优质电力园区多DFACTS设备协调控制策略.pdf

第 5 2卷第 2 4期 2 0 1 S年1 2月 2 5日 电测与仪表 El e e t r i c a l M e a s ur e m e n t I n s t r u m e nt a t i o n VD 1 5 2 No 2 4 De e 2 5， 2 0 1 5 优 质 电力 园区多 D F A C T S设备协调控 制策 略 术 梁营玉 ， 刘建政 ， 许杏桃。 ， 王一 ， 杨奇逊 ( 1 华北电力大学 新能源电力 系统国家重点实验室， 北京 1 0 2 2 0 6； 2 清华大学 电力 系统及 发 电设备控制和仿真国家重点实验室， 北京 1 0 0 0 8 4； 3 江苏省 电力公司电力科学研 究院 ， 南京 2 1 1 1 0 0 ) 摘要： 优质电力园区利用多种 D F A C T S 设备为园区内不同等级的负荷提供相应等级的电能， 是一种解决电能质 量问题的重要手段。由于多种 D F A C T S 设备可能同时动作， 需要对它们进行协调控制。文章依托南京青奥会 优质电力园区配套工程， 提出基于电能质量监控中心的多 D F A C T S 设备协调控制策略， P S C A D E M T D C的仿真 结果验证了该方法的正确性和有效性。 关键词 ： 优质 电力园区； 协调控制 ； D F A C T S ； 电能质量监控 中心 中图分类号 ： T M 7 1 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 5 ) 2 4 - 0 0 6 5 -09 Co o r d i n a t e d c o n t r o l s t r a t e g y o f mu l t i p l e DF ACTS i n p r e mi u m p o we r p a r k L i a n g Y i n g y u ， L i u J i a n z h e n g ， X u X i n g t a o ， Wa n g Y i ， Y a n g Q i x u n ( _ f S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r A l t e r n a t e E l e c t r i c a l P o w e r S y s t e m w i t h R e n e w a b l e E n e r g y S o u r c e s 。 N o r t h C h i n a E l e c t r ic P o w e r U n iv e r s i ty ， B e ij i n g 1 0 2 2 0 6 ， C h i n a 2 S t a t e K e y L a b of C o n t r o l a n d S i m u l a t i o n of P o w e r S y s t e m s a n d G e n e r a t i o n E q u ip m e n t s ， T s i n g h u a U n i v e r s i t y ， B e i i n g 1 0 0 0 8 4， C h i n a 3 J i a n g s u E l e c t r i c P o w e r C o m p a n y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n j i 矗 g 2 1 1 1 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：P r e mi u m p o w e r p a r k p r o v i d e s c o r r e s p o n d i n g p o we r s u p p l y f o r d i f f e r e n t l e v e l s o f l o a d u s i n g mu h i p l e D F AC T S，w h i c h i s a n i mp o r t a n t me a n s t o S O l V e p o we r q u a l i t y p r o b l e mMu l t i p l e DF AC T S ma y o p e r a t e s i