一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法制造方法及图纸

技术编号:27194853 阅读:31 留言:0更新日期:2021-01-31 11:46
本发明专利技术公开了一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法,其装置包括电网、电网、电网、负载、负载、负载、滤波电感、滤波电感、电流传感器、支撑电容、开关管和反并联二极管;支撑电容、开关管和反并联二极管组成半桥变换器。本发明专利技术采用单相半桥背靠背的拓扑,减少开关管和电流传感器的数量,实时检测三相负载电流。本发明专利技术的三相电能质量补偿方法采用变换和交叉变换得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量和无功分量参考值,在旋转坐标系下对补偿电流进行dq解耦控制,能够实现电流跟踪无静差。能够实现电流跟踪无静差。能够实现电流跟踪无静差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法


[0001]本专利技术属于电能补偿装置
,具体涉及一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法。

技术介绍

[0002]目前,我国低压配电网中绝大部分民用负荷以单相负荷为主,由于用户用电的随机性与波动性,导致配电网常出现三相不平衡和功率因素降低的问题。三相系统不平衡会导致电压和电流中含有大量的负序和零序分量,影响电气设备的正常运行。功率因数降低会导致设备容量利用少,线路电流增大,损耗增加。目前三相电能质量补偿的方案主要是投切并联电容器和使用三相有源电力滤波器。投切电容器的方案价格便宜,原理简单,但是无法精确补偿无功,且不能实现动态补偿,在系统有谐波时,还可能发生并联谐振。三相有源电力滤波器通过内部逆变器产生特定的补偿电流,馈入电网,抵消网侧不平衡电流和无功电流。但是三相有源电力滤波器需要使用较多的开关器件和电流传感器,成本较高,并且由于目标补偿电流是交流信号,采用瞬态电流控制会有稳态误差,难以实现良好的电流跟踪性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决三相电能质量补偿的问题,提出了一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法。
[0004]本专利技术的技术方案是:一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置包括电网、电网、电网、负载、负载、负载、滤波电感、滤波电感、电流传感器、支撑电容、开关管和反并联二极管;电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接,其负极分别与电网的负极和电网的负极连接;电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接;电网的正极和电流传感器的一端连接,其连接点还与支撑电容的一端和支撑电容的一端连接的连接点连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;负载的另一端分别与负载的另一端和负载的另一端连接;滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;开关管的集电极分别与反并联二
极管的负极、支撑电容的另一端、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;开关管的发射极分别与反并联二极管的正极、支撑电容的另一端、开关管的发射极和反并联二极管的正极连接;支撑电容、开关管和反并联二极管组成半桥变换器;负载、负载和负载组成不平衡负载;电流传感器均用于测量负载电流,电流传感器和分别用于测量A相和B相的补偿电流。
[0005]基于以上系统,本专利技术还提出一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,包括以下步骤:S1:利用锁相环对网侧电压的相位进行锁定,并获取三相网侧电压的相位;S2:根据三相网侧电压的相位,对A相网侧电压、三相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换,得到A相网侧电压的有功分量和无功分量、三相负载电流的有功分量和无功分量与补偿电流的有功分量和无功分量;S3:将三相负载电流的有功分量和无功分量、补偿电流的有功分量和无功分量与维持直流电压稳定的有功电流进行变换,得到补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;S4:将补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换,得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;S5:根据A相网侧电压的有功分量和无功分量,将补偿电流的有功分量和无功分量与补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行dq解耦控制,得到半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量;S6:将半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换,得到半桥变换器的调制信号;S7:将半桥变换器的调制信号进行PWM调制,得到半桥变换器开关管的驱动信号,完成基于半桥变换器的三相电能质量补偿。
[0006]本专利技术的有益效果是:三相有功平衡和无功为零时,网侧电流有功分量和无功分量满足步骤S2的表达式;为了维持直流侧电容电压的稳定,需要将直流侧电容电压的闭环输出作为动态调整的有功电流,注入到补偿电流中,得到电压环的表达式;根据基尔霍夫电流定律和三相平衡及无功为零的条件进行变换。三相三线制电路中,C相补偿电流为A相补偿电流与B相补偿电流之和的相反数,因此仅需控制A相和B相补偿电流,当A相和B相补偿电流满足步骤S32中的公式时,三相网侧电流将处于平衡状态,功率因数为1;由于变换器接入的是网侧线电压,而补偿电流是注入到网侧相电流中,相线之间存在30度相角差,因此需要进行角度转换;补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值也是控制系统中实际的补偿电流参考值。
[0007]本专利技术提出一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置,采用单相半桥背靠背的拓扑,减少开关管和电流传感器的数量,实时检测三相负载电流,相对于传统的并联电容
器,本专利技术既可以动态补偿无功,也可以动态补偿有功不平衡,不易发生谐振。相对于传统的三相有源电力滤波器,本专利技术可以减少两个开关管和一个电流传感器,降低成本,经济性强。本专利技术的三相电能质量补偿方法采用变换和交叉变换得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量和无功分量参考值,在旋转坐标系下对补偿电流进行dq解耦控制,能够实现电流跟踪无静差,具有良好的电流跟踪性能,实现三相不平衡和无功的动态补偿,可应用到二极管钳位多电平拓扑和模块化多电平(MMC)拓扑,具有较强的适用性与延展性。
