一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，属于电力电子及其控制技术领域。本发明专利技术首先将三相直流侧电压反馈值与平均值作差，然后经PI调节并进行Clark坐标变换得到三相功率偏差量，并计算注入负序电流与零序电压在三相中产生的功率偏差，使之与原有功率偏差相互抵消达到直流侧电压均衡，进而计算出所需注入负序电流与零序电压的表达式。当电网不平衡度较小时采用零序电压注入法，可维持相间电压均衡并补偿负序电流，电网不平衡度较大时采用负序电流注入法，在不平衡度较大时仍然可以维持相间电压均衡。电压均衡。电压均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子及其控制
，更具体地说，涉及一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法。

技术介绍

[0002]电能是当今社会非常重要的一种能源，工业化与现代化的发展离不开电能，因此电能质量直接关系到国家的发展与人民的生活。随着工业化水平的不断进步，电力系统中用电设备的种类也在逐渐增多，各种感性、非线性与不平衡负载接入在电网中对电能质量带来不利的影响。为提高电力系统的功率因数，消除无功、负序等对电网的影响，无功功率的补偿成为当前研究的热点。静止无功发生器(SVG)作为一种无功功率补偿装置因其体积小、响应速度快、容易模块化、经济性好等显著优势而广泛应用于输电系统的补偿中。
[0003]受开关器件的耐压等级影响，目前大多数SVG都只能应用于低压供电系统，随着大容量电力电子负载的增多，需要提高SVG的电压等级与容量。目前多电平逆变技术在高电压、大容量方面得到了越来越广泛的应用，常见的有二极管钳位型多电平逆变器与级联H桥型多电平逆变器，因此可以将H桥多电平逆变技术应用于SVG来提高SVG的电压等级与容量。
[0004]在实际运行中，电网会存在不平衡的工况，级联H桥的直流电容相互独立，电网不平衡时使得三相级联模块能量交换不均衡，引起级联式SVG三相直流侧电压不平衡，严重时会使系统不能正常工作，直流侧电容电压平衡问题成为级联H桥型SVG设备控制技术的关键所在。
[0005]期刊《电力科学与工程》第34卷，第6期，第1
‑
8页，提出了一种自适应PI控制方法维持级联SVG直流侧电压稳定，通过各相SVG直流侧的电压反馈值分别进行自适应PI控制，各相通过PI外环调节直流侧与电网之间有功功率的交换，使直流侧电容从电网充电或对电网放电达到直流侧电压均衡，并通过仿真与实验验证了方法的有效性。但该方法的不足在于：只考虑了电网平衡时直流侧电压均衡控制，未对电网电压发生不平衡时分相PI控制的补偿能力进行分析。
[0006]期刊《中国电机工程学报》第40卷，第9期，第2924
‑
2932页，提出了一种改进型零序电压注入法来维持级联式H桥SVG三相直流侧电压均衡，该方法通过构造零序电压的虚拟正交分量得到零序电压在dq旋转坐标系下的表达式，分析了dq坐标系下零序电压与直流侧电压偏差之间的关系，得出在dq坐标系下，零序电压与直流侧电压偏差存在线性关系，进而对零序电压注入法的计算公式进行了简化。但此篇文章所提出的零序电压注入法只针对SVG补偿网侧正序无功电流的情况，并未考虑SVG补偿网侧负序电流的情况。当SVG补偿网侧负序电流时，零序电压注入法在不平衡度较大的工况下无法维持相间电压均衡。
[0007]期刊《中国电机工程学报》第32卷，第34期，第36
‑
41页，提出了基于负序电流的SVG三相直流电压均衡的控制方式，通过注入负序电流使三相直流侧功率分配达到电压均衡，并给出了负序电流的计算公式，通过仿真和实验验证了所述方法的有效性与合理性。但此
方法计算所需注入的负序电流计算公式复杂，式中包含大量的三角函数运算，并且额外注入负序电流会对电网产生影响。