mu l t a n e o u s - l y ， S O t h e y n e e d b e c o o r d i n a t e d D e p e n d i n g o n N a n j i n g Y o u t h O l y m p i c G a m e s P r e m i u m P o w e r P a r k e n g i n e e ri n g ， C O - o r d i n a t e d c o n t r o l s t r a t e g y o f mu l t i p l e DF AC T S b a s e d o n p o w e r q u a l i t y mo n i t o ri n g a n d c o n t r o l l i n g c e n t r e i s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s i n P S C AD E MT DC v e ri f y i t s v a l i d i t y a n d e f f e c t i v e n e s s Ke y wo r d s ： p r e mi u m p o w e r p a r k，c o o r d i n a t e d c o n t r o l ， D F AC T S，p o w e r q u a l i t y mo n i t o rin g a n d c o n t r o l l i n g c e n t r e ( P Q MC C ) 0 引 言 基于微处理器和电力 电子器件的设备已成为制 造业和商业应用中不可或缺的一部分， 如银行、 数据 中心、 半导体制造、 医院等。这些敏感设备对电能质 量 的要求较高 ， 发生 电能质量 问题往 往会引起设备 损坏 、 重大的经济损失甚至人身安全 。 为了满足敏感负荷对良好电能质量的需求 ， 过 去十几年， 先进的 D F A C T S 设备得到迅速发展， 并且 它们的性能在 中低压 配电系统 中均 已得 到验 证 ， 大 部分已经商业化生产 J 。 关于单 台D F A C T S设备的控制运行策略， 已有诸 十 基金项 目： 2 0 1 2国网科技项 目( 5 2 1 0 0 1 1 3 0 4 6 5 ) 多研究成果 ， 文献 36 分别 阐述 了动态 电压恢复 器 ( d y n a mi c v o h a g e r e s t o r e r ， D V R) 、 固 态 切 换 开 关 ( s o l i d s t a t e t r a n s f e r s w i t c h ， S S T S ) 、 配电网静止 同步补 偿 器 ( d i s t ri b u t i o n s t a t i c s y n c h r o n o u s c o m p e n s a t o r ， D S T A T C O M)和 晶 闸 管 投 切 的 电 容 器 ( t h y r i s t o r s w i t c h e d c a p a c i t o r ， T S C) 的控制 运行 原理。近年来 ， 许多学者针对两种不 同 D F A C T S设备 的协调控制策 略， 开展了广泛 的研究并取得 了一 定的成果。文献 7 提 出基 于专 家决 策 的单 台 D S T A T C O M 与多 台 T S C的协调控制策略， 实现了离散子系统 T S C和连 续子系统 S T A T C O M 的协调控制。文献 8 提出一种 基于模糊预测 的 S V C和 S T A T C O M联合运行协调控 制策略， 该策略可以有效避免 S V C和 S T A T C O M 由于 一 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第2 4期 2 0 1 5年1 2月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me nt& I n s t r u m e nt a t i o n V0 1 5 2 NO 2 4 De c 2 5。 2 01 5 动态性能上 的差异引起 的负交互影响 ， 使 小容量 的 S T A T C O M抑制电压闪变 ， 大容量的 S V C用于无功补 偿 ， 仿真结果验证 了协调 控制策略的有效性和正确 性。