一种储能SVG混合补偿装置及方法与流程
一种储能svg混合补偿装置及方法
技术领域
1.本发明涉及电力设备技术领域，特别涉及了一种储能svg混合补偿装置及方法。
背景技术：
2.随着科技水平的不断提升，供电电压长时间的偏高或偏低，以及电能供应中断等稳态电压质量问题已经得到缓解，而动态的电压质量问题逐渐得到大家的关注，例如动态电压暂降问题(通常为毫秒级)、电压突升、脉冲电压以及瞬时供电中断等问题。电压暂降指由于雷击、短路等原因影响，使得电力系统电压的幅值出现瞬时跌落(部分情况下出现跌停)以及电压相位发生瞬时跳变后又恢复正常的现象。
3.为应对电压骤降，动态电压恢复器(dvr)开始广泛应用，尤其是作为串联型电能质量补偿装置可以解决电网电压暂降。对于电网发生电压跌落或者无功功率快速变化时，可以有利于系统精准定位到质量问题产生的类型、影响程度以及原因分析，所以对电网电压暂降问题和无功功率快速检测是进行电能质量原因快速分析、高效控制和补偿的先决条件。不同的无功补偿装置在补偿性能、动态特性和生产成本等方面具有各自的优缺点。单一的无功补偿装置存在或多或少的局限性，例如tsc能够实现大容量的无功补偿但是它的补偿方式属于固定容量补偿，容易出现过补或欠补的情况；svg能够实现动态连续的无功补偿，但是受到开关器件和成本的限制，很难做到大容量的无功补偿。
4.电压暂降问题因为频繁发生在供电系统中，同时对经济运营的影响较大，逐渐成为影响最严重的电能质量问题，甚至可能对电力系统的安全平稳运行产生致命影响。所以，寻求高效解决电压暂时跌落和快速动态补偿无功的方法，提高电能质量已经上升为确保社会经济平稳运行的重要问题。
技术实现要素：
5.本发明的目的是克服现有技术中单一的无功补偿装置存在局限性的问题，提供了一种储能svg混合补偿装置及方法，不同无功补偿装置协同运行，既能实现svg混合无功补偿，也能实现电压跌落补偿。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种储能svg混合补偿装置，包括：电源模块以及与电源模块连接的静止无功发生器，所述静止无功发生器还连接有系统电流互感器以及交流断路器，所述电流互感器分别与电网系统、交流断路器连接，所述交流断路器还连接有电容器组，所述交流断路器与电容器组之间还串联有装置电流互感器。
7.电源模块为储能锂电池组，用于为装置提供电源，系统电流互感器用于采集电网系统总电流，装置电流互感器用于检测电容器组总电流。静止无功发生器根据采集的电流计算得到电网系统三相的有功、无功、三相不平衡等参数，并计算出调节三相不平衡的有功和无功功率，并根据计算结果输出电流，进行无功补偿。且所述静止无功发生器包括两路三相电流采样，一路检测配电系统总的三相电流，另一路检测电容器组的总电流。
8.工作时，当检测到电网系统中产生电压暂降或者需求无功功率的信号时，开启电
压和无功补偿动作，维持负载端的电压处于稳定状态，避免因电压暂降造成对敏感负荷正常运行的影响。具体的，静止无功发生器(svg)输出有功补偿电压、无功电流，电容器组为tsc单元，负责协调控制电容投切，从而实现电压跌落补偿和无功动态精细补偿。在系统遭遇电压暂降问题时，本装置的工作模式迅速由混合补偿模式转换为电压补偿模式，此时通过计算得到正常电压与故障电压之间差值作为依据进行补偿，实现电网侧电压幅值和波形的快速归正。所以，本技术的装置既实现了svg混合无功补偿，也实现了电压跌落补偿。
9.作为优选，所述电容器组包括单相晶闸管补偿电容器以及多相晶闸管补偿电容器，所述单相晶闸管补偿电容器以及多相晶闸管补偿电容器并联接入交流断路器下端三相铜排。
10.所述单相晶闸管补偿电容器组包括三个电容器，所述三个电容器之间为星形连接，每一个电容器上都连接有一个晶闸管开关，其中一个晶闸管开关与第二交流断路器连接。所述三相晶闸管补偿电容器组共有两组，每一组都包括三个电容器，所述三个电容器之间为三角形连接，三角形的一个角与第二交流断路器连接，另外两个角都连接有一个晶闸管开关。
