一种串联有源电压质量治理系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种串联有源电压质量治理系统及控制方法，该系统包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元置于交流电网与负载间，主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，该控制方法采用DSP和FPGA双CPU控制，使并联部分、串联部分可进行独立控制，延迟小、性能优，可对电网电压做出及时、可靠的补偿处理，提高了电网电压质量，同时解决了并联部分电流受电网电压畸变影响导致直流母线电压不稳定的技术问题，消除了串联部分交流信号的静态误差，实现了交流信号的无差跟踪。无差跟踪。无差跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种串联有源电压质量治理系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及涉及电能质量治理领域，具体涉及一种串联有源电压质量治理系统及控制方法。

技术介绍

[0002]目前，电能质量问题受到了越来越多的关注，随着非线性电力电子装置和冲击性、波动性负荷在现代工业中的广泛应用，导致电网电压存在过压、欠压、电压暂降及谐波等电压质量问题，这些问题将导致一些重要的负载或对电能质量敏感的设备性能降低、寿命缩短。
[0003]针对这一问题，一种直接有效的措施是在电网和敏感负荷之间加装串联有源电压质量治理系统(active voltage quality regulator, AVQR)，通过向电网注入补偿电压来保证用户端的电压质量。由于串联装置只需要补偿系统电压的畸变和与额定值相差部分，而大部分能量还是直接由电网提供给负载，所以通常它们具有更高的效率。
[0004]由于串联有源电压质量治理系统（AVQR）是串联在电网与敏感负荷之间，所以系统的硬件部分由并联部分、串联部分及旁路三部分组成。现有串联有源电压质量治理系统（AVQR）的并联、串联部分均采用单相全桥两电平结构，且常规控制方式是单CPU控制。该结构存在的问题是：两电平结构桥臂之间存在耦合，系统效率低，单CPU控制无法对电网电压做出及时、可靠的补偿处理，电网电压质量差。
[0005]如何解决上述问题，是本领域技术人员致力于解决的事情。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种串联有源电压质量治理系统，该系统体积小、损耗小，稳定性强，能够确保电网电压质量。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种串联有源电压质量治理系统，包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，所述旁路单元置于交流电网与负载间，所述主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，所述LCL无源滤波器包括电容C
fc
、电感L
fg
及电感L
f2
，所述储能单元包括并联的储能电容C1与储能电容C2，单相三电平半桥整流器及单相三电平半桥逆变器均包含多个串联的IGBT单管，所述LC滤波器包括串联的电感L
f3
及电容C
f
，所述控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，其中：采样单元用于实时监测系统运行情况，获得采样数据，所述采样数据包括电容C1两端的电压U
dcl
、电容C2两端的电压U
dc2
、电网电压Us、电感L
f2
的电流i3、电容C
fc
的电流i4、电容C
f
两端的电压U0、电感L
f3
的输出电流IL及负载ZL的电流IZ；FPGA分别与数据交互缓冲单元、采样单元连接，从采样单元中读取采样数据存储至数据交互缓冲单元；
DSP，与数据交互缓冲单元相连，将从上位机获取的控制参数存储至数据缓冲单元，并通过读取数据交互缓冲单元中的采样数据与获取的控制参数进行对比，发送并联部分输出信号及串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；FPGA根据从数据交互缓冲单元中读取的并联部分输出信号及串联部分输出信号，输出并联部分驱动信号及串联部分驱动信号给主路单元，对主路单元进行控制。
[0009]优选地，所述LCL无源滤波器中，电容C
fc
、电感L
fg
及电感L
f2
的一端相连，电容C
fc
的另一端与电网的N线连接，电感L
fg
的另一端与电网的相线连接；所述单相三电平半桥整流器包括依次串联的4个IGBT单管V1、V2、V3、V4，4个IGBT单管的栅极受并联部分驱动信号的控制；所述储能电容中，储能电容C1的负极与储能电容C2的正极连接，储能电容C1的正极与IGBT单管V1的源极连接，储能电容C2的负极与IGBT单管V4的漏极连接，储能电容C1的负端、储能电容C2的正端还与电网的N线连接；所述单相三电平半桥逆变器包括依次串联的4个IGBT单管V5、V6、V7、V8，4个IGBT单管的栅极受串联部分驱动信号的控制；所述LC滤波器中电容C
f
的一端与电网的N线连接、另一端与电感L
f3
的一端及负载ZL连接，电感L
f3
的另一端与IGBT单管V6的漏极连接。
[0010]作为一种具体的实施方式，所述单相三电平半桥整流器中还包括2个二极管T1、T2，二极管T1、T2串联后两端接入IGBT单管V2、V3的两侧，电感L
f2
