一种基于MCR和SVG的无功补偿系统协调控制方法

摘要

本发明提供一种基于MCR和SVG的无功补偿系统协调控制方法，属于数据处理技术领域，无功补偿系统包括无功补偿设备，所述无功补偿设备至少包括两台SVG和一台MCR，所述无功补偿系统至少选择一个SVG作为主机，且MCR作为从机；协调控制方法包括：根据所述考核点的电压信号和电流信号计算当前无功功率；确定需要补偿的无功功率的极性；在极性为容性的情况下，仅由SVG补偿无功功率；在极性为感性的情况下，由SVG和MCR共同进行无功补偿。本发明设计了一种SVG和MCR组成的无功补偿系统，并提出了一种基于响应时间最优的协调控制方法，兼顾了SVC与SVG的优缺点，提高系统动态调节能力。

说明书

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，具体涉及一种基于MCR和SVG的无功补偿系统协调控制方法。

背景技术

近年来，我国大力发展风光等可再生能源，然而，随着风光等可再生能源渗透率的增加，可再生能源接入对电力系统的影响不容忽视，风能、太阳能等时空分布特性和不确定性易导致电力系统出现并网功率因数不合格、电压偏差和电压波动等问题。无功补偿装置（SVC）和无功发生器（SVG）是解决上述问题的有效手段，可以根据系统需要，平滑地调整无功功率，且注入电网的谐波含量较小，具有良好的应用前景。

磁控电抗器（MCR）作为一种典型的无功补偿装置（SVC），是利用附加直流励磁，磁化电抗器铁芯，通过调节磁控电抗器铁芯的磁饱和程度，改变铁芯的磁导率，实现电抗值的连续可调。相比于SVG，MCR作为磁控并联电抗器设备，只能补偿感性无功且设备响应时间慢，在MCR的额定容量范围内，需要0.5S左右才能才到设定的目标值，但单位容量的成本较低。因此需要一种结合SVG和MCR两者优点于一体的无功补偿系统。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种基于MCR和SVG的无功补偿系统协调控制方法，针对感性无功补偿量大的应用场景，能够最大程度节省无功补偿系统的成本，同时能提供快速响应的无功支撑。

本发明提供一种基于MCR和SVG的无功补偿系统协调控制方法，所述无功补偿系统包括无功补偿设备，所述无功补偿装备用于采集考核点的电压信号和电流信号；所述无功补偿设备至少包括两台SVG和一台MCR，所述无功补偿系统至少选择一个SVG作为主机，且MCR作为从机；

所述协调控制方法包括：

主机SVG接收到无功指令值后，根据所述考核点的电压信号和电流信号计算当前无功功率；

确定需要补偿的无功功率的极性；

在极性为容性的情况下，仅由SVG补偿无功功率；

在极性为感性的情况下，由SVG和MCR共同进行无功补偿；计算主机SVG接收到的无功指令值和当前无功功率的差值，得到无功功率补偿量；无功功率补偿量在SVG额定容量范围内时，先由SVG补偿无功功率，并按照一定的周期调整SVG减小预设步长无功功率、MCR增加所述预设步长的无功功率，直到SVG实际功率占SVG额定功率的比值与MCR实际功率占MCR额定功率的比值相等；

若无功功率补偿量超过SVG额定容量范围内时，则控制SVG满发补偿一部分无功功率，剩余的无功功率由MCR补发，然后按照一定的周期调整SVG减小预设步长无功功率、MCR增加所述预设步长的无功功率，直到SVG实际功率占SVG额定功率的比值与MCR实际功率占MCR额定功率的比值相等。

进一步地，所述根据所述考核点的电压信号和电流信号计算当前无功功率，包括：对考核点处的电压信号

进一步地，所述无功补偿系统至少选择一个SVG做主机，且MCR作为从机，包括：

选择一台SVG作为主机，另一台SVG和MCR作为从机；其中，两台SVG之间进行通信连接，两台SVG分别与MCR通信连接，两台SVG分别与后台的AVC设备通信连接，所述AVC设备用于给定所述无功指令值。

