基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法及系统技术方案

本发明专利技术一种涉及基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法及系统。该方法包括系统级控制策略和装置级控制策略；其中，所述系统级控制策略实现负载无功、谐波及不平衡电流检测，配电网PCC基波正序电压控制，以及配电网PCC基波负序电压控制，并综合产生链式变流器电流控制指令信号；所述装置级控制策略实现链式变流器控制的子模块直流侧电容电压控制，并根据来自所述系统级的电流控制指令，实现链式变流器的三相换流链电流控制，并产生链式变流器开关管占空比信号。本发明专利技术提供的技术方案能够对配电网中的谐波、闪变及不平衡等电能质量问题进行综合控制。

【技术实现步骤摘要】
基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法及系统
本专利技术涉及配电网电能质量控制领域，具体涉及一种基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法及系统。
技术介绍
随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通以及家庭中的应用日益广泛，特别是在冶金、汽车制造、化工等行业中均有大量强非线性负荷使用，造成的大量谐波及其危害日趋严重。谐波已成为公认的“电力公害”，是影响范围最广的电能质量问题之一。另一方面，大量冲击性电力负荷设备(如电弧焊机、感应炉的变频电源、绞车和轧钢机、冶炼电弧炉、电气机车等)日益增多，导致电网电压波动与闪变(Flicker)问题日趋严重。目前闪变一词的含义趋于拓宽，电源电压的变化对一些敏感设备造成的不良影响也包含其中。电压波动和闪变是电能质量的重要指标之一。电压波动和闪变主要在运行过程中有功功率和无功功率的大幅度变动引起的，使其它电力用户的正常用电都受到影响，构成“电力公害”。因此，具有谐波补偿功能的有源电力滤波器(APF)、具有稳压功能的动态电压恢复器(DVR)，以及SVC或STATCOM等装置，由于功能单一，已无法满足配电网电能质量综合控制的要求。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法及系统，能够对配电网中的谐波、闪变及不平衡等电能质量问题进行综合控制。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：检测负载无功、谐波及不平衡电流，得到负载无功、谐波及不平衡电流的控制指令信号；步骤2：，配电网PCC基波正序电压有效值控制，得到PCC基波正序电压有效值的控制指令信号；步骤3：配电网PCC基波负序电压有效值控制，得到PCC基波负序电压有效值的控制指令信号；步骤4：将步骤1、2和3得到的控制指令信号进行综合，产生链式变流器电流控制指令信号；步骤5：Y型链式变流器子模块直流侧电容电压控制；步骤6：将步骤4和步骤5得到的电流控制指令信号进行综合；步骤7：链式变流器三相换流链电流控制；步骤8：获取三相换流链占空比前馈控制信号；步骤9：三相换流链开关管占空比信号综合控制输出。进一步地，所述步骤1中，所述负载无功、谐波及不平衡电流的控制指令信号包括三相负载电流iLa、iLb及iLc进行pq变换，得到pq变换的电流信号iLp；对三相负载电流iLa、iLb及iLc进行pq变换，得到pq变换的电流信号iLp，表达式如下：对pq变换的电流信号iLp进行低通滤波，得到其直流分量信号再对直流分量信号进行pq反变换得到三相负载基波正序有功电流iaf、ibf及icf，iaf、ibf及icf再分别与iLa、iLb及iLc相减得到负载无功、谐波及不平衡电流补偿指令信号及表达式如下：式中：ωt是经过对PCC电压锁相后得到；iLa、iLb及iLc为三相负载电流；iaf、ibf及icf为三相负载基波正序有功电流；及分别为负载无功、谐波及不平衡电流补偿指令信号。进一步地，所述步骤2中，所述PCC基波正序电压有效值的控制指令信号包括三相配电网PCC电压ua、ub及uc进行pq变换，得到pq变换的电压信号up，对三相配电网PCC电压ua、ub及uc进行pq变换，得到pq变换的电压信号up，表达式如下：得到三相基波正序无功电流指令信号及表达式如下：式中：及为三相基波正序无功电流指令信号；Iqm*为基波正序无功电流幅值指令信号。