然而 ， 优质 电力 园区一般含有多种 D F A C T S设备 且电气距离较近 ， 系统发生扰动 时， 为了满足极敏感 负荷对 电 能 质 量 的 要 求 ， 往 往 需 要 园 区 内 多 种 D F A C T S同时动作。此时， 多种 D F A C T S设备的协调 控制策略显得尤为重要。然而 ， 关于多 D F A C T S设备 协调控制的研究成果鲜有报导。 文中依托南京青 奥会优质 电力园 区配套工 程 ， 针对园区内的 D V R、 S S T S 、 D S T A T C O M 和 T S C， 提 出 了多种 D F A F C T S设备 的协调控制策略。在 P S C A D E MT D C中搭建仿真平 台， 验证文 中所提协调控制策 略的正确性和有效性 。 1 青奥会优质 电力园区 1 1 园 区拓 扑结构 南京青奥会优质电力 园区的拓扑单线视 图如图 1所示 图 1 优 质 电力 园区拓 扑 结构 Fi g 1 To p o l o g y s t r u c t u r e o f p r e mi u m p o we r pa r k 电力 园区的进 线为两条 1 l O k V的线路 ； 为保证 供 电的可靠性 ， 敏感负荷 由 1 0 k V I段母线 的出线 l 和 1 0 k VI I 段母线 的出线 7分别供 电， 一路为主电源 ， 一 路为备用 电源。为提 高电能质量水平 ， 园 区内安 一 66 一 装了 D V R、 S S T S 、 单 台 D S T A T C O M 以及多组 T S C等 D F A C T S设备。 1 2动 态电压恢 复 器( D V R) D V R是一种先进 的串联补偿设备 ， 能够通过耦 合变压器向系统 中注入幅值和相位均可调的三相独 立的交流电压。D V R由机械旁路开关、 电压源逆变 器 、 输出滤波器、 直流储 能单元和串联变压器五部分 组成 j ， 如图 2所示 。 图 2 D V R基 本结 构及与 系统 连接 图 F i g 2 DVR b a s i c s t r u c t u r e a n d c o n n e c t e d po we r s y s t e m d i a g r a m 由于前馈控制方式控制简单 ， 动态 响应速度快 ， 在很多场合得到应用。前馈控 制方式原理 ： 将 负载 电压的参考值与 D V R电源侧 电压相 比较 ， 误 差信 号 作为 P WM逆变器的调制信号 m J 。传统 的前馈控制 方式虽然响应速度较快 ， 但 D V R的补偿效果受滤波 器参数的影 响， 控 制精度低 ， 且 系统阻尼较小 ， 补偿 系统电压跌落时易发生振荡 。 文 中采用图 3所示 的双闭环控制策 略l ， 即在 前馈控制方式的基础上进行了如下改进 ： ( 1 ) 引人实 际负载电压进行 电压外环反馈控制 ， 提高系统的控 制精度 ； ( 2 ) 引入 电容电流进行 电流 内环反馈控制 ， 提高控制系统 的稳定裕度。图 3控制策略 中 v 2 ( s ) 对 ( s ) 的闭环传递函数的频率特性 曲线如 图4所 示 ， 从图中看可以看出 ： 在低频段 ， 系统 的输 m能很 好 的跟踪输入信号 ； 在高频段 ， 高频干扰信号得剑 了 很好的抑制 。文献 1 1 详细 阐述了电压反馈增益 k 和电流反馈增益 k 的选取方法 ， 文章不再赘述 。 本文采用的 D V R模型具有以下特点 ： ( 1 ) 拓扑结构如图 2所示 ； ( 2 ) 应用于 3 8 0 V电压等级 ； ( 3 ) 可 以分 相控 制 ， 能够 补偿 电压 跌 落 、 电压 暂升 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 4期 2 0 1 5年1 2月 2 5日 电测与仪表 El e e t n l e a l M e as u r e me n t& n s t r u me nt afl o n V0 I 5 2 No 2 4 De c 2 5。 2 0 1 5 图3 D V R控制策略框 图 Fi g 3 Bl o c k d i a g r a m o f DVR c o n t r o l s t r a t e g y w s 一 图4 D V R反馈控制策略的频率特性 曲线 Fi g 4 Fr e q ue n c y c h a r a c t e r i s t i c c u r v e o f DVR f e e d b a c k c o n t r o l s t r a t e g y ( 4 ) 响应时间小于 5 m s ； ( 5 ) 额定补偿度为 4 0 。 