选择一台SVG均作为主机，另一台SVG作为备用主机，作为主机的SVG故障时，可切换到另一台作为备用主机的SVG上。

进一步地，作为主机的SVG通过光纤采集作为从机的SVG故障状态和运行状态，作为主机的SVG通过485通讯采集作为从机的MCR故障状态。

本发明的有益效果在于，本发明提供一种基于MCR和SVG的无功补偿系统协调控制方法，一方面，针对感性无功补偿量大的应用场景，设计了一种SVG和MCR组成的无功补偿系统，MCR的单位容量成本低，同时SVG和MCR均支持并机扩容，可以根据实际的容感性无功补偿量需求自由组合，在减少了无功补偿系统的成本，同时提高无功补偿系统的快速响应性能。另一方面，本发明针对所设计的无功补偿系统提出了一种基于响应时间最优的SVG与MCR协调控制方法，不需要设置单独协调的控制器，而且兼顾了SVC与SVG的优缺点，最大程度的提高系统动态调节能力，同时尽量压缩无功补偿系统的成本。此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的无功补偿系统的连接结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种协调控制方法的流程的示意流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面对本发明中出现的关键术语进行解释。

SVG：无功发生器，一种静止的并联无功发生或者吸收装置,可以调整其输出为容性或感性电流从而达到控制电力系统特定参数(通常是母线电压)的目的。

SVC：无功补偿装置，由电容器及各种电抗元件构成与系统并联并向系统供应或从系统吸收无功功率的装置。

MCR：磁控电抗器，是一种容量可调的并联电抗器，主要用于电力系统的无功补偿。

无功补偿系统系统需要根据电网要求实现所有无功补偿设备的自动调节和自动投切，根据实际应用考虑恒装置无功、恒考核点电压和恒考核点功率因数三种运行工况，SVG和MCR内部协调控制，多种运行模式下，一个SVG控制系统计算系统所需总无功控制多台SVG和MCR装置运行。由于无功补偿系统由多台SVG和MCR设备组成，要保证系统的可靠运行，无功补偿系统需要完备的故障控制逻辑，只要还有一台设备能运行，系统就可以继续补偿无功。

基于上述原理本实施例提供一种无功补偿系统，图1是本发明一个实施例的无功补偿系统在电网中的连接结构示意图。

如图1所示，无功补偿系统包括无功补偿设备，所述无功补偿装备用于采集考核点的电压信号和电流信号；所述无功补偿设备至少包括两台SVG和一台MCR，所述无功补偿系统至少选择一个SVG作为主机，且MCR作为从机；选择一台SVG作为主机，另一台SVG和MCR作为从机；其中，两台SVG之间进行通信连接，两台SVG分别与MCR通信连接，两台SVG分别与后台的AVC设备通信连接，所述AVC设备用于给定所述无功指令值；选择一台SVG均作为主机，另一台SVG作为备用主机，作为主机的SVG故障时，可切换到另一台作为备用主机的SVG上。

在本实施例中无功补偿系统内部需要有一台主机来计算统筹分配无功功率，取其中一个SVG做主机，计算进行两台SVG和一台MCR装置无功指令。例如第一SVG做主机，第二SVG和MCR做从机，两台SVG均可做主机，正常使用时使用一台主机，另一台主机作为备用，做主机的SVG故障时，可切换到另一台SVG做主机，做从机的SVG或MCR故障时可自动切除，不影响无功补偿系统运行。

在本实施例中两台SVG均可作为主机，其中作为的从机SVG故障时，剩余的一台SVG和MCR共同补偿无功；作为主机的SVG故障时，作为从机SVG可切换为主机继续运行；MCR发送故障时，由两台SVG补偿无功；若两台SVG同时故障时，MCR仍可以继续补偿感性无功，但是MCR无法补偿容性无功；一台SVG和MCR故障时，剩余的一台SVG可以在自身额定容量范围内补偿系统无功。

