串联电压补偿装置的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种串联电压补偿装置的控制方法，通过数据采集单元获得三相系统的参考额定电压、负载侧三相电压以及逆变单元交流侧的滤波电感电流；通过第一误差比较器计算负载侧三相电压与三相系统的参考额定电压之间的差值后，作为比例谐振调节器组的输入；通过第二误差比较器计算比例谐振调节器组的输出与滤波电感电流之间的差值后，作为比例控制器的输入；比例控制器的输出与电网电压前馈累加后与直流电压系数乘积作为对于逆变单元中的IGBT输入，逆变单元中的IGBT输出与电网电压的累加后控制负载电压。针对电网故障时的串联型补偿装置结合直流电压系数的设计，从而能够快速有效的保证负载端口电压的幅值的稳定。

【技术实现步骤摘要】
串联电压补偿装置的控制方法
本专利技术涉及电力邻域，更具体地说，是涉及一种串联电压补偿装置的控制方法。
技术介绍
串联型电压补偿装置，独立于电网和负载，可应用于一般耗能型负载及能量回馈型负载，当应用于风机的低电压穿越补偿，因其独立于风电机组和接入系统，补偿性能不依赖风机的自身特性，而逐渐受到人们重视。该装置串联于负载和电网之间，当系统发生电压跌落时，装置输出补偿电压，确保负载侧电压稳定，使负载不受系统电压跌落影响，当跌落消失后，能够迅速恢复向系统送出有功电能和无功电能。串联型电压补偿装置的逆变器控制方法及控制系统的优劣，则直接关系到其功能实现的好坏与装置的安全稳定。对于逆变器的控制算法，最早采用的为模拟PID控制，随着数字处理器的普及，数字PID逐渐被采用，但是由于数字控制中采样、计算延时的影响，控制信号输出滞后一个采样周期，导致系统的稳定性差，同时参数调试复杂。无差拍控制是一种基于电路模型的控制方法，其控制的准确性取决于系统模型估计的准确度，因此系统的鲁棒性较差。重复控制器的动态性能较差，系统的动态响应速度慢，需结合状态反馈控制等方法来提高其动态性能。此外，还有滑模变结构控制，模糊控制等，但由于控制复杂等因素，均处于实验研究阶段。应用于风机等能量回馈型负载进行电压补偿时的另一个主要问题是装置自身的可靠性问题。不同于一般性耗能负载，风机在低电压发生时，其能量需注入串联补偿装置，如果不对其采取一定控制，则会危及装置的自身安全。目前，对于串联型风机低电压装置研究本身较少，部分文献提出将该部分能量回馈电网，但是对于短时较大的电流冲击，对控制提出了较高的要求，并且使得装置可靠性降低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种串联电压补偿装置的控制方法，该控制方法具有补偿精度高，响应速度快，同时兼具谐波补偿的能力；并且在控制算法上，充分保障了装置的安全稳定运行。特别是，该控制方法采用了基于比例谐振调节器组的双闭环控制策略；并且针对能量回馈型负载在故障期间能量倒灌装置的问题，还提出了一种直流侧电压控制器的设计方法，确保了串联补偿装置自身的安全稳定运行。其中，基波谐振器的使用保证了负载端口电压的精度及稳态性能，针对电网及负载中的典型谐波，通过加入谐波谐振器组，能够有效的抑制了电网及负载扰动对补偿性能的影响。针对直流侧电压的波动，引入了直流电压系数来有效的抑制该波动。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种串联电压补偿装置的控制方法，该控制方法的具体步骤为：A.通过数据采集单元获得三相系统的参考额定电压、负载侧三相电压以及逆变单元交流侧的滤波电感电流；B.通过第一误差比较器计算负载侧三相电压与三相系统的参考额定电压之间的差值后，作为比例谐振调节器组的输入；其中，比例谐振调节器组主要由比例环节、基波谐振器以及谐波谐振器组构成，所述比例谐振调节器组的数学模型如下，其中，Kp为比例环节增益，其取值范围在1～10之间；Ki为谐振器的增益，取值为10～100之间，其取值越大，精度也就越高，但是系统的稳定性会有所降低；ωcut为谐振器的剪切频率，ωcut取值范围为5～20；ω0为系统基波的谐振频率；h表示系统中第h次的波形，其中，h＝1时，对应的为基波谐振器，该谐振器在控制系统中是必须的，目的为增加系统对参考电压指令的跟随特性，同时抑制电网及负载中的实时扰动；h＝3,5，…时，为谐波谐振器组，其个数与次数应根据电网的一般特性来添加，目的在于抑制电网及负载中的谐波电压或谐波电流的扰动；C.通过第二误差比较器计算比例谐振调节器组的输出与滤波电感电流之间的差值后，作为比例控制器的输入；D.比例控制器的输出与电网电压前馈累加后与直流电压系数乘积作为对于逆变单元中的IGBT输入，逆变单元中的IGBT输出与电网电压的累加后控制负载电压；其中，电网电压前馈的引入，是为了增加系统对电压波动的响应，前馈系数的取值范围在0.5～2之间，取值越大，控制系统对电压波动的响应速度也越快，但是会减小系统的稳定性；而直流电压控制环节是通过引入直流电压系数的设计来实现的，目的是为了有效抑制直流侧电压波动对逆变器的影响，提高补偿波形的补偿精度。通过引入直流电压系数Kdc，以实时监测跟踪直流侧电压并将其送入控制系统。将其与步骤C的结果作乘积运算，来控制负载的端口电压，从而使得逆变器输出电压不会受直流侧电压的波动影响。