一種應用於換流器的功率因數控制方法及裝置與流程
2023-07-22 22:39:56 1
本發明屬於直流輸電技術領域，特別涉及一種應用於換流器的功率因數控制方法及裝置。
背景技術：
自基於模塊化多電平換流器(mmc)的柔性直流輸電技術提出以來，柔性直流輸電系統在國內電力系統的工程應用中獲得了快速發展，並展現出了良好的技術特性。與常規直流輸電技術相比，柔性直流輸電系統控制具有兩個自由度，通過內環控制器的dq解耦，可以獨立地控制換流器輸出的有功功率和無功功率，且不存在換相失敗問題，並可對無源系統供電，具有較大的發展前景。
無功功率是電力系統運行中的一個重要因素，大多數網絡元件和負載都需要消耗無功功率，而且大多數用戶負荷也需要消耗無功功率，如變壓器、大量感應式電動機、氣體放電電燈、電風扇、冰箱、空調、負荷等設備，他們不僅需要從電力系統中吸收有功功率，同時需要吸收無功功率，以產生這些設備維持正常工作所必須的交變磁場，無功功率不是無用功率，它能為能量的交換、輸送、轉換創造必要的條件。
因此，為了輸送有功功率，需要送電端和受電端的電壓有一定的相位差，為了輸送無功功率，需要兩端電壓有一定的幅值差，輸送有功功率時需要消耗無功功率，如果需要消耗的無功功率都要由發電機提供且經過長距離傳輸是不合理的，這就需要消耗無功功率的地方產生無功功率，因此，需要對無功功率補償，即對無功功率進行控制。
其中，功率因數是影響無功功率的一個重要因素，功率因數是有功功率和視在功率的比值，其變化率將直接影響系統有功功率和無功功率的比例，鑑於電力生產的特點，功率因數的高低對發、供、用電設備的充分利用，節約電能和改善電壓質量有著重要影響，為此電力工業企業對廣大用戶，特別是大工業用戶特別重視功率因數的管理，對無功功率進行補償，如採用定無功功率的模式對無功功率控制，但是在採用定無功功率控制模式時，由於未考慮功率因數的控制，造成換流器的使能控制不夠靈活，控制功能比較單一，且在換流器交流側未增加交流濾波器時，如果不對功率因數進行合理的控制，將會增大諧波電源對交流系統和柔性直流換流器的影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種應用於換流器的功率因數控制方法及裝置，用於對柔性直流換流器採用定無功功率進行無功調壓時未考慮功率因數的調節造成換流器的控制不夠靈活，控制功能單一的問題。
為實現上述目的，本發明的技術方案是：
一種應用於換流器的功率因數控制方法，通過對功率因數進行控制得到無功功率參考值：設定功率因數參考值cosθref，將功率因數參考值cosθref與功率因數實測值cosθmeas作差通過pi調節得到無功功率參考值qcosθ_ref，將無功功率參考值qcosθ_ref與無功功率的設定值qac_set相加後得到最終的無功功率參考值qac_ref_final；對無功功率參考值qac_ref_final進行定無功功率調節得到電流參考值。
進一步地，所述無功功率參考值qcosθ_ref通過將功率因數參考值cosθref與功率因數實測值作差經過pi調節乘以±1得到，其中±1的選擇由無功功率實測值qac_meas決定，若檢測無功是感性取1，若檢測無功功率是容性取-1。
進一步地，若不需要功率因數控制時，將無功功率參考值qcosθ_ref減小至0。
進一步地，若不需要功率因數控制時，將無功功率參考值qcosθ_ref以設定的斜率減小至0。
本發明還提供了一種應用於換流器的功率因數控制裝置，包括功率因數控制器和無功功率控制器，其中，所述功率因數控制器用於對功率因數進行調節得到無功功率參考值：設定功率因數參考值cosθref，將功率因數參考值cosθref與功率因數實測值cosθmeas作差通過pi調節得到無功功率參考值qcosθ_ref，將無功功率參考值qcosθ_ref與無功功率的設定值qac_set相加後得到最終的無功功率參考值qac_ref_final，所述無功功率控制器用於對所述無功功率參考值調節得到電流參考值。
進一步地，所述功率因數控制器中，所述無功功率參考值qcosθ_ref通過將功率因數參考值cosθref與功率因數實測值作差經過pi調節乘以±1得到，其中±1的選擇由無功功率實測值qac_meas決定，若檢測無功是感性取1，若檢測無功功率是容性取-1。
進一步地，若不需要功率因數控制時，將無功功率參考值qcosθ_ref減小至0。
進一步地，若不需要功率因數控制時，將無功功率參考值qcosθ_ref以設定的斜率減小至0。
本發明的有益效果是：
