基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統的製作方法
2023-07-02 00:01:31
專利名稱：基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力控制技術，特別涉及一種基於變電站共用母線不同 負荷電能控制系統。
背景技術：
由於變電站共用母線上通常帶有很多種負荷，有離變電站近的負荷，也 有遠的負荷，既有工業負荷，也有商業負荷。因此變電站的無功及諧波含量 經常發生變化，需要對其進行調節，不然調節不好會造成變電站崩潰。目前 通常做法有兩種。 一種是集中控制，即在變電站端加無功補償及濾波裝置， 而負載端不進行補償。這種方法的缺點是變電站端補償裝置容量大，體積也 大，而且一旦裝置出現故障，系統將有可能癱瘓。此外，由於是集中控制， 雖然變電站端總的無功和諧波得到補償和濾除，但各個負荷所在地的電能質 量不一定高，因為有可能是這個負荷無功功率高，那個負荷無功功率低，兩 者之間相互抵消，致使總的無功達到平衡。另一種是分散控制，即在各個負 荷端實現無功補償及諧波消除，而變電站端不進行控制。這種控制的缺點是 各個負荷各自為陣，對其無功和諧波進行補償和消除，各個負荷之間沒有統 一管理及協調控制，這樣將會造成一個負荷的無功和諧波會被另一個負荷的 補償裝置進行補償，即相互之間存在耦合，最終使得變電站總的無功補償和 諧波補償不能達到滿意效果。此外，目前分散控制還存在的一個缺點就是補
償裝置要麼只採用電容組補償無功，要麼是採用LC器件構成無源濾波裝置 只消除諧波，而綜合採用可投切的補償電容器組、LC組合和有源濾波器的電路拓撲來同時補償無功及濾除諧波的裝置還沒有，因此並不能真正提高本地 負荷的電能質量。
目前關於無功補償及諧波補償的專利大致有以下幾類
(1) 無功功率補償型這種類型只對負荷無功功率進行補償，而對諧波不
進行濾除，如專利200710022178所公開的大容量動態無功補償系統；
(2) 諧波濾除型專利號CN200420076979.2公開了一種大容量並聯型有 源濾波器，但其只是濾除負荷諧波，而對負荷無功並不進行補償；
(3) 無功補償及諧波濾除綜合型這種裝置不僅補償無功，也濾除諧波， 如專利200610042823和200710192663。但這些專利僅是簡單的把無功補償 器件與諧波濾除裝置簡單的結合起來，並沒有採用可投切的補償電容器組、 LC組合和有源濾波器的綜合電路拓撲；
(4) 控制策略型這類專利只是對無功補償或諧波濾除裝置的算法或控制
方法進行了闡述和分析，如專利200610166003公布的混合型有源濾波器的 電流跟蹤控制方法，專利200610166004公布的混合型有源濾波器的分頻控 制方法，專利200710064300公布的併網發電和電網電力有源濾波的統一控 制方法。
發明內容
本發明是針對現有變電站共用母線上不同負荷分別控制導致電能質量低 的問題，提出了一種基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，統一管理 電能。採用主從控制方式及分布式結構，變電站與各負荷之間釆用無線網絡 進行數據交換，可以實現變電站各負荷的統一管理和協調控制，使得各負荷 之間相互解耦，互不幹擾。同時，各負荷又可以根據自己本身特點採用可投切的補償電容器組、LC組合和有源濾波器的綜合電路拓撲，靈活的實現本地 無功補償及諧波濾除，真正提高電能質量。
本發明的技術方案為 一種基於變電站共用母線不同負荷電能控制系 統，包括變電站、數個負荷、無線網絡。變電站、數個負荷之間形成主從關 系，數個負荷是共用變電站的同一母線，其無功及諧波在共用母線上流動， 數個負荷通過無線網絡接收變電站無線網絡發出的指令，負荷根據本地特 點，按照優化與協調算法，進行電能優化及監控，最後把相關數據通過無線 網絡傳送回變電站，由變電站進行集中優化與控制。
所述負荷帶有綜合電能調節器。綜合電能調節器包括有源濾波器、動態 無功補償器、固定諧波消除無源濾波器及DSP控制器四個部分，其中有源濾 波器、動態無功補償器、固定諧波消除無源濾波器並聯連接於共用母線上，
構成本地主電路，DSP控制器則作為控制電路，對本地主電路進行協調與控制。
所述有源濾波器由六個電力電子器件IGBT構成三相六橋臂電路，且每 個IGBT器件都反並聯一個二極體，三相六橋臂交流端通過三個電感連接到 共用母線上，而三相六橋臂直流端連接到儲能電容上。