的另一端接入IGBT单管V2与V3间；所述单相三电平半桥逆变器中还包括2个二极管T3、T4，二极管T3、T4串联后两端接入IGBT单管V6、V7的两侧，所述二极管T1的正端、二极管T2的负端、二极管T3的正端及二极管T4的负端还与电网的N线连接。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供一种串联有源电压质量治理系统的控制方法，包括以下步骤：1)DSP上电、初始化并从上位机获取控制参数，将控制参数存储至数据交互缓冲单元；FPGA上电运行，实时读取数据交互缓冲单元及采样单元，采样单元采集数据并通过FPGA将采样数据存储至数据交互缓冲单元；2）DSP使硬件电路单元处于旁路状态，读取数据交互缓冲单元中的采样数据，与控制参数进行对比，判断电网电压Us是否合格，如果合格，继续处于旁路状态；如果不合格，发送并联部分输出信号给数据交互缓冲单元；3）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到并联部分输出信号时，输出并联部分驱动信号以进行并联部分直流母线稳压控制；4）并联部分直流母线稳压后，DSP将系统从旁路切换到主路；5）DSP发送串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；6）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到串联部分输出信号时，输出串联部分驱动信号进行串联部分逆变输出。
[0012]优选地，步骤1) 并联部分驱动信号的产生过程如下：1.1）电压环调节1.1.1）将电压U
dcl
及电压U
dc2
做差，通过PI调节器，得到电流信号i1；对电压U
dcl
及电压U
dc2
求和，将储能电容C1及储能电容C2电压目标值的和Udcref与电压
U
dcl
与电压U
dc2 的和求差，经过PI调节器得到电流信号i2的幅值；将电网电压Us通过PLL进行锁相得到电网电压的相位；将电流信号i2的幅值与电网电压的相位相乘即可得到一个与电网电压同相位的电流信号i2；1.1.2）将电流信号i1、电流信号i2求和后与电感Lf2电流i3求差得到电流误差信号；1.2）电流环调节将步骤1.1.2）中得到的电流误差信号依次经重复控制器、比例控制器处理，得到电流信号i
′
，将电流信号i
′
与电流信号i4分别乘以比例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联有源电压质量治理系统，包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，所述旁路单元置于交流电网与负载间，所述主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，所述LCL无源滤波器包括电容C
fc
、电感L
fg
及电感L
f2
，所述储能单元包括并联的储能电容C1与储能电容C2，单相三电平半桥整流器及单相三电平半桥逆变器均包含多个串联的IGBT单管，所述LC滤波器包括串联的电感L
f3
及电容C
f
，其特征在于，所述控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，其中：采样单元用于实时监测系统运行情况，获得采样数据，所述采样数据包括电容C1两端的电压U
dcl
、电容C2两端的电压U
dc2
、电网电压Us、电感L
f2
的电流i3、电容C
fc
的电流i4、电容C
f
两端的电压U0、电感L
f3
的输出电流IL及负载ZL的电流IZ；FPGA分别与数据交互缓冲单元、采样单元连接，从采样单元中读取采样数据存储至数据交互缓冲单元；DSP，与数据交互缓冲单元相连，将从上位机获取的控制参数存储至数据缓冲单元，并通过读取数据交互缓冲单元中的采样数据与获取的控制参数进行对比，发送并联部分输出信号及串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；FPGA根据从数据交互缓冲单元中读取的并联部分输出信号及串联部分输出信号，输出并联部分驱动信号及串联部分驱动信号给主路单元，对主路单元进行控制。2.根据权利要求1所述的串联有源电压质量治理系统，其特征在于，所述LCL无源滤波器中，电容C
fc
、电感L
fg
及电感L
f2
的一端相连，电容C
fc
的另一端与电网的N线连接，电感L
fg
的另一端与电网的相线连接；所述单相三电平半桥整流器包括依次串联的4个IGBT单管V1、V2、V3、V4，4个IGBT单管的栅极受并联部分驱动信号的控制；所述储能电容中，储能电容C1的负极与储能电容C2的正极连接，储能电容C1的正极与IGBT单管V1的源极连接，储能电容C2的负极与IGBT单管V4的漏极连接，储能电容C1的负端、储能电容C2的正端还与电网的N线连接；所述单相三电平半桥逆变器包括依次串联的4个IGBT单管V5、V6、V7、V8，4个IGBT单管的栅极受串联部分驱动信号的控制；所述LC滤波器中电容C
f
的一端与电网的N线连接、另一端与电感L
f3
的一端及负载ZL连接，电感L
f3
的另一端与IGBT单管V6的漏极连接。3.根据权利要求2所述的串联有源电压质量治理系统，其特征在于，所述单相三电平半桥整流器中还包括2个二极管T1、T2，二极管T1、T2串联后两端接入IGBT单管V2、V3的两侧，电感L
f2
的另一端接入IGBT单管V2与V3间；所述单相三电平半桥逆变器中还包括2个二极管T3、T4，二极管T3、T4串联后两端接入IGBT单管V6、V7的两侧，所述二极管T1的正端、二极管T2的负端、二极管T3的正端及二极管T4的负端还与电网的N线连接。4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的串联有源电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王森，刘咏妮，王萍，荣为青，
申请(专利权)人：苏州爱科赛博电源技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：