一种电网动态无功补偿器控制方法及系统与流程

本发明涉及补偿器控制，具体涉及一种电网动态无功补偿器控制方法及系统。

背景技术：

1、新型数字智能电网建设是目前电网发展的主要趋势，无功补偿和谐波问题在智能电网环境下面临了新挑战，动态无功补偿装置（svg）作为新技术能较好地解决因电力系统无功功率幅值不足会造成供电系统功率因数下降的问题，从而减少设备发热损耗和线损，延长用电设备的寿命。

2、现有技术存在以下不足：

3、1、补偿器在设计时对特定负载条件进行了优化，难以适应快速变化的电网环境，并且补偿器仅基于电网的功率因素进行无功功率幅值补偿调节，未能结合补偿器自身健康状态进行后续可能需要的优化，无法保障补偿器的稳定性运行，使得补偿器在特殊场景下的无功功率幅值动态调节自适应性差；

4、2、由于缺乏实时数据处理和快速控制策略，无功补偿器在面对动态负载变化时，常常因为响应延迟而导致电网功率因数下降，容易导致电网供电波动，影响电网运行的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电网动态无功补偿器控制方法及系统，基于pid控制算法结合电网当前状况对补偿器进行快速控制，有效降低了供电系统的波动，提高电力质量，并且结合补偿器自身健康状态对无功功率幅值进行二次优化判断，进一步提高电网运行的稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电网动态无功补偿器控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

3、控制系统实时采集电网中的电力参数，计算电力参数中实际值与目标值之间的误差值，利用pid控制算法分析误差值后，生成对补偿器的控制信号；

4、依据控制信号调节补偿器的交流器输出的无功功率幅值，在进行pid控制分析过程中，控制系统同时分析补偿器的健康状态，并依据健康状态分析结果判断是否需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节；

5、基于调节结果控制补偿器提供或吸收无功功率幅值，实时调整电网的功率因数，并依据补偿器的健康状态分析结果生成相应的控制策略。

6、在一个优选的实施方式中，利用pid控制算法分析误差值后，生成对补偿器的控制信号，包括以下步骤：

7、pid控制器获取误差值后，将误差值代入pid控制算法计算获取输出值；

8、将实时功率因素与功率因素监测范围比较结果集合输出值生成对补偿器的控制信号，若，且，表明电网中的实时功率因素低，生成需要补偿器向电网提供无功功率幅值的控制信号；

9、若，且，表明电网中的实时功率因素高，生成需要补偿器向电网吸收无功功率幅值的控制信号；

10、若，则不生成控制信号，为输出阈值，为实时功率因素，表示最小功率因素阈值，表示最大功率因素阈值。

11、在一个优选的实施方式中，所述pid控制器获取误差值后，将误差值代入pid控制算法计算获取输出值，表达式为：，式中，为输出值，为误差值，表示累积时长，、、分别为比例增益、积分增益以及微分增益，且、、均大于0，为积分项，为微分项。

12、在一个优选的实施方式中，依据控制信号调节补偿器的交流器输出的无功功率幅值，包括以下步骤：

13、控制系统获取补偿器的无功功率幅值吸收最大值以及无功功率幅值输出最大值，并获取pid控制的输出值；

14、当控制信号为需要补偿器向电网提供无功功率幅值时，调节算法为：

15、，式中，为提供无功功率幅值，为输出值，为补偿器的无功功率幅值输出最大值；

16、当控制信号为需要补偿器向电网吸收无功功率幅值时，调节算法为：

17、，式中，为吸收无功功率幅值，为输出值，为补偿器的无功功率幅值吸收最大值。

18、在一个优选的实施方式中，在进行pid控制分析过程中，控制系统同时分析补偿器的健康状态，包括以下步骤：

19、控制系统获取补偿器的谐波含量以及多部件温度增长赋值，将谐波含量以及多部件温度增长赋值进行归一化处理，使谐波含量以及多部件温度增长赋值的取值范围映射到[0,1]之间，获取谐波含量归一化值以及多部件温度增长赋值归一化值，将谐波含量归一化值减去多部件温度增长赋值归一化值获取补偿器的健康因子，补偿器的健康因子取值越大，表明补偿器的健康状态越差，将获取的健康因子与预设的异常阈值进行对比，若健康因子大于异常阈值，分析补偿器的健康状态差，若健康因子小于等于异常阈值，分析补偿器的健康状态好。