1 3 固态切 换 开 关( S S ，I 1 S ) S S T S一般应用于双路 电源供 电 的场合 ， 可以在 主电源发生故障时 ， 以 m s 级 的速度将敏感或重要负 荷切换到备用电源侧 ， 从而使敏感或重要负荷免受 电 压跌落 、 短时中断的影 响， 满足敏感或重要负荷对 电 能质量和供电可靠性的要求。 文 中采用的 S S T S模型具有如下特点 ： ( 1 ) 拓扑结构如图 1中虚线部分所示 ( 单相 图) ， S S T S由两个混合开关单元组成 ， 每个混合 开关 单元 由一对反并联晶闸管和一个 机械高速切换开关并联 连接组成 ； ( 2 ) 应用于 1 0 k V电压等级 ； ( 3 ) 采用强迫切换 ( ma k e b e f o r e b r e a k， MB B) 的 换流方式 ； ( 4 ) 切换时间小于 1 5 m s 。 1 4 配电网静止 同步补偿 器( D S T A T C O M) D S T A T C O M是 目前最 为先进 的无功补偿 装置 ， 通过 向电网注入无功的方式 ， 调节电网电压 、 抑制电 压闪变 、 改善系统功率 因数。文 中 D S T A T C O M模 型 采用三相桥式 电压源型 P WM 逆变器结构 ， 通过变压 器与电网相连。文中选取 实际工程 中应用较多的控 制结构 ： 矢量控制方式 ， 如 图 5所示 ， 控制 系统 由 外环功率控制器和内环 电流控制器构成 ， 外环功率控 制器控制的物理量为电容电压和无功功率 。 D S T A T C O M控制器 采集的 电流信 号为两组 ： 一 组为 D S T A T C O M发 出的三相 电流 ， 用于电流 内环 的 闭环控制 ； 一组为 D S T A T C O M负荷侧三相电流 ， 结合 电网三相电压采样值计算负荷侧的有功、 无功及功率 因数， 根据功率因数的指令值得到 D S T A T C O M发出 无功 的指令值 Q 。 文中采用的 D S T A T C O M模型具有以下特点 ： ( 1 ) 应用于 1 0 k V电压等级 ； ( 2 ) 额定容量为 1 M V A； ( 3 ) 采用图 5所示 的控制策略 ； ( 4 ) 响应时间小于 5 m s 。 1 5 晶闸管投切的电容器( T S C ) 单相 T S C拓扑如 图 6所 示 ， 它 由一对反并联 晶 闸管 、 电容器和阻抗很 小的限流电抗器组成。 与 D S T A T C O M相 比， 虽然 T S C只能实现无功的 分级调节且 响应 速度 较慢 ， 但 其成 本低 ， 容量 相 对 较大。 文 中采用的 T S C模型具有以下特点 ： ( 1 ) 应用于 l O k V电压等级； ( 2 ) 额定容量为 1 5 MV A； ( 3 ) 采用晶闸管两端电压过零触发 的方式 ； ( 4 ) 最大响应时间为 2 0 ms 。 由于 T S C回路串联 了限流小电抗并且 晶闸管两 端电压过零时触发晶闸管 ， T S C投入时的冲击 电流很 小 ， 过渡过程较短。 2 D V R与 S S T S的协调控制策略 D V R和 S S T S均可用于解决系统 电压跌落 问题 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 4期 2 0 1 5年1 2月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me nt I n s t r u me ntat i o n V0 I 5 2 No 2 4 De c 2 5。 2 0 1 5 图 5 D S T A T C O M 控 制框 图 F i g 5 C o n t r o l l e r b l o c k d i a g r a m o f DS T AT C OM 图6单相 T S C的拓扑结构 F i g 6 To p o l o g y s t r u c t u r e o f s i ng l e p ha s e TS C 为敏感负荷提供 良好 的电能质量。