11.作为优选，所述交流断路器包括第一交流断路器和第二交流断路器，所述第一交流断路器分别与静止无功发生器、系统电流互感器连接，所述第二交流断路器分别与第一交流断路器、装置电流互感器连接。
12.装置的电源输入端(电网系统)由第一交流断路器输入端和第二交流断路器输入端接入，电容器组接在第二交流断路器输出端三相电源铜排上。
13.作为优选，还包括直流避雷器与交流避雷器，所述直流避雷器连接在静止无功发生器与大地之间，所述交流避雷器连接在装置电流互感器与大地之间。
14.避雷器用于保护静止无功发生器与电容器组免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流幅值。
15.作为优选，还包括直流断路器，所述直流断路器分别与电源模块、静止无功发生器连接。用于保护静止无功发生器。
16.一种储能svg混合补偿方法，包括以下步骤：s1：检测电网系统总电流；s2：判断电网系统是否出现电压骤降；s3：根据判断结果，进行无功补偿。
17.在电网系统遭遇电压暂降问题时，能够通过计算得到正常电压与故障电压之间差值作为依据进行补偿，实现电网侧电压幅值和波形的快速归正。
18.作为优选，所述步骤s2包括：s2.1：采集电网系统三相电压，将三相电压用dq坐标系表示，得到谐波分量；s2.2：对谐波分量进行低通滤波，得到直流分量；s2.3：利用直流分量计算电压暂降幅值以及相位跳变角α；s2.4：根据步骤2.3中的计算结果判断电网系统是否出现电压暂降，是否需要对电压进行补偿。
19.本技术采用基于瞬时无功功率的瞬时dq变换检测法，过程简单，在检测暂降幅值和相位跳变时具有较高的准确性和实时性。
20.作为优选，所述步骤s2.1中，将三相电压用dq坐标系表示，得到谐波分量的具体步骤为：a、b、c三相电压的正序基波分量转变成直流分量，二负序基波分量转变成负序2次谐波分量；三相电压的正序n次谐波分量转变成n-1次谐波分量，而负序n次谐波分量转变成n+1次谐波分量。
21.通过低通滤波滤除谐波分量，即可获得相应的直流分量。当知道电压直流分量vd、vq，便能够快速计算出正序基波电压的幅值。
22.作为优选，所述步骤s2.2中，对谐波分量进行低通滤波的具体步骤为：s2.2.1：输入电网系统电压的锁相正弦和余弦信号，并根据误差信号利用lms自适应算法得到正弦信号与余弦信号分别对应的权值系数；s2.2.2：将待检测电压值进行分类，其中基波成分记为期望信号，谐波总和记为干扰信号；s2.2.3：在误差反馈信号趋于稳态不变时，根据lms算法，利用权值系数得到最佳权系数；s2.2.4：计算基波电压信号、谐波干扰信号以及输出信号。
23.系统能够准确实时获取电压暂降的幅值usag及相位跳变角α的关键，就是能够迅速对电压谐波进行滤除并得到直流分量，所以滤波器对于电压直流分量的获取有着至关重要的作用。对于dq变换法进行电压暂降和瞬时无功的检测过程中，低通滤波器的性能直接决定了系统对电压暂降的检测速度和精度，而锁相环的选择也会使系统产生一定时延。根据电网系统三相电压、三相电流输入的实时信号计算出梯度矢量；基于滤波器输出信号和期望响应的误差均方值最小化原则，优化迭代权系数。
24.作为优选，所述步骤s3的具体步骤为：s3.1：根据已经设置输入的电容参数，计算三相的电容投入和切除后三相有功、无功增减量；s3.2：根据电网系统三相分别所需无功电流、有功电流，控制静止无功发生器输出电流；s3.3：判断静止无功发生器输出电流是否达到其额定电流；s3.4：若达到额定电流，判断此时三相不平衡度是否小于等于m％；s3.5：若三相不平衡度达不到小于等于m％，静止无功发生器控制电容器组选择合适的单相、三相电容切入；s3.6：检测电容器组的无功电流，并调节三相分别所需的无功电流和有功电流。
25.根据电网系统三相分别所需无功、有功电流控制静止无功发生器(svg)输出电流，当svg输出最大额定电流时，svg控制晶闸管选择合适的电容投入，同时通过装置电流互感器检测电容器组的无功电流，精细调节三相分别所需的无功电流、有功电流从而到达快速精细调节无功电流。m可以根据具体需要进行取值，一般不大于3。