技术实现思路

[0008]1.专利技术要解决的技术问题
[0009]针对级联式SVG系统中电网不平衡等工况下，级联式SVG直流侧电压不能保持均衡的问题。本专利技术提出一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，首先三相直流侧电压反馈值与平均值作差，然后经PI调节并进行Clark坐标变换得到三相功率偏差量，并计算注入负序电流与零序电压在三相中产生的功率偏差，使之与原有功率偏差相互抵消达到直流侧电压均衡，进而计算出所需注入负序电流与零序电压的表达式。当电网不平衡度较小时采用零序电压注入法，可维持相间电压均衡并补偿负序电流，电网不平衡度较大时采用负序电流注入法，在不平衡度较大时仍然可以维持相间电压均衡。
[0010]2.技术方案
[0011]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0012]本专利技术的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，其特征在于，其步骤为：
[0013]步骤一、根据级联式SVG三相各H桥直流侧电压计算三相直流电压均值U
dc_av
，将电压均值与电压给定值U
ref
比较后经PI调节作为正序有功电流给定值获得电压外环；
[0014]步骤二、利用负载正序无功电流和步骤一中的正序有功电流给定值来设计正序电流内环；
[0015]步骤三、计算级联式SVG两相静止坐标系下的功率偏差ΔP
αβ
；
[0016]步骤四、分别计算负序电流注入法所需注入的负序电流值，和零序电压注入法所需注入的电压；
[0017]步骤五、实时检测零序电压注入法下的调制度M，并根据调制度切换选择为负序电流注入法或零序电压注入法。
[0018]3.有益效果
[0019]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0020](1)本专利技术的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，当注入负序电流或零序电压时级联式SVG三相直流侧电压功率重新分配，从而维持三相相间电压的均衡，有效地解决了在电网电压不对称时级联式SVG直流侧各相电压不均衡的问题。
[0021](2)本专利技术的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，通过采用坐标变换将三相之间的功率变化量与所需注入的三相负序电流量转化到两相静止坐标系下，从而很容易得出所需注入负序电流的幅值与初相位，简化了负序电流计算的公式，使控制方法容易实现，具有工程实际价值。
[0022](3)本专利技术的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，在电网不平衡度较小时采用零序电压注入法维持相间电压均衡，此时可以补偿电网中含有的负序电流，在电网不平衡度较大时，实时检测零序电压注入法的调制度，出现
过调制时切换至负序电流注入法，可有效避免在严重不平衡的情况下零序电压注入法无法维持相间电压均衡的问题。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中三电平星接级联式SVG电路拓扑图；
[0024]图2为本专利技术中负序电流零序电压切换控制框图；
[0025]图3为本专利技术中负序电流与零序电压计算框图；
[0026]图4为本专利技术中基于零序电压注入时级联式SVG直流侧电压波形图；
[0027]图5为本专利技术中基于零序电压注入时网侧补偿后电流波形图；
[0028]图6为本专利技术中基于负序电流注入时级联式SVG直流侧电压波形图；
[0029]图7为本专利技术中基于负序电流注入时网侧补偿后电流波形图；
[0030]图8为本专利技术中负序电流与零序电压切换注入时级联式SVG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，其特征在于，其步骤为：步骤一、根据级联式SVG三相各H桥直流侧电压计算三相直流电压均值U
dc_av
，将电压均值与电压给定值U
ref
比较后经PI调节作为正序有功电流给定值获得电压外环；步骤二、利用负载正序无功电流和步骤一中的正序有功电流给定值来设计正序电流内环；步骤三、计算级联式SVG两相静止坐标系下的功率偏差ΔP
αβ
；步骤四、分别计算负序电流注入法所需注入的负序电流值，和零序电压注入法所需注入的电压；步骤五、实时检测零序电压注入法下的调制度M，并根据调制度切换选择为负序电流注入法或零序电压注入法。2.根据权利要求1所述的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，其特征在于，所述的步骤二中，检测负载电流经Park旋转坐标变换后得到负载正序无功电流与负序电流，负载正序无功电流作为SVG正序无功电流给定值与步骤一中的正序有功电流给定值构成正序电流环，经调节得到输出负序电流i
Ldn
、i
Lqn
作为零序电压注入法下的SVG负序电流给定经调节得到输出所述的步骤三中，将三相直流侧电压实测值与电压均值作差，经PI调节后得到各相功率偏差量ΔP
abc
，并对该偏差量进行Clark坐标变换得到ΔP
αβ
；所述的步骤四中，根据步骤三获得的功率偏差量ΔP
αβ
计算出所需注入的负序电流i
n
与零序电压u0，并将负序电流进行Park坐标变换后得到SVG负序电流环的给定值与并通过负序电流环调节得到基于负序电流注入法下的负序调制电压与3.根据权利要求2所述的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，其特征在于，所述的步骤一中，电压均值与给定值经PI调节后构成SVG的电压外环，将电压外环的输出作为SVG正序电流环的有功给定值得到电压外环：式中，K
pu
、K
iu
为电压外环PI控制器的比例、积分增益，为积分环节，U
ref
为直流侧电压给定值，U
dc_av
为三相直流侧电压均值。4.根据权利要求3所述的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，其特征在于，所述步骤二中，负载电流经过ωt的Park变换后经二阶陷波滤波器滤波后得到正序电流i
Ldp
与i
Lqp
，变换公式为：将i
Lqp
作为SVG正序电流环的无功给定值正序电流环对电流偏差进行PI调节和前馈
控制可得到两个输出值和并将其作为SVG交流侧正序调制电压，即SVG正序电流环；和的表达式如下：同样，负载电流经过
‑
ωt的Park变换后经二阶陷波滤波器滤波后得到负序电流i
Ldn
与i
Lqn
，i
Ldn
与i
Lqn
作为零序电压注入时的负序电流环给定值用于补偿网侧中的负序电流，负序电流环经PI调节与前馈控制得到零序电压注入法下的SVG交流侧负序调制电压和表达式如下：其中，K
p
、K
i
为电流内环PI控制器的调节参数，i
cdp
、i
cqp
分别为SVG输出正序有功、无功电流，i
cdn
与i
cqn
分别为SVG的负序dq轴电流，ω为网侧电压的角频率，L为SVG与电网之间的电感值，e
dp
、e
qp
分别为网侧电压的正序dq轴分量，e
dn
、e
qn
分别为网侧电压的负序dq轴分量。5.根据权利要求4所述的一种基于负序电流和零序电压注入的级联式SVG的直流侧电压平衡控制方法，其特征在于，所述的步骤三中，不平衡工况下电网电压与SV...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑诗程，徐权威，刘海瑞，郎佳红，方四安，徐磊，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：