由于两种装置存 在功能上的重叠 ， 系统发生 电压跌落 时， 可能引起两 个设备 同时动作 ， 因此需要二者协调配合 。由优质 电 力 园区的电能质量监控中心 ( p o w e r q u a l i t y mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l l i n g c e n t r e ， P Q MC C) 向 D V R和 S S T S发 出 启动和闭锁信号 ， 对二者进行协调控制 ， D V R和 S S T S 协调动作原则 如下 ： 主电源 电压 i 贝 0 量值 小 于或等 于 电压额 定值 的 8 5 时 ， D V R不动作。若持续 时间大于 2 m s ( 为 了避 免 A D转换误差 、 高频干扰信号等导致 电压跌落检 测 的不准确 ， 引起 D V R的误动作 ) ， P Q MC C向 D V R 发 出启动信号 ， 启动 D V R进行 电压补偿。P Q MC C监 测到 D V R能量耗尽后， 向 S S T S 发出启动信号， 启动 S S TS。 主电源的电压测量值小于或等于电压额定值的 6 0 时， P Q M C C向 D V R发出启动信号， 启动 D V R进 行 电压补偿 。若持续时间大于 2 ms ， 则启动 S S T S ， 闭 锁 D V R。S S T S 完成切换后 ， 向 D V R发出相应的动作 信号 ， 启动 D V R， 补偿负载切换至无故 障线路后的电 压暂态过程。 主电源发生故障时， 负荷切换至备用电源 。若 主 电源故障消除 ， 则启动 S S T S ， 将负荷切换至主电源 。 上述动作原则 中的两个 电压 阈值分别为额定电 压的 8 5 和 6 0 ， 实际应用中 ， 可以根据敏感设备的 耐压特性和 D V R的补偿能力对其进行修正。为了控 制的灵活性 ， S S T S和 D V R不再进 行 电压跌 落 的检 测 ， 而 由 P Q MC C执行。 3 D S T A T C O M与 T S C的协调控制策略 D S T A T C O M响应 速度快 ， 可 以实现无 功 的连续 调节 ， 但其成本较高 ； T S C响应速度相对较慢 ， 只能实 现无功的分级调节 ， 但其成本低且容量大。D S T A T - C O M和 T S C各有优缺点 ， 为了充分发挥二者的优势 ， 文献 7 ， 1 6 提出由一 台小容量的 D S T A T C O M 和多组 大容量的 T S C构成混合无功补偿器( h y b r i d v a r c o m p e n s a t o r ， H V C ) ， 二者协同工作实现低成本快速无级 无功调节。对于 H V C中 D S T A T C O M 和 T S C的协 调 控制， 传统的方法一般采用基于专家决策的协调控制 策略l 。整个 控制系统 由决策处理级 、 无功 智 能控制级和执行级构成。先检测电网中需要的无功 功率 ， 专家决策级的专家推理判断模块按照一定的规 则 ， 计算出需要 投切 的 T S C组数和 D S T A T C O M 的补 偿容量 ， 给出执行级的 T S C晶闸管投切信号 ， 并提供 D S T A T C O M 的无功指令值 。 文 中在传统的协调控制策略的基础 上， 提出一种 新 的协调控制方法。该方法不需要 向 D S T A T C O M 提 供无功 指令 ， 即不需 要控 制 D S T A T C O M， 只需 控 制 T S C投切的数量 。如图 7所 示 ， P Q M C C的检测点为 位置 2 ， D S T A T C O M 的 采样 点 为 位 置 1和 位 置 3 。 P Q MC C检测 出电网所需 的元功功率 ， 按 照一定 的规 则 ( 图 8 ) ， 计算出需要投入 的电容器数量 ， 向 T S C的 晶闸管发出投切信号。而位置 1中的电流包含了负 载电流和 T S C的补 偿 电 流 ， 因此 D S T A T C O M检测位 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 4期 2 0 1 5年l 2月 2 5日 电测与仪表 El e c t dc a l M e a s u r e me n t& I ns t r u me n t a t i o n VoI S 2 NO 2 4 De c 2 5。 