用于智能电网的可变电容器电路及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种用于智能电网的可变电容器电路及实现方法，涉及电力电子控制领域。该电路包括：三相H桥主电路，其具有依次并联的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均包括开关器件，第一桥臂连接进线端c1，进线端c1和第一桥臂之间连接有进线端电感L1；直流侧电容支路，其包括与三相H桥主电路并联的直流侧电容Cdc；交流侧储能支路，其包括串联的交流侧电容Cac和交流侧电感L2，交流侧储能支路连接在第二桥臂和第三桥臂之间，且与出线端c2相连；直流侧电容Cdc和交流侧电容Cac均为非电解电容。本发明专利技术的直流侧电容采用非电解电容，减小了可变电容器的体积，延长了可变电容器的寿命。

【技术实现步骤摘要】
用于智能电网的可变电容器电路及实现方法
本专利技术涉及电力电子控制领域，具体是涉及一种用于智能电网的可变电容器电路及实现方法。
技术介绍
FACTS(flexibleACtransmissionsystems)称为灵活交流输电系统，在保证复杂电网的稳定可靠运行以及改善电能质量发挥了重要作用。所有FACTS装置，诸如串联补偿器，并联补偿器和统一潮流调节器(UPFC)，理论上都可以看成一个可变电容器。参见图1所示，是一个理想可变交流电容器，容值的变化范围为0～Cac。参见图2所示，一个可变电容器可以有一个单相H桥逆变器和一个大容值的电解电容构成，通过控制输入电流is超前输入电压us角度为90°，逆变器呈现成一个电容器。通过控制输入电流的幅值Is的大小，逆变器就呈现一个连续可变电容器。对于单相逆变器实现可变电容器来说，直流侧的需要一个大的电解电容吸收2倍工频的纹波功率。因此，直流侧电容一般采用电解电容，体积巨大，功率密度低，寿命约为5000小时，寿命短，从而严重影响了可变电容器的体积和寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种用于智能电网的可变电容器电路及实现方法。本专利技术的直流侧电容采用非电解电容，减少了直流侧电容的体积，同时延长直流侧电容的寿命，进而减小了可变电容器的体积，延长了可变电容器的寿命。本专利技术提供一种用于智能电网的可变电容器电路，该电路包括：三相H桥主电路，其具有依次并联的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均包括开关器件，所述第一桥臂连接进线端c1，进线端c1和第一桥臂之间连接有进线端电感L1；直流侧电容支路，其包括与三相H桥主电路并联的直流侧电容Cdc；交流侧储能支路，其包括串联的交流侧电容Cac和交流侧电感L2，交流侧储能支路连接在第二桥臂和第三桥臂之间，且与出线端c2相连；其中，所述直流侧电容Cdc和交流侧电容Cac均为非电解电容。在上述技术方案的基础上，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂包括两个串联的开关器件，第一桥臂的两个开关器件之间有第一连接点a，第二桥臂的两个开关器件之间有第二连接点b，第三桥臂的两个开关器件之间有第三连接点c，进线端电感L1与第一连接点a连接，出线端c2与第二连接点b连接，交流侧电感L2与第三连接点c连接。在上述技术方案的基础上，所述三相H桥主电路所采用的开关器件为电力场效晶体管POWERMOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、门极可关断晶闸管GTO和电力晶体管GTR中的任意一种或者多种的组合。在上述技术方案的基础上，所述直流侧电容Cdc为薄膜电容，交流侧电容Cac为薄膜电容。本专利技术还提供一种基于上述用于智能电网的可变电容器电路的实现方法，该方法包括如下步骤：维持电路直流侧电容Cdc上的电压Udc不变；控制电网电流is，使得电网电流is超前电网电压us90度，所述电路构成可变电容器；对交流侧电容Cac的电压uCac和电流iCac进行双闭环控制，将直流侧电容Cdc的能量全部转移到交流侧电容Cac上存储。在上述技术方案的基础上，所述方法还包括：根据智能电网的要求，确定目标控制量的大小；其中，目标控制量包括直流侧电容Cdc上的电压电网电流交流侧电容Cac的电压和电流再根据目标控制量和电路中实际的直流侧电容Cdc上的电压Udc、电网电流is、交流侧电容Cac的电压uCac以及电流iCac，计算得到各个桥臂上用于控制开关器件开通和关断的电压信号。在上述技术方案的基础上，维持电路直流侧电容Cdc上的电压Udc不变采用PI算法；构成可变电容器、双闭环控制和能量全部转移均采用准PR算法。在上述技术方案的基础上，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均由两个开关器件串联构成，第一桥臂的两个开关器件之间有第一连接点a，第二桥臂的两个开关器件之间有第二连接点b，第三桥臂的两个开关器件之间有第三连接点c；采用PI算法和准PR算法，计算得到第一连接点a和第二连接点b之间的电压uab，采用准PR算法计算得到第三连接点c和第二连接点b之间的电压ucb。在上述技术方案的基础上，根据计算得到第一连接点a的电压ua和第二连接点b的电压ub；根据uc＝ub＝ucb，计算得到第三连接点c的电压uc。在上述技术方案的基础上，将各个桥臂上用于控制开关器件开通和关断的电压信号，转换为脉冲宽度调制PWM控制信号后，再输出到桥臂。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：本专利技术将原来需要存储在直流侧电容Cdc的能量转移到交流侧储能支路的交流侧电容Cac中，将直流侧电容Cdc和交流侧电容Cac的容值都减到最小，从而直流侧的电解电容可以转换为非电解电容，交流侧可以采用非电解电容。