进一步地，所述步骤3中，对三相PCC电压ua、ub及uc反相序后进行pq变换，得到PCC基波负序电压有效值的控制指令信号；所述PCC基波负序电压有效值的控制指令信号为pq变换的基波负序电压分量信号up-和uq-，表达式分别如下：up-和uq-经过低通滤波后分别得到其直流分量和分别经过电压控制器和处理后得到基波负序电流幅值指令信号和再进行pq反变换得到三相基波负序无功电流指令信号及表达式如下：式中：为直流分量经过电压控制器处理后得到基波负序电流幅值指令信号；为直流分量经过电压控制器处理后得到基波负序电流幅值指令信号；及为三相基波负序无功电流指令信号。进一步地，所述步骤4中，将步骤1得到的负载无功、谐波及不平衡电流补偿指令信号及将步骤2得到的三相基波正序无功电流指令信号及以及步骤3得到的三相基波负序无功电流指令信号进行综合得到综合控制指令信号及表达式如下：进一步地，所述步骤5中，Y型链式变流器子模块直流侧电容电压包括星接链式变流器a、b、c相子模块直流侧电容电压；对星接链式变流器a、b、c相子模块直流侧电容电压进行加法平均，分别得到a、b、c相子模块电容电压平均值和子模块电容电压基准值Ud*与和分别经过三个电容电压控制器WuRa、WuRb和WuRc处理后，分别得到星接链式变流器a、b、c相子模块有功功率信号和将和进行加法平均得到星接链式变流器子模块三相平均有功功率信号P*；由信号P*分别与信号和相减分别得到星接链式变流器a、b、c相子模块有功功率偏差信号和表达式如下：由和得到三相电压偏差指令信号和表达式如下：式中：为子模块电容电压基准值Ud*与a相子模块电容电压平均值经过电容电压控制器WuRa得到的信号；为子模块电容电压基准值Ud*与b相子模块电容电压平均值经过电容电压控制器WuRb得到的信号；为子模块电容电压基准值Ud*与c相子模块电容电压平均值经过电容电压控制器WuRc得到的信号；ia、ib及ic分别为所述链式变流器a、b和c相换流链电流，Ia、Ib及Ic分别为ia、ib及ic的有效值；U1为PCC电压基波正序有效值；N表示H桥子模块级联的个数；将三相电压偏差指令信号和进行加法平均后得到零序电压指令信号表达式如下：进一步地，所述步骤6中，将步骤4得到的综合控制指令信号及分别与步骤5得到的变流器三相有功电流瞬时值指令信号和相加得到所述链式变流器三相换流链电流指令信号及表达式如下：进一步地，所述步骤7中，由步骤6得到的a相和b相电流指令信号和分别与所述换流链a相和b相电流ia和ib相减后，分别经过a和b相电流控制器WiRa和WiRb处理后分别得到电流控制信号dda和ddb，c相电流制信号ddc由电流控制信号dda和电流控制信号ddb综合后得到，表达式如下：ddc＝-(dda+ddb)(18)。进一步地，所述步骤8中，三相PCC电压ua、ub及uc分别与步骤5得到的零序电压指令相加后，再除以NUd*，分别得到三相换流链占空比前馈控制信号Da、Db和Dc，表达式如下：叠加零序电压指令的目的是用于实现换流器相间子模块电容电压的均衡控制。进一步地，所述步骤9中，将步骤7得到的三相电流控制信号dda、ddb和ddc分别与步骤8得到的三相换流链占空比前馈控制信号Da、Db和Dc综合后得到三相占空比信号da、db和dc，表达式如下：叠加占三相换流链空比前馈控制信号Da、Db和Dc用于提高电流控制精度；由上述三相占空比信号da、db和dc即可对所述链式变流器实施控制。进一步地，所述步骤5中的表达式(15)改写为下式：式中：和分别表示链式变流器三相换流链电流指令信号及的有效值；所述步骤8中的表达式(19)改写为下式：式中：u03为一非基波零序电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：检测负载无功、谐波及不平衡电流，得到负载无功、谐波及不平衡电流的控制指令信号；步骤2：控制配电网PCC基波正序电压有效值，得到链式变流器的三相基波正序无功电流指令信号；步骤3：控制配电网PCC基波负序电压有效值，得到链式变流器的三相基波负序无功电流指令信号；步骤4：根据步骤1、2和3得到的指令信号，产生链式变流器电流控制指令信号；步骤5：控制链式变流器三相的子模块直流侧电容电压，得出链式变流器三相有功电流瞬时值指令信号；步骤6：根据步骤4和步骤5得到的电流控制指令信号，得出链式变流器三相换流链电流指令信号；步骤7：控制链式变流器三相换流链电流，得到三相电流控制信号；步骤8：获取链式变流器的三相换流链占空比前馈控制信号；步骤9：根据步骤7三相电流控制信号的和步骤8的三相换流链占空比前馈控制信号得出三相占空比信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于链式变流器的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：检测负载