2 01 5 图7 D S T A T C O M和 P Q M C C采样位置示意图 Fi g 7 S c he ma t i c d i a g r a m o f s a mp l i n g l o c a t i o n o f D S T A T C O M a n d P Q MC C 图 8 T S C投 切 规 则框 图 F i g 8 B l o c k d i a g r a m o f T S C s w i t c h r u l e s 置 1的电流便可自动补偿剩余的无功。当系统的无 功缺 额 较 大 时 ( 大 于 D S T A T C O M 的容 量 ) ，由于 D S T A T C O M 的响应速度 较快 ， D S T A T C O M 满功 率运 行 ， 为系统 提供 尽 可 能 多 的无 功 ； 当 T S C投 入 后 ， D S T A T C O M便从满 功率 的状 态解放 出来 ， 对无 功进 行精细化调节。D S T A T C O M不需要从外界接收无功 指令， 仅利用本身的控制系统， 就实现了 D S T A T C O M 和 T S C间的协调控制。该方法在不影响补偿效果 的 前提下 ， 降低 了控制系统 的复杂程度 ， 提高 了控制系 统的可靠性 。 图 8中， Q 为单 台 T S C的容量 ； N为 T S C的总组 数 ； N u m 为需要 投入 的组数 ； N o为 已投 入 的组数 ； N u m一 n 表示还应投入的 T S C组数。N u mN o 为正 表示需要增加 T S C的投人数量 ， 为负表示需要减 少 T S C的投入数量。 4 电能质量监控中心( P Q MC C) 优质 电力园区应配置具备 园区电能质量监测 和 D F A C T S 设备协调控制功能的监控系统 ， 并预留与电 力调度部门通讯的数据接 口， 具备执行调度指令的功 能 _ 】 。P Q MC C根据检测的 1 0 k V I段( 主电源 ) 和 段母线( 备用电源 ) 的电压和 1 0 k V段母线所需的无 功量确定 园区内 D F A C T S设备是否投入及投入的顺 序 ， 即只需改变 D F A C T S设备的开关状态就能实现 它 们之间的协调控制 ， 4种 D F A C T S设备协调控制框 图 如图 9所示。 电压跌落检测单元是 P Q MC C的重要组成部 分 ， 用于判断系统故障， 进而决定 D F A C T S装置的开关状 态。一个好的电压跌落检测方法不仅能检测 出电压 跌落的起止时刻、 跌落深度 和相位 的跳变 ， 还要能检 测出电压跌落的类型( 三相 、 两相 、 单相 ) 及哪一相发 生跌落。文章在调制 一解调原理及形态学滤波器的 基础 上， 提 出图 1 1 所示的电压跌落检测方法 ， 该方法 可以检测单相 电压跌落 ， 进而可以判断出哪一相发生 电压跌落。图 1 0中 “ ( t ) 为待检狈 4 的单相 电压信号 ； to t 为 P L L的得 到的系统电压相位 ， 锁相方法可参 见 文献 1 9 。U ( t ) 与参考正 弦信号 s i n o ) t 和余弦信号 C O S t 相乘 ， 可 以将 “ ( t ) 中基波 电压分量转化为直 流量和 2次谐波两部分 ， 如下式所示 ： 2 cos to o t 学 ( 1 ) ( 2 ) 对式( 1 ) 、 式 ( 2 ) 作傅里 叶变换 ， 得 ： 1 U d ( c c) )=音( 一U ( to+ to 0 )+ U ( to+ tO 0 ) )( 3 ) 二 J 1 U ( )=( U ( t O + 0 ) +U ( + to 0 ) ) ( 4 ) 二 由式( 3 ) 、 式( 4 ) 可知 ， u ( t ) 与正弦和余 弦信号相 乘相当于将 电压信 号的频谱平移 to和 一 。 ( 幅值减 小 1 2 ) ， 则电压信号 ( t ) 中的基波分量转化为直流 量和 2次谐波分量 ， 其余谐波分量仍为交流量 。采用 形态学滤波器滤除 u ( t ) 和 “ ( t ) 中的交流量 ， 得 到 直流量 U ( 0 ) 和 U ( 0 ) 。则 U ( t ) 中的基波分量为 ： Y ( t )=2 U d ( 0 ) s i n tO 0 t +2 U q ( 0 ) C O S (J ) 0 t 因此 ： 一 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 4期 2 0 1 5年1 2月 2 5日 电测 与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t I n s t r ume n t a t i o n VO 1 5 2 No 2 4 De c 2 5。 