20、在一个优选的实施方式中，通过傅里叶变换来分析补偿器电流波形中的谐波成分，谐波含量的计算表达式为：，式中，为谐波含量，为信号的周期，为信号随时间的瞬时值，为谐波次数，为虚数单位，且，为角频率项。

21、在一个优选的实施方式中，所述多部件温度增长赋值的计算逻辑为：获取补偿器中各个部件的温度增长速率，基于多个部件的温度增长速率计算温度增长速率均值以及温度增长速率标准差，依据温度增长速率均值以及温度增长速率标准差生成多部件温度增长赋值；

22、若温度增长速率均值小于等于增长速率阈值，且温度增长速率标准差小于等于标准差阈值，多部件温度增长赋值等于5.2；

23、若温度增长速率均值小于等于增长速率阈值，且温度增长速率标准差大于标准差阈值，多部件温度增长赋值等于4.8；

24、若温度增长速率均值大于增长速率阈值，且温度增长速率标准差大于标准差阈值，多部件温度增长赋值等于4.0；

25、若温度增长速率均值大于增长速率阈值，且温度增长速率标准差小于等于标准差阈值，多部件温度增长赋值等于3.2。

26、在一个优选的实施方式中，依据健康状态分析结果判断是否需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节，基于调节结果控制补偿器提供或吸收无功功率幅值，实时调整电网的功率因数，包括以下步骤：

27、当分析补偿器的健康状态好时，判断不需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节，当分析补偿器的健康状态差时，判断需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节，即需要对补偿器的提供无功功率幅值或吸收无功功率幅值进行调小处理，二次调节算法为：

28、，式中，为二次调节后的提供无功功率幅值，为二次调节前的提供无功功率幅值，为二次调节后的吸收无功功率幅值，为二次调节前的吸收无功功率幅值，为健康因子；

29、依据二次调节后的提供无功功率幅值或二次调节后的吸收无功功率幅值实时调整电网的功率因数。

30、在一个优选的实施方式中，控制系统实时采集电网中的电力参数，计算电力参数中实际值与目标值之间的误差值，包括以下步骤：

31、控制系统获取电网的有功功率幅值以及无功功率幅值，基于有功功率幅值以及无功功率幅值计算获取功率因素，表达式为：，式中，为功率因素，为有功功率幅值，为无功功率幅值；

32、控制系统获取电网的实时功率因素，将实时功率因素与预设的功率因素监测范围进行比较，依据实时功率因素与预设的功率因素监测范围的比较结果计算误差值，表达式为：

33、，式中，为误差值，为实时功率因素，表示最小功率因素阈值，表示最大功率因素阈值。

34、一种电网动态无功补偿器控制系统，包括计算模块、一次调节模块、二次调节模块；

35、计算模块：实时采集电网中的电力参数，计算电力参数中实际值与目标值之间的误差值；

36、一次调节模块：利用pid控制算法分析误差值后，生成对补偿器的控制信号，确保无功功率幅值补偿精确并响应迅速，依据控制信号调节补偿器的交流器输出的无功功率幅值；

37、二次调节模块：在进行pid控制分析过程中，同时分析补偿器的健康状态，并依据健康状态分析结果判断是否需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节，基于调节结果控制补偿器提供或吸收无功功率幅值，实时调整电网的功率因数，并依据补偿器的健康状态分析结果生成相应的控制策略。

38、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

39、1、本发明利用pid控制算法分析误差值后，生成对补偿器的控制信号，依据控制信号调节补偿器的交流器输出的无功功率幅值，控制系统同时分析补偿器的健康状态，并依据健康状态分析结果判断是否需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节，基于调节结果控制补偿器提供或吸收无功功率幅值，实时调整电网的功率因数。控制系统基于pid控制算法结合电网当前状况对补偿器进行快速控制，有效降低了供电系统的波动，提高电力质量，并且结合补偿器自身健康状态对无功功率幅值进行二次优化判断，进一步提高电网运行的稳定性；

40、2、本发明在进行pid控制分析过程中，控制系统同时分析补偿器的健康状态，并依据健康状态分析结果判断是否需要对交流器输出的无功功率幅值进行二次调节，基于调节结果控制补偿器提供或吸收无功功率幅值，实时调整电网的功率因数，并依据补偿器的健康状态分析结果生成相应的控制策略，从而能够有效对补偿器进行有效控制和管理。