薹 至主簦 Ｇ。ｎｇＹ－Ｙｕ Ｊｉｓｈｕ 配电网中磁控电抗器的无功补偿控制方法探讨 周强强 陈杰明 杨波 王晨 （１．广卅Ｉ供电局，广东广州５１０６４０；２．强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学），湖北武汉４３００７４） 摘要：磁控电抗器具有输出可调感性无功的能力，现在研究磁控电抗器原理的基础上，基于瞬时无功功率理论，提出了一种适用于 配电网中无功补偿应用的控制方法。 关键词：磁控电抗器；无功补偿；瞬时无功功率理论 ０引言 随着现代电力系统规模的不断发展，对于无功补偿的要求 也不断提高。磁控电抗器能够实现感性无功的可控调节，与并 联电容器组成的动态无功补偿装置能够实现容性与感性的连 续无功调节，同时具有成本低、占地面积小、维护简便等特点， 能满足现代电力系统的要求，具有广阔的应用前景 。 本文根据瞬时无功功率理论将系统侧三相电流瞬时量变 换为两相电流稳态分量，提出了一种适用于变电站无功补偿的 双电流闭环控制方法。 １磁控电抗器的原理 磁控电抗器的结构原理图与电路原理图分别如图１（ａ）、 （ｂ）所示。其结构是由铁芯Ｉ、Ⅱ以及旁轭构成，每个铁芯的长 度为Ｚ一 、面积段为 ，中间具有长度为 、面积为Ａ 的小截 面段（ ＜ ）。２个铁芯上下对称地绕有２个匝数为Ｎ／２的 绕组（总匝数为Ｎ），上下各有一抽头比为 ＝Ｎ２／Ｎ的抽头分 别与晶闸管Ｋ 、 连接，不同铁芯的上下２个绕组交叉连接后 并联至电网，二极管Ｄ则跨接在２个绕组交叉处。 如果晶闸管Ｋ 、Ｋ。不导通，磁控电抗器等同于空载变压 器。当电源 ｓｉｎ￣ｏｔ分别处在正负半周期时，晶闸管Ｋ 、Ｋ 轮流触发导通，经变比为 的线圈经自耦变压后由匝数为Ｎ 的线圈向电路提供直流控制电压和电流，而二极管Ｄ起了续流 作用。通过改变晶闸管导通角可以改变铁芯的磁饱和度，从而 实现磁控电抗器容量的平滑调节。 ２磁控电抗器的无功补偿控制方法 ２．１ 瞬时无功功率理论与无功信号的检测 瞬时无功功率理论首先在１９８４年由赤木泰文提出，其基 本思路是通过坐标变换将三相系统的电压、电流变换为两相正 交电压、电流矢量，并定义了三相系统的瞬时有功功率和瞬时 无功功率 。 将该理论应用到无功补偿控制中可以实现控制方法参考 量稳定的直流量，而不是周期变化的正弦量，有利于提高控制 的响应速度与控制精度。对三相系统信号中的无功分量进行 检测多采用ｉ －－ｉ 法。该检测法先将三相电流ｉ ｉ ｉ 变换为 ａ— 坐标系两相电流ｉ 、如，再将电流的有功分量和无功分量分 解出来，即将ａ一 坐标系变换到与电压同频率的ｄ—ｑ坐标系 ８２ ｓｉｍｏｔ （ａ）结构图 Ｎ１｛２ ｌ｛ ｅ＝Ｅ．ｓｉｎ￣ｔ （ｂ）电路图 图１磁控电抗器结构原理与电路原理图 中，同时将ｄ轴与电压保持同相位，则可得到电流的有功分量 ｉ 和无功分量ｉ 。ｉ 一ｉ 检测法的变换过程如图２所示，变换 矩阵如式（１）、（２）所示。 