2 0 1 5 U = 2 ( 0 ) + ( 0 ) 一 7 0 一 一t a n 图 9 D F A C T S协 调 控制框 图 Fi g 9 Bl o c k d i a g r a m o f DFACTS c o o r d i n a t e d c o n t r o l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 4期 2 0 l 5年1 2月 2 5目 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e nt I n s t r ume nt a t i o n VO 1 5 2 No 2 4 De c 2 5， 2 0 1 5 式中 U 。 为电压跌落的幅值 ， 为相位跳变量。 与工程 中常用的巴特沃斯低通滤波器相比， 形态 学滤波器具有动态 响应时间短、 滤波效果好 等优点， 可以满足电压跌落检测实时性和准确性 的要求 _ 2 。 图 1 0为形态学滤波器和巴特沃斯低通滤波器滤波效 果仿真对比。采用 3阶、 截止频率 5 0 H z的巴特沃斯 低通滤波器 ， 采样频率为 1 0 k H z ； 对于形态学滤波器 ， 为了滤除 2次及 以上谐波 ， 在采样频率为 1 0 k H z 情况 下 ， 选取结构元素 长度为 6 0 。采样点为 2 0 0处发生 5 0 的电压跌落 ， 图 1 O ( b ) 是经过巴特沃斯滤波器后 的电压有效值 ， 滤波后的信号 含有纹波 ， 导致电压 幅 值的检测不准确 ， 给 电压补偿带来一定偏差 ， 滤波器 的动态响应时间为 1 2 m s 。图 1 0 ( e ) 是经过形态学滤 波器的电压有效值 ， 从图中可以看出， 滤波后的信号 几乎没有纹波 ， 可 以精确检测 电压跌落 的发生 、 结束 时刻和电压幅值 ， 滤波器的动态响应时间为 4 5 m s 。 仿真结果表 明， 形态滤波器具有较好的滤波效果和动 态性能， 可 以满 足电压跌落检测 准确性 和实时性 的 要求。 l - 2 1 0 8 0 6 0 4 A 一V 一 螂 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 采样点 ( a ) 单相d q 变换后的电压有效值 采样点数 ( b ) 巴特沃斯滤波器滤波后的电压有效值 采样点数 ( c ) 形态学滤波器滤波后的电压有效值 图 1 0 形 态学和 巴特沃斯低 通 滤波 器 滤波效 果 对 比 F i g 1 0 Co mp a ris o n o f fil t e rin g e f f e c t s b e t we e n mo r p ho l o g i c a l a nd Bu t t e r wo r t h l o w pa s s fi l t e r 幽 I里 竺 竺 Q l u ( 0 厂 蔼 解 调 调制 L 因一 幽 圃 fo 0 t I I 图 1 1 电压跌 落检 测原 理 图 F i g 1 1 P ri n c i p l e b l o c k d i a g r a m o f v o l t a g e s a g d e t e c t i o n 5 仿真分析 参照青奥会优质电力园区拓扑 ， 在 P S A C D E M T D C中搭建相应的仿真平台验证文章所提的 D F A C T S 设备的协调控制策略 。由 D F A C T S的协调控制框图 ( 图9 ) 可知 ， 当主电源侧发生 4 0 以上 的电压跌 落 时， 将引起所有的 D F A C T S动作， 因此文章选取主电 源侧发生 4 2 电压跌落 的运行工况进行仿真 ( 其他 仿 真结果见附录) ， 验证协调控制策略的正确性和有 效性 。 如图 1 2 ( a ) 所示 ， 母线 1在 0 5 s 处发生 4 2 的 电压跌落 ， 持续时间为 0 1 S 。