所述動態無功補償器由四路電容器補償通路並聯構成，每路電容器補償 通路由雙向晶閘管構成的無觸點開關與電力電容器串聯組成，其投切順序按 照先投後切原則，每路電容器容量按照2的倍數次遞增。
所述固定諧波消除無源濾波器由三路無源濾波器並聯構成，每路無源濾 波器由設計計算的電感和電容器串聯構成，用於濾除諧波和無功補償。
本發明的有益效果在於本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，不僅可以實現整個變電站的電能統一協調管理，提高其可靠性，還可 使不同負荷按照自己的特點進行相應的無功補償及諧波濾除，實現了 "面" 與"點"的統一管理與調節，真正提高電能的質量和提供系統的可靠性。
圖1是本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統分布式結構示意 圖2是本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統中負荷自帶的綜合 電能質量調節器示意圖3是本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統中變電站與各負荷 之間無功功率補償關係示意圖4是本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統中本地負荷動態無 功功率補償關係示意圖5是本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統中變電站與各負荷 之間諧波補償關係示意圖6是本發明基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統中變電站與本地負
荷諧波濾除關係示意圖。
具體實施例方式
基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統的工作原理圖如圖1、 2所 示。其中圖1是變電站與各負荷的分布式結構，主要是實現不同負荷的電能 優化與統一管理；由變電站l及n個負荷3構成，它們之間形成主從關係， 這n個負荷3是共用變電站的同一母線，其無功及諧波在共用母線上流動， 負荷通過無線網絡接收變電站無線網絡發出的指令，然後根據本地特點，按照優化與協調算法，進行電能優化及監控，最後把相關數據傳送回變電站， 由變電站進行集中優化與控制。
圖2是採用可投切的補償電容器組、LC組合和有源濾波器的綜合電能調
節器，其主要功能是根據本地自身特點和要求，靈活控制相應的器件組合實
現無功補償和諧波濾除；變電站與各負荷之間通過無線網絡進行雙向數據交 換，既實現了各個分負荷的電能優化及監控，又使得變電站共用母線不同負 荷的協調控制，增強了變電站供電的穩定性；綜合電能調節器由有源濾波器 5、動態無功補償器6、固定諧波消除無源濾波器7及DSP控制器8四個部分 構成，各個部分與負荷並聯連接，其中有源濾波器5又由六個電力電子器件 IGBT (分別是Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)構成三相六橋臂電路，且每個 IGBT器件都反並聯一個二極體，它們分別是Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6。三 相六橋臂交流端通過三個電感La、 Lb、 Lc連接到共用母線上，其主要功能 是濾除本地負荷的高次諧波及改善輸出波形。而三相六橋臂直流端連接到儲 能電容C;動態無功補償器6由四路電容器補償通路並聯構成，分別是 K1，C1、 K2，C2、 K3，C3、 K4， C4， Kl， K2， K3, K4是由雙向晶閘管構成的無觸點 開關，其投切順序按照先投後切原則，C1,C2，C3,C4是電力電容器，每路電 容器容量按照2的倍數次遞增，其功能是動態補償本地的無功功率；固定諧 波消除無源濾波器7由三路無源濾波器構成，分別是L5，C5、 L7，C7、 L11，C11，用於濾除本地固定的5次、7次、11次諧波，同時還兼有無功補償 的功能。DSP控制器8主要由信號檢測、諧波及無功檢測、P麗脈衝發生 器、保護電路以及相應的鍵盤、顯示等外圍電路，其功能是通過無線網絡接 收變電站的指令，然後根據本地特點，按照優化與協調算法，控制動態無功補償器的投切和有源濾波器的補償量大小，最後把相關數據傳送回變電站， 由變電站進行集中優化與控制。
基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統採用無線網絡實現變電站與 不同負荷之間的雙向數據交互，既實現了各個分負荷的電能優化及監控，又
