一种基于旋转潮流控制器有功和无功功率解耦控制方法与流程

技术特征：
1.一种基于旋转潮流控制器有功和无功功率解耦控制方法，它主要包括旋转潮流控制器功率变换主电路、测量模块、信号处理模块、功率解耦控制模块、中央处理模块和相角控制模块六个部分；所述测量模块输入端与测量旋转潮流控制器功率变换主电路三相输入、输出电压的电压互感器二次电压输出端以及测量线路上三相电流的电流互感器二次电流输出端连接，所述测量模块处理结果传递给信号处理模块；所述信号处理模块计算结果数据传递给功率解耦控制模块，所述信号处理模块及功率解耦控制模块的计算结果数据同时传递给中央处理模块；所述中央处理模块的计算结果数据传递给相角控制模块，相角控制模块的结果数据分别传递给旋转潮流控制中两个电压移相器的伺服控制器。2.所述的旋转潮流控制器拓扑电路包括一个并联变压器和两个三相电压移相器，其中，并联变压器的一次侧与线路并联，二次侧与两个电压移相器转子绕组并联相连；两台电压移相器的转子绕组并联、定子绕组串联；并联变压器由闭合铁心磁路、一次绕组以及外壳、配件等组成；三相电压移相器由闭合铁心磁路、滑环碳刷连接器，一次绕组、二次绕组以及移相机构、外壳、配件等组成。3.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是：所述的测量模块利用电压互感器和电流互感器，采集建立基于旋转潮流控制器的三相有功和无功功率解耦闭环控制模型所需的电气物理量，包括：潮流控制器接入处的三相输入和输出电压和流经线路的三相电流；并将采集到的电气物理量传递给信号处理模块。4.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是：所述的信号处理模块将对测量模块传入的潮流控制器两侧三相电压和线路的三相电流等电气物理量进行坐标变换，将abc坐标系下的三相电压和三相电流均转化至dq0坐标系下，并选取输入端电压作为参考电压定位在d轴方向上，从而，计算得到潮流控制器三相输入、输出电压和流经线路三相电流的d,q轴分量，以及三相瞬时有功功率和无功功率，并将其分别传递给中央控制模块和功率解耦控制模块。5.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是：所述的功率解耦控制模块将信号处理模块传入的三相瞬时有功功率和无功功率作为反馈值，与期望值比较，分别形成d,q轴功率闭环控制的补偿量，并传递给中央处理模块。6.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是：所述的中央处理模块将功率解耦控制模块传递的有功和无功功率形成的d,q轴功率闭环控制的补偿量，再结合信号处理模块传递的旋转潮流控制器实际输入和输出电压的d轴与q轴分量，计算得到潮流控制器耦合到线路等效的附加控制电压d轴与q轴分量，将其转化为abc坐标系下得到附加控制电压的幅值和相角，并将计算结果传递给相角控制模块。7.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是：所述的相角控制模块根据中央处理模块传入的附加控制电压的幅值和相角，利用旋转相量分解与合成的原理，结合等效附加控制电压的额定电压值，计算得到旋转潮流控制器的两个旋转相量的转子角指令，再将计算结果分别传递给旋转潮流控制器中两个电压移相器的伺服控制器。8.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是：所述的旋转潮流控制器功率变换主电路实质上是两个幅值相等，相角可变的旋转相量在进行合成，根据相角控制模块传入的转子角指令，分别调节两个电压移相器伺服控制
器的位置角，从而改变旋转相量的相角，合成后的相量耦合到线路可等效为一个幅值、相角可独立无级调节的附加电压相量，进而实现旋转潮流控制器对线路上有功潮流和无功潮流的解耦精确的控制。9.根据权利要求1所述的一种基于旋转潮流控制器有功、无功功率解耦控制方法，其特征是该控制方法包括下列具体步骤：a.所述测量模块采集建立形成基于三相有功和无功功率解耦闭环控制模型所需的电气物理量，包括：旋转潮流控制器接入处输入端母线三相瞬时电压u
1a
,u
1b
,u
1c
、输出端母线三相瞬时电压u
2a
,u
2b
,u
2c
、接入处线路上流过的三相瞬时电流i
a
,i
b
,i
c
，将测量到的输入端和输出端母线三相电压和线路三相电流传送给信号处理模块；通过信号处理模块间接测量接入线路上的三相瞬时有功功率和无功功率p,q，并传递给功率解耦控制模块；b.所述的信号处理模块将对测量模块传入的潮流控制器两侧三相电压和线路三相电流等电气物理量进行坐标变换，即从abc坐标系变换为dq0坐标系下，变换前后分别如下：u
1a
,u
1b
,u
1c
变为u
1d
,u
1q
；u
2a
,u
2b
,u
2c
变为u
2d
,u
2q
；i
a
,i
b
,i
c
变为i
d
,i
q
；并选取输入端电压相量作为参考电压定位在d轴方向上；将计算得到的线路瞬时有功功率和无功功率p,q传送给功率解耦控制模块，并将变换坐标系后得到的电气物理量传送给中央处理模块；c.所述的功率解耦控制模块将以信号处理模块传入的三相瞬时有功功率和无功功率作为反馈量，同时读取内部存储的参数与给定数据，包括期望的线路瞬时有功功率p
