如下：
(f)。
[0028]進一步地，步驟(3)中，計算理論動態需求容量化t，選用偏離權值最小的采樣數據 組中最大值與平均值的比值來衡量容量動態波動程度，再乘W整體樣本數據均值來計算 化t，W實現裝機冗余度、成本和峰值容量之間的協調設計：
(g);
[0030]步驟(4)中，實際裝機容量化t設計，單機組裝機容量為Qn，期望單機組工作效率不 低于n，則需要機組的組數J和實際裝機容量化t滿足：
(h)
[0032] 在n-定下，遵循J-(Qda-化t)最小原則，選擇單機組容量Qn。
[0033] 與目前現有技術相比，本發明改善了補償系統的工作方式，降低損耗，動態響應時 間更短、提高了系統的可靠性、系統更穩定。
[0034] 本發明中將所需的無功補償容量分散到SVC組和STATCOM組中，可W降低各個組的 補償容量，減少器件損耗;控制器采用了 DSP控制模塊+FIFO存儲模塊+數據采集模塊方案設 計。電網運行的實際數據由數據采集模塊完成對電壓和電流的采集作用，再通過FIFO存儲 下來，控制模塊從FIFO中取得數據并進行無功計算，控制模塊將得到的數據通過Mo化US總 線傳送給SVC組和STATCOM組，由SVC、STATCOM組對電網進行補償。控制模塊進行集中管理、 補償控制和通信，可W提高整個系統的效率和響應速度，增強無功補償的實時性。
[0035] DSP控制模塊可通過實時監控各個子模塊的電壓、電流、無功功率等參數W及所需 補償容量隨時控制SVC、STATCOM組的投入、切除等動作;利用DSP控制模塊控制SVC、STATCOM 組在電網用電高峰時投入運行、低谷時切除運行，并平衡各運行中的子模塊的負荷容量，提 高工作效率;通過控制器計算各子模塊的投入運行時間，對達到規定投入時間的子模塊進 行定時切換，能夠分流各個SVC、STATCOM組運行時間，減少SVC、STATCOM組更換頻率，防止子 模塊投入時間過長，造成損壞。
[0036] 具體來說：
[0037] 1.本發明采取了 SVC組和STATCOM組混合補償，可W降低每個組的補償容量，減少 器件的損耗；
[003引2.控制器采用了 DSP控制模塊+FIFO存儲模塊+數據采集模塊方案設計。電網運行 的實際數據由數據采集模塊完成對電壓和電流的采集作用，再通過FIFO存儲下來，控制模 塊從FIFO中取得數據并進行無功計算，控制模塊將得到的數據通過Mo化US總線傳送給SVC 組和STATCOM組，由SVC、STATCOM組對電網進行補償。控制模塊進行集中管理、補償控制和通 信，可W提高整個系統的效率和響應速度，增強無功補償的實時性。
[0039] 3.控制模塊可W實時的監控SVC組和STATCOM組中的無功容量，高峰和低谷時投入 和切除，并平衡各組中的符合容量，提高工作效率。
[0040] 4.控制模塊可通過實時監控各個子模塊的電壓、電流、無功功率等參數W及所需 補償容量隨時控制SVC、STATC0M各個子模塊的投入、切除等動作。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為混合無功補償系統整體框圖
[0042] 圖2為DSP控制模塊與FIFO的通信圖
[0043] 圖3為無功補償冗余設計的流程圖
【具體實施方式】
[0044] 下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實 施例。
[0045] 在一個優選實施例中，無功補償控制器設有多個補償模塊，包括靜止無功補償器 組（1)、靜止同步補償器組(2);所述的控制器還設有DSP控制模塊(3)，所述的靜止無功補償 器（1)和靜止同步補償器(2)通過Mo化US總線模塊與DSP控制模塊(3)相連。所述的控制器設 有電壓檢測模塊(6)，電流檢測模塊(7)，數據采集模塊(5) ,FIFI存儲器模塊(4)。所述的電 壓檢測模塊(6)和電流監測模塊(7)與數據采集模塊(5)相連接，數據采集模塊通過FIFO存 儲器模塊（4)與控制模塊（3)連接。所述的FIFO存儲器采用的型號為IDT72V3680， IDT72V3680屬于IDT公司的高密度supersyncTMII36位系列存儲器中的一種，其基本功能特 點如下:對讀/寫口都可進行靈活的總線寬度設置，可選擇不同的輸入/輸出數據線寬度;重 傳操作延時很低且固定;首字的寫入到讀出的延時很低且固定;數據密度高達mbit;操作 時鐘可達166MHz。
[0046] -種動態無功容量冗余設計方法，是基于無功需求數據的波動水平來確定裝機容 量冗余程度，其特點是利用每一次檢測到的動態無功容量計算總體的樣本方差W及每一次 記錄值的樣本方差來獲得偏離權值，然后利用偏離權值最小的那一組的無功容量數據來計 算總體無功容量的理論需求容量，從而設計出實際裝機容量。
[0047] 在另一個優選實施例中，無功補償控制