專利名稱：一種用于statcom控制器的試驗裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無功補償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于STATC0M控制器的試驗裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前，多數(shù)采用仿真技術(shù)，建立控制系統(tǒng)的模型來驗證設(shè)計的控制策略的可行性與正確性，雖然能夠為控制系統(tǒng)的開發(fā)提供一定的參考，但不能對控制器進行檢驗，無法反映系統(tǒng)的實際工況，缺乏試驗依據(jù)。也有采用實時數(shù)字仿真技術(shù)建立系統(tǒng)模型來驗證設(shè)計的控制器及控制策略。比如，加拿大開發(fā)的電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS(Real Time Digital Simulator)、加拿大TEQSM公司研制的HYPERSM、法國電力公司開發(fā)的ARENE等， 一方面，實時數(shù)字仿真設(shè)備成本通常較高；另一方面，鏈式靜止同步補償器串聯(lián)級數(shù)通常較多，各鏈節(jié)控制信號不同，設(shè)備與控制器、靜止同步補償器之間的接口電路較復(fù)雜。這些都限制了實時數(shù)字仿真技術(shù)在鏈式靜止同步補償器中的應(yīng)用。靜止同步補償器STATCOM (Static Synchronous Compensator),是一種新型靜止無功動態(tài)補償裝置，由并聯(lián)接入系統(tǒng)的電壓源換流器構(gòu)成，其輸出的容性或感性無功電流連續(xù)、可調(diào)且獨立于與系統(tǒng)連接點的電壓。它是以電壓源換流器VSC為核心，直流側(cè)采用直流電容器為儲能元件，利用可關(guān)斷器件將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率的交流電壓，并通過連接電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使裝置吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。?dāng)僅考慮基波頻率時，STATCOM可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。STATCOM裝置通過配置不同的控制策略，可在維持或控制節(jié)點電壓、提高線路輸送能力、阻尼功率振蕩、提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性等方面起到重要作用；而STATCOM對電力系統(tǒng)作用的同時，電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)過程都會不同程度的影響STATCOM的運行，特別是在系統(tǒng)故障情況下，STATCOM的運行條件突變。此時，首先應(yīng)該考慮的是STATCOM本身的安全，其次才是其作用的發(fā)揮；因此，既要考慮裝置本身的控制，也要考慮系統(tǒng)的控制，設(shè)計不同層次的控制策略，以提高STATCOM裝置的生存能力，并避免裝置退出對系統(tǒng)造成的擾動，其控制策略主要分為系統(tǒng)級、裝置級和底層控制。系統(tǒng)級控制策略主要分為穩(wěn)態(tài)控制模式和暫態(tài)控制模式。穩(wěn)態(tài)控制模式分為恒無功模式和恒電壓模式。在恒無功運行條件下，STATCOM將輸出恒定的無功功率，無功出力目標值可以從額定容性無功功率到額定感性無功功率之間設(shè)定；在恒電壓運行條件下， STATCOM以穩(wěn)定系統(tǒng)電壓為目標，自動調(diào)節(jié)裝置輸出的無功功率。暫態(tài)控制模式是在暫態(tài)工況下構(gòu)造STATCOM內(nèi)部的各種故障、系統(tǒng)側(cè)電壓的暫升、暫降、單相、兩相、三相等故障，以驗證控制器和控制策略。為了保證設(shè)計的控制策略的可行性與正確性，需要采取相應(yīng)的手段進行測試。目前，常用仿真軟件建立控制系統(tǒng)的模型，以驗證所設(shè)計的控制策略是否可行。此種方法能夠為控制系統(tǒng)的開發(fā)提供一定的參考和指導(dǎo)，然而不能反映系統(tǒng)的實際工況，缺少一定的試驗依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于STATCOM控制器的試驗裝置及方法；該試驗裝置動態(tài)連續(xù)無功補償、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、欠壓下無功調(diào)節(jié)能力強、 諧波含量低、接入電力系統(tǒng)無諧振，試驗方法簡單可靠，可以構(gòu)造各種電力系統(tǒng)故障的工況，滿足對STATCOM控制策略的試驗驗證要求。