无功、谐波及不平衡电流，得到负载无功、谐波及不平衡电流的控制指令信号；步骤2：控制配电网PCC基波正序电压有效值，得到链式变流器的三相基波正序无功电流指令信号；步骤3：控制配电网PCC基波负序电压有效值，得到链式变流器的三相基波负序无功电流指令信号；步骤4：根据步骤1、2和3得到的指令信号，产生链式变流器电流控制指令信号；步骤5：控制链式变流器三相的子模块直流侧电容电压，得出链式变流器三相有功电流瞬时值指令信号；步骤6：根据步骤4和步骤5得到的电流控制指令信号，得出链式变流器三相换流链电流指令信号；步骤7：控制链式变流器三相换流链电流，得到三相电流控制信号；步骤8：获取链式变流器的三相换流链占空比前馈控制信号；步骤9：根据步骤7三相电流控制信号的和步骤8的三相换流链占空比前馈控制信号得出三相占空比信号。2.如权利要求1所述的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述步骤1中，所述负载无功、谐波及不平衡电流的控制指令信号包括三相负载电流iLa、iLb及iLc进行pq变换，得到pq变换的电流信号iLp；对三相负载电流iLa、iLb及iLc进行pq变换，得到pq变换的电流信号iLp，表达式如下：对pq变换的电流信号iLp进行低通滤波，得到其直流分量信号再对直流分量信号进行pq反变换得到三相负载基波正序有功电流iaf、ibf及icf，iaf、ibf及icf再分别与iLa、iLb及iLc相减得到负载无功、谐波及不平衡电流补偿指令信号及表达式如下：式中：ωt是经过对PCC电压锁相后得到；iLa、iLb及iLc为三相负载电流；iaf、ibf及icf为三相负载基波正序有功电流；及分别为负载无功、谐波及不平衡电流补偿指令信号。3.如权利要求2所述的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述步骤2中，所述PCC基波正序电压有效值包括三相配电网PCC电压ua、ub及uc，进行pq变换，得到pq变换的电压信号up，对三相配电网PCC电压ua、ub及uc进行pq变换，得到pq变换的电压信号up，表达式如下：得到三相基波正序无功电流指令信号及表达式如下：式中：及为三相基波正序无功电流指令信号；Iqm*为基波正序无功电流幅值指令信号。4.如权利要求3所述的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述步骤3中，对三相PCC电压ua、ub及uc反相序后进行pq变换，得到PCC基波负序电压有效值的控制指令信号；所述PCC基波负序电压有效值的控制指令信号为pq变换的基波负序电压分量信号up-和uq-，表达式分别如下：up-和uq-经过低通滤波后分别得到其直流分量和分别经过电压控制器和处理后得到基波负序电流幅值指令信号和再进行pq反变换得到三相基波负序无功电流指令信号及表达式如下：式中：为直流分量经过电压控制器处理后得到基波负序电流幅值指令信号；为直流分量经过电压控制器处理后得到基波负序电流幅值指令信号；及为三相基波负序无功电流指令信号。5.如权利要求4所述的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述步骤4中，将步骤1得到的负载无功、谐波及不平衡电流补偿指令信号及将步骤2得到的三相基波正序无功电流指令信号及以及步骤3得到的三相基波负序无功电流指令信号进行综合得到综合控制电流指令信号及表达式如下：6.如权利要求5所述的配电网电能质量综合控制方法，其特征在于，所述步骤5中，Y型链式变流器子模块直流侧电容电压包括星接链式变流器a、b、c相子模块直流侧电容电压；对星接链式变流器a、b、c相子模块直流侧电容电压进行加法平均，分别得到a、b、c相子模块电容电压平均值和子模块电容电压基准值Ud*与和分别经过三个电容电压控制器WuRa、WuRb和WuRc处理后，分别得到星接链式变流器a、b、c相子模块有功功率信号和将和进行加法平均得到星接链式变流器子模块三相平均有功功率信号P*，表达式如下：由下式得到链式变流器有功电流幅值指令信号表达式如下：由此得到链式变流器三相有功电流瞬时值指令信号和表达式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：王轩，曹建春，赵瑞斌，骆健，王广柱，付永生，李鹏，燕翚，王蓓蓓，高宁，吕宏水，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，南京南瑞集团公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：北京,11