作为主机的SVG通过光纤采集作为从机的SVG故障状态和运行状态，作为主机的SVG通过485通讯采集作为从机的MCR故障状态。具体的，第一SVG与第二SVG采用光纤通信，通过第一SVG和第二SVG设备上RS485-1接口连接通信线接入MCR，第一SVG和第二SVG设备上RS485-2接口连接通信线，与后台的AVC设备的RS486接口连接

本发明实施例提供的无功补偿系统由一台或多台SVG并机和MCR两种设备组成，各设备之间可形成通讯环路使无功指令能够正确分配到每台设备，同时各设备之间能同时与现场工控机通讯，方便工控机监控管理各设备情况。

综上所述，本实施例一种含磁控并联电抗器和SVG的无功补偿系统，综合了SVG和MCR的优点，提供快速响应的无功支撑，提高电网功率因数，抑制电压波动，但两设备间的协调配合需要完善的控制策略和保护逻辑，如果没有完善的控制策略，不仅不能发挥两种装置的优点，反而会使整个系统受制于各装置的缺点，降低响应速度，更严重的可能会引发系统振荡，发生危险。所以本发明针对含MCR和SCG的无功补偿系统，设计一种特定的协调控制方法。如图2所示，所述协调控制方法包括：

主机SVG接收到无功指令值后，采集电网考核点上电流互感器的电流信号和电压互感器上的电压信号，根据所述考核点的电压信号和电流信号计算当前无功功率，包括：对考核点处的电压信号

确定需要补偿的无功功率的极性；

在极性为容性的情况下，仅由SVG补偿无功功率；具体地，若无功补偿量小于SVG的额定容量，则仅由SVG进行无功补偿；若否，则仅由SVG满发进行无功补偿。

在极性为感性的情况下，由SVG和MCR共同进行无功补偿；计算主机SVG接收到的无功指令值和当前无功功率的差值，得到无功功率补偿量；无功功率补偿量在SVG额定容量范围内时，先由SVG补偿无功功率，并按照一定的周期调整SVG减小预设步长无功功率、MCR增加所述预设步长的无功功率，直到SVG实际功率占SVG额定功率的比值与MCR实际功率占MCR额定功率的比值相等；若无功功率补偿量超过SVG额定容量范围内时，则控制SVG满发补偿一部分无功功率，剩余的无功功率由MCR补发，然后按照一定的周期调整SVG减小预设步长无功功率、MCR增加所述预设步长的无功功率，直到SVG实际功率占SVG额定功率的比值与MCR实际功率占MCR额定功率的比值相等。

具体的，当需要补偿感性无功功率时，作为主机的SVG检测到无功指令变化时，根据该SVG接收到的无功指令值和当前无功功率计算无功功率补偿量△Q=Q

传统的方法中，AVC设备给的指令经过SVG转接，再传给MCR，这期间的响应时间，为AVC给SVG指令的通讯时间，2秒左右，加上SVG给MCR的通讯时间，2秒左右，再加上MCR的响应时间，1秒左右，约5s左右；并且SVG和MCR的响应速度差别大，加上通讯时间长，至少需要2-3个置换周期进行调整，也就是10-15秒。本实施例提供的方法，在SVG额定容量范围内，可以实现无功补偿系统响应时间等于AVC给SVG指令的通讯时间加SVG的响应时间，约2秒，在超过SVG额定容量时，无功补偿系统响应时间等于一个置换周期，约5秒，在本实施例提供的方法下，无功补偿系统响应时间远远低于传统方式的响应时间，并且保证了SVG和MCR以相等的功率系数均匀地输出无功功率，避免了一台设备大负荷运行而另一台设备轻载运行的弊端，可以有效保护各设备平稳运行，延长使用寿命。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内或任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。