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于STATCOM控制器的試驗裝置，所述試驗裝置包括系統(tǒng)電源，包括電源、系統(tǒng)阻抗和接觸器，用于給所述試驗裝置供電；變壓器，用于改變電壓，使電網(wǎng)系統(tǒng)電壓與試驗裝置電壓相匹配；電壓擾動發(fā)生裝置，用于構(gòu)造試驗主電路接入點的電壓；開關(guān)回路，用于實現(xiàn)所述試驗主電路接入和退出；控制保護系統(tǒng)，用于控制和保護整個裝置的運行和操作；和試驗主電路，用于測試STATCOM的動作邏輯。所述系統(tǒng)電源、變壓器、開關(guān)回路和試驗主電路依次串聯(lián)，所述電壓擾動發(fā)生裝置輸入側(cè)與所述系統(tǒng)電源輸出端并聯(lián)，輸出側(cè)串聯(lián)在所述變壓器與開關(guān)回路之間。所述電壓擾動發(fā)生裝置包括啟動開關(guān)QF2、軟起回路、三相整流變壓器、三相背靠背變流器和三相濾波電路。所述軟起回路包括軟起電阻R4和與其并聯(lián)的旁路開關(guān)QF4。所述三相整流變壓器為多繞組變壓器，所述多繞組變壓器為三相獨立變壓器或三相一體變壓器；每相背靠背變流器的輸入端與每相整流變壓器的輸出端連接，其輸出端與每相濾波電路連接。所述每相濾波電路包括電感、電阻和電容，所述電阻和電容串聯(lián)后與所述電壓擾動發(fā)生裝置輸出端并聯(lián)，所述電感與電壓擾動發(fā)生裝置輸出端串聯(lián)。所述開關(guān)回路包括避雷器F、熔斷器FU2、電壓互感器和開關(guān)QFl ;所述避雷器F用于所述試驗主電路的過電壓保護。所述試驗主電路包括依次串聯(lián)的電流互感器、電抗器、軟起回路和級聯(lián)的H型鏈節(jié);所述電流互感器用于檢測電流；所述電抗器用于抑制所述H型鏈節(jié)產(chǎn)生的高次諧波電流；所述H型鏈節(jié)的直流電容起到電壓支撐作用。所述軟起回路包括軟起電阻和與其并聯(lián)的旁路開關(guān)。所述控制保護系統(tǒng)包括后臺工作站、通訊管理機、就地監(jiān)控系統(tǒng)、控制器、三相換流鏈相控單元和三相換流鏈單元控制器。所述試驗裝置通過在所述電壓擾動發(fā)生裝置輸出端并聯(lián)旁路開關(guān)或通過所述每相背靠背變流器零電壓輸出，實現(xiàn)所述電壓擾動發(fā)生裝置退出所述試驗裝置。一種用于STATCOM控制器的試驗方法，所述試驗方法包括以下步驟(I)閉合所述系統(tǒng)電源的斷路器QZ ；(2)閉合所述啟動開關(guān)QF2 ；
(3)所述軟起電阻給所述三相背靠背變流器中的直流電容器充電；(4)所述直流電容器達到穩(wěn)態(tài)后，閉合所述軟起回路的旁路開關(guān)QF4 ；(5)閉合所述開關(guān)QF1，所述試驗主電路通過所述軟起電阻給所述各鏈節(jié)直流母線充電；(6)充電達到穩(wěn)定后，閉合所述試驗主電路的旁路開關(guān)將軟起電阻旁路，控制各鏈節(jié)輸出PWM脈沖；(7)控制所述試驗主電路輸出電壓與所述試驗主電路接入點電壓同相位，所述試驗主電路投入正常工作；(8)控制所述三相背靠背變流器使其輸出幅值和相位變化的逆變電壓，疊加在所述試驗主電路中；(9)模擬電力系統(tǒng)的各種故障；(10)驗證STATCOM控制器的暫態(tài)控制策略。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于I.試驗裝置動態(tài)連續(xù)無功補償、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、欠壓下無功調(diào)節(jié)能力強、諧波含量低、接入電力系統(tǒng)無諧振；2.試驗方法簡單可靠，可以構(gòu)造各種電力系統(tǒng)故障的工況，滿足對STATCOM控制的試驗驗證要求；3.試驗方法解決了控制測試的難題，為STATCOM控制器的開發(fā)提供了依據(jù)和參考。


圖I是控制保護系統(tǒng)總體框架圖；圖2是試驗王電路和開關(guān)回路的電路圖； 圖3是試驗裝置總體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式靜止無功補償器STATCOM具有無功調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、欠壓條件下無功調(diào)節(jié)能力強、諧波含量較低、占地面積較較小、接入系統(tǒng)無諧振等各項優(yōu)點，可在維持或控制節(jié)點電壓、提高線路輸送能力、阻尼功率振蕩、提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性等方面起到重要作用。