專利名稱：三相電力系統(tǒng)dvr最小能量補(bǔ)償控制分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相電力系統(tǒng)DVR 最小能量補(bǔ)償分析方法。
背景技術(shù)：
DVR ( Dynamic Voltage Restorer,動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)是近年來出現(xiàn)的DFATS (Distribution Flexible Alternative Current Transmission Systems,柔'性酉己電手支術(shù)) 裝置，它串聯(lián)于電源與敏感負(fù)荷之間，當(dāng)系統(tǒng)電壓正常時(shí)，DVR被旁路。當(dāng) 系統(tǒng)電壓發(fā)生暫降(暫升)時(shí)，DVR可以在ms (毫秒)級(jí)內(nèi)迅速動(dòng)作，有效 的補(bǔ)償暫降(暫升)電壓，保護(hù)敏感性負(fù)荷免受電壓暫降(暫升)的影響。因 為在電力系統(tǒng)的各種電能質(zhì)量問題中，電壓暫降(暫升)是發(fā)生概率最高的電 能質(zhì)量問題，往往會(huì)造成系統(tǒng)中大量敏感設(shè)備工作失常，造成難以估計(jì)的損失， 因此對(duì)電壓暫降(暫升)的補(bǔ)償就顯得尤為重要。
如何確定DVR輸出的補(bǔ)償電壓，是提高DVR的實(shí)時(shí)特性、降低與系統(tǒng) 的有功交換的關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)提出的控制策略分析方法，主要是 針對(duì)單相系統(tǒng)的，采用的相量圖法以負(fù)荷電壓相量的終點(diǎn)做補(bǔ)償極限圓來確 定DVR補(bǔ)償范圍。這種分析方法物理意義不甚明確，難以分析三相系統(tǒng)電 壓暫降情形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析
4方法，解決目前電力系統(tǒng)中采用的DVR補(bǔ)償控制分析方法，主要針對(duì)單相系 統(tǒng)，其物理意義不明確，難以分析三相系統(tǒng)電壓暫降(暫升)情形的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方
法，其特征是所述分析方法包括下列步驟
步驟l:確定三相電力系統(tǒng)各相電壓相量； 步驟2:確定負(fù)荷參考電壓軌跡圓； 步驟3:確定各相極限補(bǔ)償電壓軌跡圓；
步驟4:判斷DVR能否對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；如果DVR能對(duì)各相電壓實(shí)
現(xiàn)補(bǔ)償，則執(zhí)行步驟5;否則，跳到步驟9;
步驟5:確定各相電壓能補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍；
步驟6:判斷三相系統(tǒng)能否對(duì)稱補(bǔ)償；如果能對(duì)稱補(bǔ)償，則執(zhí)行步驟7;
否則，跳到步驟9;
步驟7:確定對(duì)稱補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍；
步驟8:控制負(fù)荷電壓的相位以實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償，然后結(jié)束； 步驟9:不能將負(fù)荷電壓補(bǔ)償?shù)綄?duì)稱的正常幅值，結(jié)束。
所述判斷DVR能否對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，其判斷準(zhǔn)則為，當(dāng)CZ, , + ￡
R。,時(shí)，DVR能對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；否則，DVR不能對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償； 其中，K,為系統(tǒng)電壓暫降后的電壓，i=A， B， C，分別表示系統(tǒng)的三相；
為極限補(bǔ)償電壓；t^,為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓的幅值。
所述判斷三相電壓能否對(duì)稱補(bǔ)償，其方法是，當(dāng)各相電壓可補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷 電壓的相位范圍有共同的部分時(shí)，三相電壓能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償；否則，不能實(shí)現(xiàn) 對(duì)稱補(bǔ)償。
所述控制負(fù)荷電壓的相位以實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償，其方法是，先計(jì)算出各相負(fù)荷電流的相位；在對(duì)稱補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍內(nèi)，由各相DVR 對(duì)應(yīng)的輸出電壓和各相負(fù)荷電流計(jì)算出輸出功率，三相功率之和為DVR總的 輸出功率，輸出功率最小的相位為最小能量補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的相位；控制負(fù)荷電壓的 相位為輸出功率最小時(shí)的相位，從而實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償。
本發(fā)明提出的控制分析方法，以A相負(fù)荷參考電壓相量為相量圖橫軸，以 系統(tǒng)電壓相量的終點(diǎn)做補(bǔ)償極限圓來確定DVR補(bǔ)償范圍，物理概念明確，思 路清晰，分析計(jì)算簡(jiǎn)便，可以有效解決三相系統(tǒng)任意不平衡電壓暫降(暫升) 時(shí)的最小能量補(bǔ)償問題。


圖1是DVR原理示意圖。
圖2是三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法流程圖。 圖3是三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法相量圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