26.因此，本发明具有如下有益效果：1、svg集成静止无功发生器的无功补偿功能、动态电压恢复器的功能、电容器投切控制功能，减少了设备重复投资，减少设备安装空间，提高装置利用效率；2、采用自适应lms滤波器的软件锁相环的瞬时dq变换检测法提高了装置响应时间，扩大了装置在非对称谐波电压下的适用性。
附图说明
27.图1是本发明中补偿装置的结构示意图。
28.图2是本发明中补偿方法的步骤流程图。
29.图中：1、系统电流互感器；2、第一交流断路器；3、第二交流断路器；4、装置电流互感器；5、交流避雷器；6、电源模块；7、静止无功发生器；8、直流避雷器；9、单相晶闸管补偿电容器组；10、三相晶闸管补偿电容器组；11、快速熔断器。
具体实施方式
30.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：实施例一：本实施例为一种储能svg混合补偿装置，如图1所示，包括：所述装置串联在电网供电侧以及负载之间，包括：系统电流互感器1、第一交流断路器2、第二交流断路器3、装置电流互感器4、交流避雷器5、电源模块6、静止无功发生器7、直流避雷器8、快速熔断器11以及电容器组。
31.电源模块输出端与静止无功发生器的电源输入端连接，静止无功发生器电源输入端还连接有直流避雷器的一端，直流避雷器另一端接地。第一交流断路器下端三相铜排与静止无功发生器连接，第一交流断路器下端与静止无功发生器还串联有一个熔断器；第一交流断路器上端与系统电流互感器连接，系统电流互感器还与静止无功发生器、电网系统连接，用于检测系统电流。静止无功发生器包括两路三相电流采样，一路检测配电系统总的三相电流，另一路检测电容器组的总电流。
32.第二交流互感器下端的三相铜排与装置电流互感器连接，装置电流互感器分别与电容器组、静止无功发生器连接，第二交流互感器下端的三相铜排与大地之间还连接有一个交流避雷器5；第二交流互感器上端与系统电流互感器连接。
33.电容器组包括一个单相晶闸管补偿电容器组9和两个三相晶闸管补偿电容器组10，单相晶闸管补偿电容器组和两个三相晶闸管补偿电容器组并联接在第二交流断路器下端铜排上。
34.其中单相晶闸管补偿电容器组包括三个电容器，所述三个电容器之间为星形连接，每一个电容器上都连接有一个晶闸管开关，其中一个晶闸管开关与第二交流断路器连接，晶闸管开关与第二交流断路器之间还串联有一个熔断器。
35.三相晶闸管补偿电容器组包括三个电容器，三个电容器之间为三角形连接，三角形的一个通过一个熔断器与第二交流断路器连接，另外两个角都连接有一个晶闸管开关。晶闸管开关控制电容器组的单相电容、多相电容投切。
36.工作时，当装置检测到电网系统中产生电压暂降或者需求无功功率的信号时，开启电压和无功补偿动作，维持负载端的电压处于稳定状态，避免因电压暂降造成对敏感负荷正常运行的影响。调节时，静止无功发生器输出有功补偿电压、无功电流，电容器组协调控制电容投切，从而实现电压跌落补偿和无功动态精细补偿。在系统遭遇电压暂降问题时，本装置的工作模式迅速由混合补偿模式转换为电压补偿模式，此时通过计算得到正常电压与故障电压之间差值作为依据进行补偿，实现电网侧电压幅值和波形的快速归正。所以，本技术的装置既实现了svg混合无功补偿，也实现了电压跌落补偿。
37.具体的，电源模块给装置提供工作电源，静止无功发生器(svg)通过系统电流互感器检测电网系统总的电流，并计算电网系统三相的有功、无功、三相不平衡度等电量参数，并由此计算出调节三相不平衡时，三相分别所需的无功和有功电流，并根据计算结果输出电流。
38.若静止无功发生器输出电流已经达到其最大额定电流，电网系统仍处于三相不平衡状态，静止无功发生器选择合适的单相、多相电容投入，同时通过装置电流互感器检测电容器组和静止无功发生器总的电流，精细调节三相分别所需的无功电流、有功电流从而到达快速精细调节有功和无功的三相平衡。
39.本实施例中，所述电源模块为储能锂电池组。
40.本实施例还提供了一种储能svg混合补偿方法，如图2所示，包括以下步骤：第一步，检测电网系统总电流；第二步，判断电网系统是否出现电压骤降；第三步，根据判断结果，进行无功补偿。