ｉｑ ｉｑ 图２ ｉｐ—ｉ 检测法原理图 ［ 排 ２ Ｌｉｃ １（１） ￣ｏｎｇｙｌ Ｊｉｓｈｕ 三兰兰茎 置 嘲一 嘲 ［一 二 蚴 ２－２双电流闭环的无功补偿控制方法 Ｋ 、Ｋｎ为内环ＰＩ控制系数；Ｋｐ２、Ｋ 为外环ＰＩ控制系数。 —ＳＤ３２５－－８９（（电力系统电压和无功电力技术导则》规定，“高 压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调节电压装置的电 Ｋｐ （ｉ －－一ｉ ）＋Ｋ ∑臣 （ ）～ ￣ｑ￣ｅｔ（ ）］ （３） 力用户，功率因数为０．９０以上”，在配电网中基于磁控电抗器 啦 ］ ㈤ 进行无功补偿能够实现感性无功功率的连续跟随调节，保证系 统功率因数维持在合格水平，不受负荷波动的影响，同时具有 ｌ ）一 （ ）］ 响应速度快、无功容量大的优点 Ｊ １］ 在配电网中，根据瞬时无功功率补偿理论，采用 一 。检 Ｉ １ ｌ＋Ｋ ２ １ ）一ｋｌ（ ）］ 测法将系统侧三相电流的周期量变换为两相稳态量，通过电流 ＿Ｊ 内环直接对稳态量进行无功补偿控制以及电流外环进行磁控 １ 电抗器无功补偿电流控制的双电流闭环控制方法，有利于减少 （５） 控制过程的波动，从而缩短无功补偿的暂态过程时间。基于磁 控电抗器的无功补偿双电流闭环控制方法示意图如图３所示。 ３结语 该方法的控制目标为系统侧功率因数，采用双电流闭环的ＰＩ 在配电网中基于瞬时无功功率理论的变电站无功补偿控 控制方式。 制方法，采用工程上广泛应用的双电流闭环ＰＩ控制方式，以变 电站的功率因数为控制目标，并根据瞬时无功检测 方法将有功与无功进行分离控制，能提高响应速度 Ｅ］ ，●●● ｊ 与控制精度，满足工程应用的需要，具有较高的应 ： 用价值，适合在实际工程中推广。 ． 巨 ［参考文献］ ［１］陈柏超．新型可控饱和电抗器理论及应用［Ｍ＝］．武 汉水利电力大学出版社，１９９９ ［－２３姜齐荣，谢小荣，陈建业．电力系统并联补偿：结 构、原理、控制与应用ＥＭ３．机械工业出版社，２００４ ∑ ∑ ∑ 图３双电流闭环控制方法示意图 电流内环闭环控制是指将系统侧 、 、 。通过ａｂｃ一 、 ａ 一幽变换为ｉ 、 ，再根据系统侧的有功分量得到元功分量 的参考量，即： 一 ×ｔａｎ（ａｒｃｏｓｆｐ￣）（ 为设定功率因数角）， 然后利用系统实际的无功分量 与参考的无功分量 通过低 通滤波器得到稳态量 、 ，比较后经ＰＩ调节得到 ～ ，再逆 变换后得到电流外环控制的三相参考量 、 、 。 电流外环闭环控制是指将磁控电抗器的三相电流 、 、 收稿日期：２０１３—０９—２３ 和电流内环控制输出的三相参考量 、 、 ，分别通过 作者简介：周强强（１９８２一），男，江西抚州人，高级工程师，从 ＦＦ丁变换得到实际的三相电流基波的幅值Ｊ 、 、 和指 事变电管理工作。 令的三相电流基波的幅值Ｊ 、ｋ 、 ，比较后经ＰＩ调节输 杨波（１９８８～），男，广东汕头人，硕士研究生，研究方向：电力 出触发角‰ 、‰、‰ ，从而控制磁控电抗器的输出容量。 系统继电保护。 机电信息２０１３年第３３期总第３８７期 ８３