由于非电解电容的体积比电解电容小，寿命也远远超过电解电容，电解电容被取消后，可变电容器的体积减小，寿命延长，能够更安全有效地服务于智能电网。附图说明图1是现有的一个理想可变电容器的电路图。图2是现有的一个可变电容器的电路图。图3是本专利技术实施例的用于智能电网的可变电容器电路图。图4是本专利技术实施例的用于智能电网的可变电容器电路的实现方法的计算原理图。图5是根据本专利技术一个实施例的电流环开环Bode图。图6是根据本专利技术一个实施例的电压环开环Bode图。图7是根据本专利技术一个实施例的电流环闭环Bode图。图8是根据本专利技术一个实施例的控制电压图。图9是根据本专利技术一个实施例的直流侧电压图。图10是根据本专利技术一个实施例的网侧电流图。图11是根据本专利技术一个实施例的交流电容上的电压和电流图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。参见图3所示，本专利技术实施例提供一种用于智能电网的可变电容器电路，三相H桥主电路、直流侧电容支路和交流侧储能支路。其中，三相H桥主电路具有依次并联的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均包括开关器件，所述第一桥臂连接进线端c1，进线端c1和第一桥臂之间连接有进线端电感L1。直流侧电容支路包括与三相H桥主电路并联的直流侧电容Cdc；交流侧储能支路包括串联的交流侧电容Cac和交流侧电感L2，交流侧储能支路连接在第二桥臂和第三桥臂之间，且与出线端c2相连；其中，交流侧电容Cac为非电解电容，直流侧电容Cdc为非电解电容。具体地，所述直流侧电容Cdc和交流侧电容Cac均为非电解电容。在本实施例中，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂包括两个串联的开关器件，第一桥臂的两个开关器件之间有第一连接点a，第二桥臂的两个开关器件之间有第二连接点b，第三桥臂的两个开关器件之间有第三连接点c，进线端电感L1与第一连接点a连接，出线端c2与第二连接点b连接，交流侧电感L2与第三连接点c连接。三相H桥主电路所采用的开关器件为电力场效晶体管POWERMOSFET、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、GTO(GateTurnOffThyristor，门极可关断晶闸管)和GTR(GiantTransistor，电力晶体管)中的任意一种或者多种的组合。参见图4所示，本专利技术实施例还提供一种用于智能电网的可变电容器电路的实现方法，包括如下步骤：S1、根据智能电网的要求，确定目标控制量的大小；其中，目标控制量包括直流侧电容Cdc上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于智能电网的可变电容器电路，其特征在于，包括：三相H桥主电路，其具有依次并联的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均包括开关器件，所述第一桥臂连接进线端c1，进线端c1和第一桥臂之间连接有进线端电感L1；直流侧电容支路，其包括与三相H桥主电路并联的直流侧电容Cdc；交流侧储能支路，其包括串联的交流侧电容Cac和交流侧电感L2，交流侧储能支路连接在第二桥臂和第三桥臂之间，且与出线端c2相连；其中，所述直流侧电容Cdc和交流侧电容Cac均为非电解电容。

【技术特征摘要】
1.一种用于智能电网的可变电容器电路，其特征在于，包括：三相H桥主电路，其具有依次并联的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均包括开关器件，所述第一桥臂连接进线端c1，进线端c1和第一桥臂之间连接有进线端电感L1；直流侧电容支路，其包括与三相H桥主电路并联的直流侧电容Cdc；交流侧储能支路，其包括串联的交流侧电容Cac和交流侧电感L2，交流侧储能支路连接在第二桥臂和第三桥臂之间，且与出线端c2相连；其中，所述直流侧电容Cdc和交流侧电容Cac均为非电解电容。2.如权利要求1所述的用于智能电网的可变电容器电路，其特征在于：所述第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂包括两个串联的开关器件，第一桥臂的两个开关器件之间有第一连接点a，第二桥臂的两个开关器件之间有第二连接点b，第三桥臂的两个开关器件之间有第三连接点c，进线端电感L1与第一连接点a连接，出线端c2与第二连接点b连接，交流侧电感L2与第三连接点c连接。3.如权利要求1所述的用于智能电网的可变电容器电路，其特征在于：所述三相H桥主电路所采用的开关器件为电力场效晶体管POWERMOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、门极可关断晶闸管GTO和电力晶体管GTR中的任意一种或者多种的组合。4.如权利要求1所述的用于智能电网的可变电容器电路，其特征在于：所述直流侧电容Cdc为薄膜电容，交流侧电容Cac为薄膜电容。5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的用于智能电网的可变电容器电路的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：维持电路直流侧电容Cdc上的电压Udc不变；控制电网电流is，使得电网电流is超前电网电压us90度，所述电路构成可变电容器；对交流侧电容Cac的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊敏，刘开培，田微，王黎，何顺帆，郑植，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42