一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器的拓扑结构，分别建立H桥级联型式配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系、αβ两相静止坐标系、dq两相同步旋转坐标系下的数学模型；针对H桥级联型式配电网静止同步补偿器，设计基于参考矢量移相叠加空间矢量调制方法；对H桥级联型式配电网静止同步补偿器的交流侧采用功率解耦控制；对H桥级联型式配电网静止同步补偿器的直流侧电容电压进行平衡控制。能够解决随着非线性负载及电力电子设备的大量接入，配电网中的谐波和无功功率等电能质量问题。等电能质量问题。等电能质量问题。

【技术实现步骤摘要】
一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法


[0001]本专利技术属于补偿器设备
，尤其是一种H桥级联式配电网静止同步补偿器。

技术介绍

[0002]随着国民经济的快速发展，电能成为了人类正常工作生活不可或缺的物质基础，而伴随着科技水平的高速发展，越来越多的电子设备，尤其是一些高精密度电子设备对电能质量的要求很高，电能质量问题逐步成为了人们关注的焦点。
[0003]配电网处于电力系统的终端，是与电力用户直接相连的终端电网，其电能质量的高低直接影响到居民生活用电及企业生产用电。然而，配电系统中接入了大量的非线性负荷，包括电力电子变流器、高频电弧炉、电气化铁路等，这些非线性负荷具有功率因数低、启动电流大、容易导致三相不平衡等特点，造成配电网电能质量严重下降。另一方面，配电网中运行的配电变压器等设备，会消耗无功功率，无功功率的增加对电力系统造成了额外的负担，不仅增大了配网系统设备容量，而且会导致功率因数下降等。
[0004]针对上述问题，中国专利授权号：CN106849126B，名称为：一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法，公开了一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法,其具体实现可由预充电路、控制模块、功率模块、保护模块及人机交互界面构成。中国专利授权号：CN106549400B，名称为：一种基于电压预测的配电静止同步补偿器的控制方法，该方法首先建立DSTATCOM的单相等效电路，然后利用二阶拉格朗日插值法来计算(k+2)时刻电流参考值及电网电压采样值,通过预测参考电流及周期平均误差得到下一拍输出电流，最后通过对上述三个量的预测得到下一拍预测参考电压矢量。然而，上述两种方法只能应用于小功率场所，在高压、大功率场所并不适用。
[0005]十九世纪八十年代，欧洲科学家首次提出柔性配电技术，其根据用户对电能质量的要求，提出采用DVR、DSTATCOM、UPS等设备，实现对电力系统中的谐波、三相不平衡、无功功率等抑制和补偿，从而提高电力系统中的电能质量问题。其中DSTATCOM能够同时对配电网中的谐波电流和无功功率进行补偿，能够解决配电网中的大部分电能质量问题，得到了广泛应用。随着配电网负荷的变大，对DSTATCOM容量提出了新要求，而H桥级联型DSTATCOM易于模块化、数字化实现等优点，在实际工业生产中广泛应用。因此对H桥级联型DSTATCOM进行研究具有重要的理论意义和实用价值。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，能够解决随着非线性负载及电力电子设备的大量接入，配电网中的谐波和无功功率等电能质量问题。
[0007]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，包括如下步骤：
[0009]S1、基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器的拓扑结构，分别建立H桥级联型式
配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系、αβ两相静止坐标系、dq两相同步旋转坐标系下的数学模型；
[0010]S2、针对H桥级联型式配电网静止同步补偿器，设计基于参考矢量移相叠加空间矢量调制方法；
[0011]S3、对H桥级联型式配电网静止同步补偿器的交流侧采用功率解耦控制；对H桥级联型式配电网静止同步补偿器的直流侧电容电压进行平衡控制。
[0012]进一步，H桥级联型式配电网静止同步补偿器a、b、c三相对应着相同的拓扑结构；每一相的拓扑结构均由N个H桥单元级联得到。
[0013]进一步，每个H桥单元的前端均并联一个直流侧电容C；在同一相的拓扑结构中，首个H桥单元的输入端连接L、R，N个H桥单元之间依次串联；a、b、c三相的第N个H桥单元的输出相互连接。
[0014]进一步，基于H桥级联式DSTATCOM拓扑结构，建立H桥级联型式配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系的数学模型；所述数学模型表示为：
[0015][0016]其中，L代表等效电感，R代表等效电阻，t为时间变量，N为每相的拓扑结构中H桥单元的个数；V
dc
为基本电平；e
a
,e
b
,e
c
分别代表DSTATCOM接入点a、b、c三相电网的反电动势，v
ca
,v
cb
,v
cc
分别代表DSTATCOM逆变器a、b、c三相输出电压，i
ca
,i
cb
,i
cc
分别代表输入至DSTATCOM的a、b、c三相电流，C是电容；