本發明通過對功率因數進行控制得到無功功率參考值：設定功率因數參考值，將功率因數參考值與功率因數實測值作差通過pi調節得到無功功率參考值，將無功功率參考值與無功功率的設定值相加後得到最終的無功功率參考值；對無功功率參考值進行定無功功率調節得到電流參考值。通過本發明調節了換流器交流接入點的功率因數，增加了換流器的控制功能，使控制功能更為靈活，適用於很多應用場合。
附圖說明
圖1為柔性直流換流器的結構圖；
圖2為mmc換流器子模塊電路圖；
圖3為柔性直流換流器的雙環控制器原理框圖；
圖4為柔性直流換流器的功率因數控制器原理框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明：
本發明的一種應用於換流器的功率因數控制方法的實施例：
本發明提供的應用於換流器的功率因數控制方法，其目的在於用於控制換流器交流接入點的功率因數。
本實施例的柔性直流換流器採用mmc拓撲結構，如圖1所示，換流器包括三相橋臂，每相橋臂包括上橋臂和下橋臂，每個橋臂上包括對應的橋臂電感和n個串聯的mmc子模塊，上橋臂和下橋臂通過對應的橋臂電感串聯，上橋臂和下橋臂包括的mmc子模塊數量相同，其中，每個mmc子模塊採用半橋結構，如圖2所示，每個半橋子模塊包括2個igbt、2個反並聯二極體、1個儲能電容和一個電阻，作為其他實施方式，換流器子模塊也可以採用全橋結構。
本實施例提供的柔性直流換流器的無功功率控制方法如圖3和圖4所示，包括對柔性直流換流器的總體雙環控制和附加在無功功率控制基礎上的功率因數控制。其中，外環為功率環，包括定直流電壓控制、定有功功率控制、定無功功率控制和定交流電壓控制，內環為電流環，通過pi調節項、前饋項和解耦項相加得到調製電壓參考值，具體的為：
有功功率控制根據需求選擇定直流電壓控制或定有功功率控制的功率外環控制，無功功率控制選擇定無功功率控制，有功功率的電流內環控制得到d軸內環電流參考值id_ref，無功功率控制的電流內環控制得到q軸內環電流參考值iq_ref，將d軸內環電流參考值id_ref和q軸內環電流參考值經過內環電流控制器分別得到d軸調製電壓軸參考值ud_ref和q軸參考值uq_ref，將d軸和q軸進行變換得到三相調製電壓參考值ua_ref、ub_ref、uc_ref。其中，外環控制器參考值均是以一定斜率增大，從而使系統中相應的受控量平穩改變。
由於功率因數對定無功功率控制模式的控制過程有一定的影響，所以在定無功功率控制模式下，對功率因數進行了附加控制，如圖4所示，圖中的x可以取+1或-1，具體的控制過程為：設定功率因數參考值cosθref後，使能功率因數控制，將功率因數參考值cosθref和功率因數實測值cosθmeas作差，再進行pi控制，並結合系統所需無功是感性或容性無功乘以「±1」得到功率因數控制器輸出的無功功率參考值qcosθ_ref，決定x取+1或-1的具體過程為：qac_meas是無功功率實測值，若檢測qac_meas≥0，則輸出-1與pi的輸出相乘得到qcosθ_ref；若檢測qac_meas<0，則輸出+1與pi的輸出相乘得到qcosθ_ref，即若檢測無功是容性取-1，若檢測無功是感性取+1，將-1或+1與pi的輸出相乘得到qcosθ_ref，然後加上無功功率控制器本身的設定值qac_set得到最終的無功功率參考值qac_ref_final，通過對qac_ref_final進行定無功功率控制得到電流指令值，其中，qac_ref_final的輸出範圍根據系統容量和當前有功功率實測值自適應改變。在功率因數控制使能的狀態下，若不需要再控制功率因數，則可以進行禁止功率因數控制的操作。功率因數控制禁止後，無功功率參考值qcosθ_ref以一定的斜率減小至0，從而避免系統無功功率的突變。
本發明還提供了一種應用於換流器的功率因數控制裝置，包括功率因數控制器和無功功率控制器，其中，功率因數控制器用於對功率因數進行調節得到無功功率參考值：設定功率因數參考值，將功率因數參考值與功率因數實測值作差通過pi調節得到無功功率參考值，將無功功率參考值與無功功率的設定值相加後得到最終的無功功率參考值，無功功率控制器用於對無功功率參考值調節得到電流參考值。利用該控制裝置調節了換流器交流接入點的功率因數，增加了換流器的控制功能，使控制功能更為靈活，適用於很多應用場合。
上述功率因數控制裝置，實際上是一種軟體構架，其中的各模塊及單元是與上述控制方法相對應的進程或程序。因此，不再對該控制裝置進行詳細說明。
以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限於以上所描述的實施方式。本發明的基本思路在於上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數並不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護範圍內。