圖1是DVR原理示意圖。圖1中，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器DVR串聯(lián)在系統(tǒng)電
源和負(fù)荷之間，負(fù)荷電壓K。^為系統(tǒng)電壓[/,與DVR補(bǔ)償電壓^^之和。正 常運(yùn)行時(shí)，電源電壓在允許范圍之內(nèi)，DVR輸出補(bǔ)償電壓^^為0，負(fù)荷電 壓K。^等于系統(tǒng)電壓K。當(dāng)系統(tǒng)電源電壓發(fā)生暫降(暫升)時(shí)，DVR輸出 補(bǔ)償電壓^M，使負(fù)荷電壓^。^在運(yùn)行允許的范圍之內(nèi)。由于DVR裝置的 容量有限，其輸出電壓有一個(gè)極限，稱為極限補(bǔ)償電壓。對(duì)于最小能量補(bǔ)償控制，需要在不超過極限補(bǔ)償電壓的條件下，確定將負(fù)荷電壓補(bǔ)償?shù)饺鄬?duì) 稱的正常幅值時(shí)，DVR輸出能量最小時(shí)的補(bǔ)償電壓幅值和相位。
圖2是三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法流程圖。圖2中， i=A， B， C，表示分別對(duì)ABC三相進(jìn)行相應(yīng)的分析和計(jì)算。三相電壓暫降(暫 升)時(shí)，DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法的基本步驟是，
步驟1:確定三相電力系統(tǒng)各相電壓相量。圖3是三相電力系統(tǒng)DVR最 小能量補(bǔ)償控制分析方法相量圖。在圖3中，正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)三相電壓對(duì)稱， 幅值為" ,，三相電壓相位依次落后120° ，以A相電壓相位為參考相位，可以
得到三相正常運(yùn)行時(shí)的電壓相量分別為f^,ZO。 、 "<Z120° 、 "re/Z240° ，
這也是電壓暫降(暫升)后的負(fù)荷參考電壓相量。系統(tǒng)電壓暫降(暫升)后的 系統(tǒng)電壓相量為t^Z^、 f/Sitz>B、 f/scZ%。各相系統(tǒng)電壓相量落后(超前)
負(fù)荷參考電壓相量的夾角分別為"，、^、 "c (超前時(shí)角度為負(fù)值)。
步驟2:確定負(fù)荷參考電壓軌跡圓。DVR補(bǔ)償后要求三相保持負(fù)荷電壓為 暫降(暫升)前的電壓幅值即參考電壓f^,ZO。 、 " 2120° 、 "re,Z240° ，
因此以f/w為半徑、以原點(diǎn)為圓心可以得到補(bǔ)償后負(fù)荷參考電壓軌跡圓C^、。 步驟3:確定各相極限補(bǔ)償電壓軌跡圓。由于DVR裝置容量有限，其輸 出補(bǔ)償電壓有一個(gè)極限值即極限補(bǔ)償電壓^,，分別以步驟1中三相系統(tǒng)電壓
相量的終點(diǎn)為圓心，以^^為半徑可以得到三相系統(tǒng)的極限電壓軌跡圓
步驟4:判斷DVR能否對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；如果DVR能對(duì)各相電壓實(shí) 現(xiàn)補(bǔ)償，則執(zhí)行步驟5;否則，跳到步驟9。如果第/相的極限電壓軌跡圓Oyc/e,與負(fù)荷參考電壓軌跡圓Oc/^,有交點(diǎn)，則該相能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償，判斷準(zhǔn)則為
R, + "D艦^t^，轉(zhuǎn)入下一步驟；否則，轉(zhuǎn)入步驟9。
步驟5:確定各相能補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍。負(fù)荷參考電壓軌跡 圓Cz>C/ere,.落在/相極限電壓軌跡圓Oc/e ,內(nèi)的圓弧部分A, B, C, D,即為該相能
夠補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電壓軌跡，圓弧相對(duì)該相負(fù)荷參考電壓相量的相位范圍為(P ,，
步驟6:判斷三相系統(tǒng)能否對(duì)稱補(bǔ)償；如果能對(duì)稱補(bǔ)償，則執(zhí)行步驟7; 否則，跳到步驟9。如果各相可補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電壓的相位范圍(/ , ， ^ )、 ( & ，
h)、 (-c， y》有共同的部分，則三相能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償，此時(shí)轉(zhuǎn)入下一步
驟；否則轉(zhuǎn)入步驟9。
步驟7:確定對(duì)稱補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍。各相可補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電
壓的相位范圍(6， h)、 (L， h)、 (L.， h)的共同部分("，"即 為能夠?qū)ΨQ補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓相位范圍。
步驟8:控制負(fù)荷電壓的相位以實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償。在(/ ， y)內(nèi)
按照相位從小到大逐次分析，先計(jì)算出各相負(fù)荷電流/^、 /^、 Ac的幅值和相 角(相位落后負(fù)荷電壓相位為功率因素角)，根據(jù)各相DVR對(duì)應(yīng)輸出的電壓可 以計(jì)算出輸出的能量，三相能量之和即為DVR總的輸出能量。如果在某個(gè)相
位，三相能量之和為0，則此相位輸出能量最小；否則々和y兩個(gè)相位中輸出能
量最小的相位為最小能量對(duì)應(yīng)相位；根據(jù)前面兩種情況，計(jì)算出輸出能量最小 時(shí)DVR的輸出電壓幅值和相位，并按照該結(jié)果對(duì)輸出電壓即負(fù)荷電壓進(jìn)行控 制，就可以實(shí)現(xiàn)最小能量補(bǔ)償。