41.本发明能够在电网系统遭遇电压暂降问题时，能够通过计算得到正常电压与故障电压之间差值作为依据进行补偿，实现电网侧电压幅值和波形的快速归正。
42.下面对本技术的补偿方法做进一步说明：第一步：检测电网系统总电流。
43.利用系统电流互感器检测系统总的电流。
44.第二步：判断电网系统是否出现电压骤降。
45.本技术采用基于瞬时无功功率的瞬时dq变换检测法，过程简单，在检测暂降幅值和相位跳变时具有较高的准确性和实时性。通过系统电流互感器检测系统总的电流，三相电压、三相电流通过在空间中静止的abc坐标进行描述，而对其进行dq变换，就是把三相电压、三相电流对应变成由dq坐标系表示。在变换时，还需考虑实际电网电压在运行时会受到谐波、电压不平衡和噪声等因素影响。
46.具体表现为：采集电网系统三相电压，将三相电压用dq坐标系表示，得到谐波分量：a、b、c三相电压的正序基波分量转变成直流分量，二负序基波分量转变成负序2次谐波分量；三相电压的正序n次谐波分量转变成n-1次谐波分量，而负序n次谐波分量转变成n+1次谐波分量。
47.通过低通滤波滤除谐波分量，即可获得相应的直流分量。当知道电压直流分量vd、vq，便能够快速计算出正序基波电压暂降幅值以及相位跳变角α；根据计算结果即可判断电网系统是否出现电压暂降，是否需要对电压进行补偿。
48.而系统能够准确实时获取电压暂降的幅值usag及相位跳变角α的关键，就是能够迅速对电压谐波进行滤除并得到直流分量，所以滤波器对于电压直流分量的获取有着至关重要的作用。对于dq变换法进行电压暂降和瞬时无功的检测过程中，低通滤波器的性能直接决定了系统对电压暂降的检测速度和精度，而锁相环的选择也会使系统产生一定时延。利用lms算法，根据电网系统三相电压、三相电流输入的实时信号计算出梯度矢量；基于滤波器输出信号和期望响应的误差均方值最小化原则，优化迭代权系数。
49.具体表示为：s1(n)、s2(n)分别代表电网电压的锁相正弦和余弦信号；w1(n)、w2(n)分别是s1(n)、s2(n)的权值系数，是误差信号e(n)经过lms自适应算法后计算得出。
50.将待检测电压值u
l
(n)进行整理分类，其中基波成分记为u1(n)，当做期望信号；其他谐波总和记为uh(n)，当做干扰信号。
51.在误差反馈信号e(n)趋于稳态不变时，通过lms算法使得w(n)变为最佳权系数w，此时w t(n)s(n)为基波电压信号，e(n)是谐波干扰信号，y(n)代表滤波器输出。
52.自适应lms算法简单，通过延时正反馈，保证了被消除的谐波等干扰信号和干扰成分具有相反的相位，滤波器的输出部分保留了系统的基波分量，因此两者计算后能够抵消一部分干扰信号，促使步长调节速度变得更快，使得系统的滤波效率得到提升。
53.第三步：根据判断结果，进行无功补偿。
54.根据已经设置输入的电容参数，计算三相的电容投入和切除后三相有功、无功增减量；根据电网系统三相分别所需无功电流、有功电流，控制静止无功发生器输出电流；判断静止无功发生器输出电流是否达到其额定电流；若达到额定电流，判断此时三相不平衡度是否小于等于m％；若三相不平衡的度达不到小于等于m％，静止无功发生器控制电容器组选择合适的单相、三相电容切入；检测电容器组的无功电流，并调节三相分别所需的无功电流和有功电流。
55.根据电网系统三相分别所需无功、有功电流控制静止无功发生器(svg)输出电流，当svg输出最大额定电流时，svg控制晶闸管选择合适的电容投入，同时通过装置电流互感器检测电容器组的无功电流，精细调节三相分别所需的无功电流、有功电流从而到达快速精细调节无功电流。m可以根据具体需要进行取值，一般不大于3。
56.实施例二：在另一个实施例中，在实施例一的基础上，还包括直流断路器，所述直流断路器连接在电源模块与静止无功发生器之间，电源模块经过直流断路器后接到静止无功发生器(svg)的直流输入接口，从而为装置提供电源。
57.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