為了實現(xiàn)靜止無功補償器STATCOM的功能，需要配置功能完善、穩(wěn)定可靠的控制保護系統(tǒng)，如圖1，所述控制保護系統(tǒng)包括后臺工作站、通訊管理機、就地監(jiān)控系統(tǒng)、控制器、 三相換流鏈相控單元和三相換流鏈單元控制器；控制器具有采樣、控制保護、錄波、校時、輸入輸出和通訊等功能。三相換流鏈相控單元具有通訊功能，完成每一相STATCOM調(diào)節(jié)保護功能及與該相所有單元控制器之間的數(shù)據(jù)傳送。通訊網(wǎng)絡(luò)用于人機界面與各控制單元的通訊，完成SOE傳送、定值參數(shù)和運行模式下發(fā)，錄波數(shù)據(jù)的傳送等。通訊管理機用于規(guī)約轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與后臺的通訊?？刂破髋c相控單元之間以及相控單元之間都存在硬封鎖和硬中斷請求光纖，用于故障后能夠快速封鎖三相。如圖2，所述開關(guān)回路包括避雷器F、熔斷器FU2、電壓互感器和開關(guān)QFl ;所述避雷
6器F用于所述試驗主電路的過電壓保護。所述試驗主電路包括依次串聯(lián)的電流互感器、電抗器、軟起回路和級聯(lián)的H型鏈節(jié);所述電流互感器用于檢測電流；所述電抗器用于抑制所述H型鏈節(jié)產(chǎn)生的高次諧波電流；所述H型鏈節(jié)的直流電容起到電壓支撐作用。所述軟起回路包括軟起電阻和與其并聯(lián)的旁路開關(guān)。如圖3，一種用于STATCOM控制器的試驗裝置，所述試驗裝置包括系統(tǒng)電源，包括電源、系統(tǒng)阻抗和接觸器，用于給所述試驗裝置供電；變壓器，用于改變電壓，使電網(wǎng)系統(tǒng)電壓與試驗裝置電壓相匹配；電壓擾動發(fā)生裝置，用于構(gòu)造試驗主電路接入點的電壓；開關(guān)回路，用于實現(xiàn)所述試驗主電路接入和退出；控制保護系統(tǒng)，用于控制和保護整個裝置的運行和操作；和試驗主電路，用于測試STATCOM的動作邏輯。所述系統(tǒng)電源、變壓器、開關(guān)回路和試驗主電路依次串聯(lián)，所述電壓擾動發(fā)生裝置輸入側(cè)與所述系統(tǒng)電源輸出端并聯(lián)，輸出側(cè)串聯(lián)在所述變壓器與開關(guān)回路之間。所述電壓擾動發(fā)生裝置包括啟動開關(guān)QF2、軟起回路、三相整流變壓器、三相背靠背變流器和三相濾波電路。所述軟起回路包括軟起電阻R4和與其并聯(lián)的旁路開關(guān)QF4。所述三相整流變壓器為多繞組變壓器，所述多繞組變壓器為三相獨立變壓器或三相一體變壓器；每相背靠背變流器的輸入端與每相整流變壓器的輸出端連接，其輸出端與每相濾波電路連接。所述每相濾波電路包括電感、電阻和電容，所述電阻和電容串聯(lián)后與所述電壓擾動發(fā)生裝置輸出端并聯(lián)，所述電感與電壓擾動發(fā)生裝置輸出端串聯(lián)。閉合與所述電壓擾動發(fā)生裝置輸出端并聯(lián)旁路開關(guān)A、B和C或通過所述每相背靠背變流器零電壓輸出，實現(xiàn)所述電壓擾動發(fā)生裝置退出所述試驗裝置。一種用于STATCOM控制器的試驗方法，所述試驗方法包括以下步驟(I)閉合所述系統(tǒng)電源的斷路器QZ ；(2)閉合所述啟動開關(guān)QF2 ；(3)所述軟起電阻給所述三相背靠背變流器中的直流電容器充電；(4)所述直流電容器達到穩(wěn)態(tài)后，閉合所述軟起回路的旁路開關(guān)QF4 ；(5)閉合所述開關(guān)QF1，所述試驗主電路通過所述軟起電阻給所述各鏈節(jié)直流母線充電；(6)充電達到穩(wěn)定后，閉合所述試驗主電路的旁路開關(guān)將軟起電阻旁路，控制各鏈節(jié)輸出PWM脈沖；(7)控制所述試驗主電路輸出電壓與所述試驗主電路接入點電壓同相位，所述試驗主電路投入正常工作；(8)控制所述三相背靠背變流器使其輸出幅值和相位變化的逆變電壓，疊加在所述試驗主電路中；(9)模擬電力系統(tǒng)的各種故障；(10)驗證STATCOM控制器的暫態(tài)控制策略。
權(quán)利要求
1.一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述試驗裝置包括系統(tǒng)電源，包括電源、系統(tǒng)阻抗和接觸器，用于給所述試驗裝置供電；變壓器，用于改變電壓，使電網(wǎng)系統(tǒng)電壓與試驗裝置電壓相匹配；電壓擾動發(fā)生裝置，用于構(gòu)造試驗主電路接入點的電壓；開關(guān)回路，用于實現(xiàn)所述試驗主電路接入和退出；控制保護系統(tǒng)，用于控制和保護整個裝置的運行和操作；和試驗主電路，用于測試STATC0M的動作邏輯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述系統(tǒng)電源、變壓器、開關(guān)回路和試驗主電路依次串聯(lián)，所述電壓擾動發(fā)生裝置輸入側(cè)與所述系統(tǒng)電源輸出端并聯(lián)，輸出側(cè)串聯(lián)在所述變壓器與開關(guān)回路之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于 