X ,)， 其中A = - ", + arccos步驟9:不能將負(fù)荷電壓補(bǔ)償?shù)綄?duì)稱的正常幅值。因?yàn)镈VR裝置的容量 有限，當(dāng)電壓暫降(暫升)的幅度、相位以及不平衡程度過大時(shí)，無法將負(fù) 荷電壓補(bǔ)償?shù)饺鄬?duì)稱的正常幅值，此時(shí)可以降低負(fù)荷參考電壓幅值從而能 夠?qū)崿F(xiàn)三相對(duì)稱補(bǔ)償后，再按照前面的方法進(jìn)行最小能量補(bǔ)償。
本發(fā)明可以適用于各種三相系統(tǒng)DVR裝置，包括而不局限于三相橋式、 三單相全橋式、電容中點(diǎn)性三相四線制、四極型三相四線制等結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提出的三相系統(tǒng)電壓暫降(暫升)時(shí)DVR最小能量補(bǔ)償控制的
分析方法物理概念明確，思路清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意三相電壓暫降 (暫升)時(shí)最小能量補(bǔ)償控制量的分析。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1、一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法，其特征是所述分析方法包括下列步驟步驟1確定三相電力系統(tǒng)各相電壓相量；步驟2確定負(fù)荷參考電壓軌跡圓；步驟3確定各相極限補(bǔ)償電壓軌跡圓；步驟4判斷DVR能否對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；如果DVR能對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，則執(zhí)行步驟5；否則，跳到步驟9；步驟5確定各相電壓能補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍；步驟6判斷三相系統(tǒng)能否對(duì)稱補(bǔ)償；如果能對(duì)稱補(bǔ)償，則執(zhí)行步驟7；否則，跳到步驟9；步驟7確定對(duì)稱補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍；步驟8控制負(fù)荷電壓的相位以實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償，然后結(jié)束；步驟9不能將負(fù)荷電壓補(bǔ)償?shù)綄?duì)稱的正常幅值，結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法，其特征是所述判斷DVR能否對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，其判斷準(zhǔn)則為，當(dāng)K, + [/皿s^,時(shí)，DVR能對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；否則，DVR不能對(duì)各相電壓實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；其中，",為系統(tǒng)電壓暫降后的電壓，i=A， B， C，分別表示系統(tǒng)的三相；t/。^為極限補(bǔ)償電壓；t^,為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓的幅值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法，其特征是所述判斷三相電壓能否對(duì)稱補(bǔ)償，其方法是，當(dāng)各相電壓可補(bǔ)償?shù)降呢?fù)荷電壓的相位范圍有共同的部分時(shí)，三相電壓能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償；否則，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償控制分析方法，其特征是所述控制負(fù)荷電壓的相位以實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償，其方法是，先計(jì)算出各相負(fù)荷電流的相位；在對(duì)稱補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍內(nèi)，由各相DVR對(duì)應(yīng)的輸出電壓和各相負(fù)荷電流計(jì)算出輸出功率，三相功率之和為DVR總的輸出功率，輸出功率最小的相位為最小能量補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的相位；控制負(fù)荷電壓的相位為輸出功率最小時(shí)的相位，從而實(shí)現(xiàn)DVR最小能量補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域中一種三相電力系統(tǒng)DVR最小能量補(bǔ)償分析方法。技術(shù)方案是，首先建立DVR的控制分析相量圖，確定負(fù)荷參考電壓軌跡圓和各相極限電壓軌跡圓，判斷各相DVR能否實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償并確定負(fù)荷電壓軌跡相位范圍，判斷三相系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償并確定對(duì)稱補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電壓軌跡相位范圍，最終確定DVR輸出能量最小時(shí)的負(fù)荷電壓相位和相應(yīng)的補(bǔ)償電壓。本發(fā)明提出的控制分析方法，以A相負(fù)荷參考電壓相量為相量圖橫軸，以系統(tǒng)電壓相量的終點(diǎn)做補(bǔ)償極限圓來確定DVR補(bǔ)償范圍，物理概念明確，分析計(jì)算簡(jiǎn)便，有效解決三相系統(tǒng)任意不平衡電壓暫降或者暫升時(shí)的最小能量補(bǔ)償問題。
文檔編號(hào)H02J3/28GK101478166SQ20091007786
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者劉穎英, 哲 孫, 徐永海, 肖湘寧, 郭春林 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)