其中，Kdc的设计如下：将电网额定工况下的直流电压值，其对应的直流电压系数Kdc取作1，当直流侧电压升高a倍时，Kdc降低为原来的1/a；当直流侧电压降低至原来的1/a时，Kdc升高为原来的a倍。Kdc的设计目的为：由于直流侧电压波动会直接影响到IGBT的输出波形，因此，通过引入直流侧电压系数Kdc，由于直流侧电压与该直流侧电压系数的乘积为1，并且保持恒定，因此，从整个控制系统来看，就感觉不到直流侧电压在波动，从而有效的增加了控制系统对直流侧电压波动的鲁棒性。所述控制方法还包括以下步骤：根据负载电流的方向判断负载性质为能量回馈型时，由数据采集单元实时检测直流侧电压，并由滞环控制器对其进行滞环控制。所述滞环控制器滞环控制的具体步骤为：根据逆变器补偿电压所需要的直流侧电压值来设定直流电压基准值，此基础之上设定滞环上限值以及滞环下限值；当直流侧电压超过其设定的滞环上限值时，直流侧放电回路开关闭合，放电电阻工作，直流侧电压开始降低；当直流侧电压降低至设定的滞环下限值时，直流侧放电回路开关断开，此时直流电压开始上升。与现有技术相比，采用本专利技术的一种串联电压补偿装置的控制方法具有以下的有益效果：1)数据采集单元检测电网电压，经过锁相环PLL，得到三相A,B,C系统电压的幅值和相位信息，相位信息通过与给定值相计算，得到三相系统的参考额定电压。同时，采集负载侧三相电压、电流信息，以作为控制模块单元的输入量；2)控制单元由数字处理芯片来实现所设计的控制算法，控制算法主要包括一个比例谐振调节器组，一个直流侧滞环控制器，其中，比例谐振调节器组定义为：比例控制器+多个谐振调节器组构成。其中，谐振调节器的个数及次数根据装置处的电网电压工况而定，例如，电网中含有3,5,7次谐波电压或谐波电流，则该谐振器组由基波谐振器和3,5,7的谐波谐振器构成。该比例谐振调节器组作为双闭环控制策略的外环控制器，其输入为参考额定电压与负载实际电压之差，比例谐振调节器组的作用为使得输出尽可能的跟踪所给定的参考，以提高系统的补偿精度。同时，通过加入谐波谐振器组，来有效的抑制电网或负载中的典型次谐波扰动。谐振器的输出作为内环控制器的指令，其与内环所采集的电流信号之差作为内环的输入，输出直接作用于逆变器。同时，电源电压前馈的加入，可以有效的增大系统的响应速度。该控制策略的共同作用，最终将控制指令输入到被控对象上。三、对于逆变单元的模型，由文献“徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京：机械工业出版社.2007:187-200.”可知，当逆变单元的开关频率fs远远大于调制信号的基波频率f0，并且在不出现过调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联电压补偿装置的控制方法，其特征在于：该控制方法的具体步骤为：A.通过数据采集单元获得三相系统的参考额定电压、负载侧三相电压以及逆变单元交流侧的滤波电感电流；B.通过第一误差比较器计算负载侧三相电压与三相系统的参考额定电压之间的差值后，作为比例谐振调节器组的输入；其中，比例谐振调节器组主要由比例环节、基波谐振器以及谐波谐振器组构成，所述比例谐振调节器组的数学模型如下，GPR(s)=KP+Σh=1,3,5,...n2Kiωcutss2+2ωcuts+(hω0)2,]]>其中，Kp为比例环节增益，其取值范围在1～10之间；Ki为谐振器的增益，取值为10～100之间，其取值越大，精度也就越高，但是系统的稳定性会有所降低；ωcut为谐振器的剪切频率，ωcut取值范围为5～20；ω0为系统基波的谐振频率；h表示系统中第h次的波形，其中，h＝1时，对应的为基波谐振器；h＝3,5，…时，为谐波谐振器组，其个数与次数应根据电网的一般特性来添加，目的在于抑制电网及负载中的谐波电压或谐波电流的扰动；C.通过第二误差比较器计算比例谐振调节器组的输出与滤波电感电流之间的差值后，作为比例控制器的输入；D.比例控制器的输出与电网电压前馈累加后与直流电压系数乘积作为对于逆变单元中的IGBT输入，逆变单元中的IGBT输出与电网电压的累加后控制负载电压；其中，前馈系数的取值范围在0.5～2之间。...

【技术特征摘要】
1.一种串联电压补偿装置的控制方法，其特征在于：该控制方法的具体步骤为：A.通过数据采集单元获得三相系统的参考额定电压、负载侧三相电压以及逆变单元交流侧的滤波电感电流；B.通过第一误差比较器计算负载侧三相电压与三相系统的参考额定电压之间的差值后，作为比例谐振调节器组的输入；其中，比例谐振调节器组主要由比例环节、基波谐振器以及谐波谐振器组构成，所述比例谐振调节器组的数学模型如下，其中，Kp为比例环节增益，其取值范围在1～10之间；Ki为谐振器的增益，取值为10～100之间，其取值越大，精度也就越高，但是系统的稳定性会有所降低；ωcut为谐振器的剪切频率，ωcut取值范围为5～20；ω0为系统基波的谐振频率；h表示系统中第h次的波形，其中，h＝1时，对应的为基波谐振器；h＝3，5，…时，为谐波谐振器组，其个数与次数应根据电网的一般特性来添加，目的在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡磊磊，陈远华，李锦，李岩，王天宇，
申请(专利权)人：思源清能电气电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31