D F A C T S的协调控制过 程分为以下几个阶段 ： 由于电压有效值低于 6 0 ， 发生电压跌落的瞬 间 ， D V R立 即投入运行( 图 1 2 ( b ) ) ， 使敏感负荷电压 ( 母线5电压) 维持在额定值附近( 图 1 2 ( c ) ) ； 母 线 1电压跌 落 持续 时间超 过 2 m s后 ， 启 动 S S T S ， 闭锁 D V R( 图 1 2 ( b ) ) 。S S T S将敏感 负荷切换 到备用电源侧 ， 使敏感负荷电压维持在额定值( 图 1 2 ( e ) ) ； S S T S完成切换后 ， 需要进行如下操作 ： ( a ) 启动 混合无功补偿系统 ， 根据负荷的无功需求 向系统 中注 入无功功率 ， 使 1 0 k V母线 段 电压达 到 1 0 0 。图 1 2 ( d ) 为混合无功补偿系统采用协调控制策略 的仿 真结果。P Q M C C检测系统所需的无功， 按照一定的 规则( 图 8 ) ， 计算 出需要投入 的电容器数量 ， 向 T S C 的晶闸管发出投切信号， T S C补偿了大部分的无功； D S T A T C O M利用 自身的控制补偿剩余 的无功 。敏感 负荷切换到备用电源侧后， D S T A T C O M响应速度较 快 ， 迅速补偿系统 的无功缺额 ， 达到满功率状态 ； 一个 周波后 ， T S C投 入运 行分 担 了大 部分 的无 功 负荷 ， D S T A T C O M从满功率状态解 放 出来 ， 进 行无功 的精 一 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 2 4期 2 0 1 5年1 2月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i e a l M e a s u r e me n t& I n s t r u me n t a t i o n Vo I 5 2 No 2 4 De c 2 5。 2 0 1 5 细化补偿。( b ) 启动 D V R( 图 1 2 ( b ) ) ， 补偿负载切换 至无故障线路后 的电压暂态过程 ， 使敏感负荷的电压 在额定值附近( 图 1 2 ( c ) ) ； 发生电压跌落 0 1 s 后 ， 主电源侧 恢复正常 ( 图 1 2 ( a ) ) 。启动 S S T S ， 将负荷切换至主电源。 o 4 8 0 0 5 0 0 0 5 2 0 05 4 0 0 5 6 0 0 5 8 0 0 6 0 0 0 6 2 0 t s ( a ) 母线1 的A m电压 0 0 4 0 00 2 0 苗 0 0 0 0 一 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 煺 一 0 - 0 0 5 0 0 0 5 2 0 O 5 40 0 5 60 0 5 80 O 6 00 06 20 06 4O t l s ( b ) D V R 发出的A m电压 048 0 050 0 0 5 2 0 0 5 4 0 0 5 6 0 0 5 8 0 0 6 0 0 0 6 2 0 t s ( c ) 母线5 的A 相电压 0 5 0 0 0 5 2 0 0 5 4 0 ，0 5 6 0 0 5 8 0 0 , 6 0 0 0 6 2 0 S ( d ) 混合无功补偿系统的协调控制仿真结果 0 5 0 0 05 2 5 05 5 0 0 5 7 5 0 6 0 0 O 6 2 5 t s ( E ) D S T A T C O M发出的A 相 电流 图 1 2 D F A C T S协 调控 制仿 真 结果 F i g 1 2 S i mu l a t i o n r e s u l t o f DF ACTS c o o r d i n a t e d c o n t r o l 6结束 语 电压跌落检测单元是 电能质量监控 中心 ( P Q M c C) 的关键 ， 文章提出一种可以用于单相电压跌落检 测的新方法 ， 该方法具有 良好的动态性能和检测的准 确性 。文 中依托南京青奥会优质电力 园区的配套 工 程 ， 提 出 了 多 D F A C T S设 备 的协 调 控 制 策 略。在 P S C A D E M T D C中搭建了相应 的仿真平台 ， 选取典型 的运行工况进行仿真分析 ， 得出以下结论 ： 一 7 2 一 ( 1 ) 在传统的 D S T A T C O M和 T S C协调控制策略 的基础上进行改进 ， 提出一种只需 控制 T S C的协调 策略 ， 该方法在不影 响控制效果 的基础上 ， 降低了控 制的复杂程度 ， 增