ref
和无功功率q
ref
，通过比较反馈值与期望值，分别形成d,q轴功率闭环控制的补偿量，并传递给中央处理模块；d.所述中央处理模块读取其内部存储的参数，包括旋转潮流控制器功率变换主电路的内电阻r和电感l、系统角速度的参考值ω；接收从信号处理模块输入的坐标变换后的输入端电压u
1d
,u
1q
和输出端电压u
2d
,u
2q
；计及从功率解耦控制模块输入的功率闭环控制补偿量；计算得到旋转潮流控制器耦合到线路的附加控制电压的分量δu
d
和δu
q
，并将这两个电气物理量从dq0坐标变换到abc坐标下，变换前后如下：δu
d
,δu
q
变为根据abc坐标下的三相附加控制电压可得到三相旋转潮流控制器输出附加控制电压的幅值δu和相角并将其传递给相角控制模块；e.所述的相角控制模块读取预设的附加电压相量额定电压值u
n
，根据中央处理模块传递的附加控制电压的幅值δu和相角计算得到旋转潮流控制器的两个幅值相等、相角可变的旋转相量的转子角指令再分别传递给旋转潮流控制器中两个电压移相器的伺服控制器，通过伺服控制器调节电压移相器的位置角，从而，由两个电压移相器产生的幅值相等、相角可变的旋转电压分相量可以合成为一个幅值和相位均可调的电压相量，耦合到线路后形成相位和幅值均可无级调节的线路附加串联电压，进而实现旋转潮流控制器对线路的有功和无功功率的解耦精确控制；f.所述测量模块、信号处理模块、功率解耦控制模块、中央处理模块、相角控制模块与旋转潮流控制器功率变换主电路的电压互感器和电流互感器二次侧以及两个电压移相器的伺服控制器构成一个闭合的基于三相瞬时有功、无功功率解耦独立控制旋转潮流控制器的控制环路，分以下几步进行计算：1)在abc坐标系下，旋转潮流控制器所接入系统的电路方程为：
2)派克变换后，将输入侧电压作为参考电压固定在d轴上，使得u
1q
＝0，u
1d
＝u1；当在实际电路中，ωl＞＞r，可以忽略r的作用，且电路处于稳态时，可计算线路电流的d轴分量i
d
与q轴分量i
q
如下：3)旋转潮流控制器所在线路的三相瞬时有功功率p与无功功率q可表示为：将电流的d轴分量i
d
与q轴分量i
q
式(2)代入式(3)可得到：由此可看出，在忽略旋转潮流控制器功率变换主电路的内电阻r且系统处于稳态时，所在线路p只与δu
q
有关，q只与δu
d
有关，因此通过调节旋转潮流控制器的δu
q
、δu
d
就可以解耦且独立的分别控制线路瞬时有功功率和无功功率；由于在做dq变换时采用的是恒幅值变换，因此在计算时还需要添加一个修正系数1.5，故线路瞬时有功和无功功率的计算式为：在功率解耦控制模块中引入p,q作为反馈的输入信号，将其分别与期望值p
ref
,q
ref
进行偏差比较，分别形成d,q轴功率闭环控制的补偿量，并传递给中央处理模块，从而控制线路三相有功与无功功率与期望值的偏差在误差范围内，以实现闭环控制和定功率控制；4)将式(5)进行整理后得：由此说明可以分别通过p,q来调节δu
d
与δu
q
，进而调节旋转潮流控制器耦合到线路的附加控制电压的幅值δu和相角大小，实现解耦独立控制；中央处理模块通过读取其内部存储的参数，包括旋转潮流控制器功率变换主电路的内电阻r和电感l、同步角速度的参考值ω；接收从信号处理模块输入的坐标变换后的输入端电压u
1d
,u
1q
和输出端电压u
2d
,u
2q
；接收从功率解耦控制模块输入的功率闭环控制补偿量；将
所得电气物理量的值分别代入上式进行计算，计算得到的即为旋转潮流控制器耦合到线路中等效的线路附加控制电压在dq0坐标系下的分量δu
d
和δu
q
，再经过坐标转换后即可得到形成附加控制电压的幅值δu和相角5)最后，相角控制模块读取预设的附加电压相量额定电压值，根据中央处理模块输出的附加控制电压的幅值和相角，计算得到旋转潮流控制器两个幅值相等、相角可变的旋转相量的转子角指令，再分别传递给旋转潮流控制器中两个电压移相器的伺服控制器，通过伺服控制器调节电压移相器的位置角，从而，由两个电压移相器产生的幅值相等、相角可变的旋转电压分相量合成为一个幅值和相位均可调的电压相量，耦合到线路后形成相位和幅值均可无级调节的附加串联电压，进而实现旋转潮流控制器对线路的有功和无功功率的解耦精确控制。

技术总结
本发明涉及了一种基于旋转潮流控制器有功和无功功率解耦控制的方法，通过测量潮流控制器输入、输出电压以及流过的电流，分别计算输入、输出电压和电流的d轴和q轴分量，以及瞬时有功和无功功率；将有功和无功功率作为反馈量，与期望值比较，形成闭环控制量，结合潮流控制器输入和输出电压，确定耦合到线路的附加电压的幅值和相角；再根据相量的分解与合成原理，求取分相量的相位角，调节潮流控制器中两个电压移相器的位置角，进而解耦控制所在线路上的有功和无功功率。本发明在提供一种基于旋转潮流控制器有功和无功功率解耦控制方法的同时，也提供了一种低成本、强抗冲击能力、高可靠性以及易维护的线路潮流控制新方案。靠性以及易维护的线路潮流控制新方案。


技术研发人员：颜湘武 邓婉君 贾焦心
受保护的技术使用者：保定友源电力科技有限公司
技术研发日：2021.08.20
技术公布日：2022/3/3