[0017]进一步，基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系，通过坐标变换获得αβ两相静止坐标系下的数学模型，表示为：
[0018][0019]其中，e
α
、e
β
分别为α、β相的反电动势，i
cα
、i
cβ
分别为α、β相电流，v
cα
、v
cβ
分别为α、β相电压。
[0020]进一步，基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器在αβ两相静止坐标系下的数学模型，通过矩阵变换得到dq两相同步旋转坐标系下的数学模型，表示为：
[0021][0022]其中，e
d
、e
q
分别是dq坐标系中的反电动势；v
cd
、v
cq
分别是dq坐标系中电压，i
cd
、i
cq
分别是dq坐标系中电流；ω
s
为电源电角频率；
[0023]进一步，参考矢量移相叠加空间矢量调制方法为：
[0024]基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器的三相电压v
a
、v
b
、v
c
，定义电网电压的空间电压矢量：
[0025][0026]其中，常数α＝e
j2π/3
，j为虚数符号；
[0027]定义开关函数s
a
，s
b
，s
c
，则三相电压v
a
、v
b
、v
c
分别表示为：
[0028]v
a
＝V
dc
·
s
a
，v
b
＝V
dc
·
s
b
，v
c
＝V
dc
·
s
c
[0029]进一步得电压空间矢量如下式所示：
[0030][0031]当采用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)调制过程中，采用伏秒平衡原理，对于目标参考电压合成指令满足如下关系式：
[0032][0033]上式中T1，T2，T3分别为V1，V2，V3矢量对应的作用时间，T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器的拓扑结构，分别建立H桥级联型式配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系、αβ两相静止坐标系、dq两相同步旋转坐标系下的数学模型；S2、针对H桥级联型式配电网静止同步补偿器，设计基于参考矢量移相叠加空间矢量调制方法；S3、对H桥级联型式配电网静止同步补偿器的交流侧采用功率解耦控制；对H桥级联型式配电网静止同步补偿器的直流侧电容电压进行平衡控制。2.根据权利要求1所述的一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在于，H桥级联型式配电网静止同步补偿器a、b、c三相对应着相同的拓扑结构；每一相的拓扑结构均由N个H桥单元级联得到。3.根据权利要求2所述的一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在于，每个H桥单元的前端均并联一个直流侧电容C；在同一相的拓扑结构中，首个H桥单元的输入端连接L、R，N个H桥单元之间依次串联；a、b、c三相的第N个H桥单元的输出相互连接。4.根据权利要求1所述的一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在于，基于H桥级联式DSTATCOM拓扑结构，建立H桥级联型式配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系的数学模型；所述数学模型表示为：其中，L代表等效电感，R代表等效电阻，t为时间变量，N为每相的拓扑结构中H桥单元的个数；V
dc
为基本电平；e
a
,e
b
,e
c
分别代表DSTATCOM接入点a、b、c三相的反电动势，v
ca
,v
cb
,v
cc
分别代表DSTATCOM逆变器a、b、c三相输出电压，i
ca
,i
cb
,i
cc
分别代表输入至DSTATCOM的a、b、c三相电流，C是电容。5.根据权利要求4所述的一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在于，基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器在三相abc静止坐标系，通过坐标变换获得αβ两相静止坐标系下的数学模型，表示为：其中，e
α
、e
β
分别为α、β相的反电动势，i
cα
、i
cβ
分别为α、β相电流，v
cα
、v
cβ
分别为α、β相电压。6.根据权利要求5所述的一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在
于，基于H桥级联型式配电网静止同步补偿器在αβ两相静止坐标系下的数学模型，通过矩阵变换得到dq两相同步旋转坐标系下的数学模型，表示为：其中，e
d
、e
q
分别是dq坐标系中的反电动势；v
cd
、v
cq
分别是dq坐标系中电压，i
cd
、i
cq
分别是dq坐标系中电流；ω
s
为电源电角频率。7.根据权利要求6所述的一种H桥级联式配电网静止同步补偿器的控制方法，其特征在于，参考矢量移相叠加空间矢量调制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：马相如，杨泽斌，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：