[0008]进一步地,步骤S2中,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的公式为:对A相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:其中,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的二阶变换矩阵为P矩阵,表示A相网侧电压,表示相位滞后于A相网侧电压的虚拟电压,表示A相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示A相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示A相负载电流,表示相位滞后于A相负载交流的虚拟电流,表示A相补偿电流,表示相位滞后于A相补偿电流的虚拟电流,表示电网角频率,t表示时间;对B相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:其中,表示B相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示B相负载电流,表示相位滞后于B相负载交流的虚拟电流,表示B相补偿电流,表示相位滞后于B相补偿电流的虚拟电流;
对C相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:其中,表示C相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的无功分量,表示C相补偿电流的有功分量,表示C相补偿电流的无功分量,表示C相负载电流,表示相位滞后于C相负载交流的虚拟电流,表示C相补偿电流,表示相位滞后于C相补偿电流的虚拟电流。
[0009]进一步地,步骤S2中,三相网侧电流的有功分量和无功分量满足的表达式为:其中,表示A相网侧电流有功分量的参考值,表示B相网侧电流有功分量的本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置,其特征在于,包括电网、电网、电网、负载、负载、负载、滤波电感、滤波电感、电流传感器 、支撑电容、开关管和反并联二极管;所述电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接,其负极分别与电网的负极和电网的负极连接;所述电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接;所述电网的正极和电流传感器的一端连接,其连接点还与支撑电容的一端和支撑电容的一端连接的连接点连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述负载的另一端分别与负载的另一端和负载的另一端连接;所述滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;所述滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;所述电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述开关管的集电极分别与反并联二极管的负极、支撑电容的另一端、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述开关管的发射极分别与反并联二极管的正极、支撑电容的另一端、开关管的发射极和反并联二极管的正极连接;所述支撑电容、开关管和反并联二极管组成半桥变换器;所述负载、负载和负载组成不平衡负载;所述电流传感器均用于测量负载电流,所述电流传感器和分别用于测量A相和B相的补偿电流。2.一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:利用锁相环对网侧电压的相位进行锁定,并获取三相网侧电压的相位;S2:根据三相网侧电压的相位,对A相网侧电压、三相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换,得到A相网侧电压的有功分量和无功分量、三相负载电流的有功分量和无功分量与补偿电流的有功分量和无功分量;S3:将三相负载电流的有功分量和无功分量、补偿电流的有功分量和无功分量与维持直流电压稳定的有功电流进行变换,得到补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;S4:将补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换,得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;
S5:根据A相网侧电压的有功分量和无功分量,将补偿电流的有功分量和无功分量与补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行dq解耦控制,得到半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量;S6:将半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换,得到半桥变换器的调制信号;S7:将半桥变换器的调制信号进行PWM调制,得到半桥变换器开关管的驱动信号,完成基于半桥变换器的三相电能质量补偿。3.根据权利要求2所述的基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,所述步骤S2中,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的公式为:对A相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:其中,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的二阶变换矩阵为P矩阵,表示A相网侧电压,表示相位滞后于A相网侧电压的虚拟电压,表示A相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示A相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示A相负载电流,表示相位滞后于A相负载交流的虚拟电流,表示A相补偿电流,表示相位滞后于A相补偿电流的虚拟电流,表示电网角频率,t表示时间;对B相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:其中,表示B相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示B相负载电流,表示
相位滞后于B相负载交流的虚拟电流,表示B相补偿电流,表示相位滞后于B相补偿电流的虚拟电流;对C相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:其中,表示C相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的无功分量,表示C相补偿电流的有功分量,表示C相补偿电流的无功分量,表示C相负载电流,表示相位滞后于C相负载交流的虚拟电流,表示C相补偿电流,表示相位滞后于C相补偿电流的虚拟电流。4.根据权利要求3所述的基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,所述步骤S2中,三相网侧电流的有功分量和无功分量满足的表达式为:其中,表示A相网侧电流有功分量的参考值,表示B相网侧电流有功分量的参考值, 表示C相网侧电流有功分量的参考值,表示A相网侧电流无功分量的参考值,表示B相网侧电流无功分量的参考值,表示C相网侧电流无功分量的参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量。5.根据权利要求2所述的基于半桥变换器的三相...

【专利技术属性】
技术研发人员:舒泽亮杨江朋张帅冯润波孟令辉
申请(专利权)人:西南交通大学
类型:发明
国别省市:

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