所述電壓擾動發(fā)生裝置包括啟動開關(guān)QF2、軟起回路、三相整流變壓器、三相背靠背變流器和三相濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述軟起回路包括軟起電阻R4和與其并聯(lián)的旁路開關(guān)QF4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述三相整流變壓器為多繞組變壓器，所述多繞組變壓器為三相獨立變壓器或三相一體變壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于每相背靠背變流器的輸入端與每相整流變壓器的輸出端連接，其輸出端與每相濾波電路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述每相濾波電路包括電感、電阻和電容，所述電阻和電容串聯(lián)后與所述電壓擾動發(fā)生裝置輸出端并聯(lián)，所述電感與電壓擾動發(fā)生裝置輸出端串聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述開關(guān)回路包括避雷器F、熔斷器FU2、電壓互感器和開關(guān)QFl ;所述避雷器F用于所述試驗主電路的過電壓保護。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于 所述試驗主電路包括依次串聯(lián)的電流互感器、電抗器、軟起回路和級聯(lián)的H型鏈節(jié)；所述電流互感器用于檢測電流；所述電抗器用于抑制所述H型鏈節(jié)產(chǎn)生的高次諧波電流；所述H型鏈節(jié)的直流電容起到電壓支撐作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述軟起回路包括軟起電阻和與其并聯(lián)的旁路開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述控制保護系統(tǒng)包括后臺工作站、通訊管理機、就地監(jiān)控系統(tǒng)、控制器、三相換流鏈相控單元和三相換流鏈單元控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于STATC0M控制器的試驗裝置，其特征在于所述試驗裝置通過在所述電壓擾動發(fā)生裝置輸出端并聯(lián)旁路開關(guān)或通過所述每相背靠背變流器零電壓輸出，實現(xiàn)所述電壓擾動發(fā)生裝置退出所述試驗裝置。
13.一種用于STATC0M控制器的試驗方法，其特征在于所述試驗方法包括以下步驟(1)閉合所述系統(tǒng)電源的斷路器QZ;(2)閉合所述啟動開關(guān)QF2；(3)所述軟起電阻給所述三相背靠背變流器中的直流電容器充電；(4)所述直流電容器達到穩(wěn)態(tài)后，閉合所述軟起回路的旁路開關(guān)QF4；(5)閉合所述開關(guān)QF1，所述試驗主電路通過所述軟起電阻給所述各鏈節(jié)直流母線充電；(6)充電達到穩(wěn)定后，閉合所述試驗主電路的旁路開關(guān)將軟起電阻旁路，控制各鏈節(jié)輸出PWM脈沖；(7)控制所述試驗主電路輸出電壓與所述試驗主電路接入點電壓同相位，所述試驗主電路投入正常工作；(8)控制所述三相背靠背變流器使其輸出幅值和相位變化的逆變電壓，疊加在所述試驗王電路中；(9)模擬電力系統(tǒng)的各種故障；(10)驗證STATC0M控制器的暫態(tài)控制策略。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于STATCOM控制器的試驗裝置及方法，屬于無功補償技術(shù)領(lǐng)域。所述試驗裝置包括系統(tǒng)電源、變壓器、電壓擾動發(fā)生裝置、開關(guān)回路、試驗主電路和控制保護系統(tǒng)；所述系統(tǒng)電源、變壓器、開關(guān)回路和試驗主電路依次串聯(lián)，所述電壓擾動發(fā)生裝置與所述變壓器并聯(lián)。該試驗裝置動態(tài)連續(xù)無功補償、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍廣、欠壓下無功調(diào)節(jié)能力強、諧波含量低、接入電力系統(tǒng)無諧振，試驗方法簡單可靠，可以構(gòu)造各種電力系統(tǒng)故障的工況，滿足對STATCOM控制策略的試驗驗證要求。
文檔編號G05B23/02GK102591319SQ20111040575
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者俞旭峰, 傅堅, 渠學(xué)景, 王東, 王柯, 王清濤, 王軒, 趙波, 趙瑞斌, 鄭青青, 韓天緒 申請人:上海市電力公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司