使得變電站共用母線不同負荷的協調控制，增強了變電站供電的穩定性；採 用可投切的補償電容器組、LC組合及無源和有源的綜合協調電路拓撲結構， 從而可實現本地無功補償和諧波濾除，真正提高電能質量。
實例假設變電站需要提供無功功率總量為e，且e:Q+込+a，如果直
接在變電站端實行集中補償，則容量比較大，可靠性也比較差，因此實行分
布式補償，負荷1補償Q，負荷2補償込，負荷3補償込，同樣可以向變電
站補償無功功率總量為e。如果負荷3補償裝置出現故障，則變電站可以告
知負荷4補償無功功率込，保持總的無功功率為^，增強了系統的穩定性， 其補償示意圖如圖3所示。假設Q為3個單位量的無功，則DSP控制器可以 控制動態無功補償器的無觸點開關K1， K2閉合，使C1，C2 (C2=2C1)連接到 共用母線上，提供3個單位量的無功，而無觸點開關K3， K4斷開，不提供無 功功率補償，其補償示意圖如圖4所示。
同樣可知變電站的諧波為^=^ + ^ + ^，則負荷1消除諧波電流^， 負荷2消除諧波電流《2，負荷3消除諧波電流《3，如圖5所示。又假設 ^ = zW5 + zW7 + zwll + ^，貝U DSP控制器分配低次諧波電流&5、 zW7、 z'wu由固 定諧波消除裝置進行濾除，而其它高次諧波^及剩餘諧波由有源濾波器進行 濾除，結合兩者的優點，不僅可以使性價比提高，其波形質量也得到改善， 其補償示意圖如圖6所示。
權利要求
1、一種基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，包括變電站、數個負荷，其特徵在於還包括無線網絡，變電站、數個負荷之間形成主從關係，數個負荷是共用變電站的同一母線，其無功及諧波在共用母線上流動，數個負荷通過無線網絡接收變電站無線網絡發出的指令，負荷根據本地特點，按照優化與協調算法，進行電能優化及監控，最後把相關數據通過無線網絡傳送回變電站，由變電站進行集中優化與控制。
2、根據權利要求1所述基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，其特徵在於，所述負荷帶有綜合電能調節器。
3 、根據權利要求2所述基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，其特徵在於，所述綜合電能調節器包括有源濾波器、動態無功補償器、固定諧波消除無源濾波器及DSP控制器四個部分，其中有源濾波器、動態無功補償器、固定諧波消除無源濾波器並聯連接於共用母線上，構成本地主電路，DSP控制器則作為控制電路，對本地主電路進行協調與控制。
4 、根據權利要求3所述基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，其特徵在於，所述有源濾波器由六個電力電子器件IGBT構成三相六橋臂電路，且每個IGBT器件都反並聯一個二極體，三相六橋臂交流端通過三個電感連接到共用母線上，而三相六橋臂直流端連接到儲能電容上。
5 、根據權利要求3所述基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，其特徵在於，所述動態無功補償器由四路電容器補償通路並聯構成，每路電容器補償通路由雙向晶閘管構成的無觸點開關與電力電容器串聯組成，其投切順序按照先投後切原則，每路電容器容量按照2的倍數次遞增。
6、根據權利要求3所述基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統，其特徵在於，所述固定諧波消除無源濾波器由三路無源濾波器並聯構成，每路無源濾波器由設計計算的電感和電容器串聯構成，用於濾除諧波和無功補償。
全文摘要
本發明涉及一種基於變電站共用母線不同負荷電能控制系統。其特點是變電站與共用母線上不同負荷構成主從關係，由變電站進行協調和優化控制，然後通過無線網絡把相應的控制命令傳送到相對應的負荷，本地負荷根據無線網絡接收器接收到信號，控制本地的電能調節器進行無功補償和諧波濾除，從而實現整個變電站的電能統一協調管理，提高其可靠性，還可使不同負荷按照自己的特點進行相應的無功補償及諧波濾除，實現了「面」與「點」的統一管理與調節。
文檔編號H02J3/00GK101552469SQ200810207320
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者忠 唐, 曹以龍, 江友華 申請人:上海電力學院