一種角接鏈式svg的環(huán)流控制方法
【專利摘要】一種角接鏈式SVG的環(huán)流控制方法，所述的環(huán)流控制方法由采用電納平衡原理的前饋控制器，和采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)的反饋控制器組合而成，使得鏈式SVG裝置可以在電網(wǎng)電壓不對稱條件下對三相不平衡負載進行無功和負序補償。所述的網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制是通過檢測補償后的電網(wǎng)側(cè)電流中殘余的無功和負序分量，并在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下分別對其進行比例積分控制，將殘余分量逐漸衰減到零，從而自動補償電網(wǎng)電壓不平衡對無功和負序補償效果造成的影響。所述的環(huán)流控制方法將前饋控制和反饋控制相結(jié)合，使得SVG裝置能夠在保持快速的動態(tài)響應(yīng)的同時，實現(xiàn)良好的穩(wěn)態(tài)補償效果，并能抵御電網(wǎng)電壓不平衡造成的影響。
【專利說明】一種角接鏈式SVG的環(huán)流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子變流器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及角接鏈式SVG裝置的環(huán)流控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鏈式SVG分為角接和星接兩種基本拓撲，研究表明，星接鏈式SVG不具備負序補償能力，即使采用特殊的控制方法，也只能進行非常有限的負序補償，因而星接鏈式SVG通常只應(yīng)用于無功補償領(lǐng)域；而角接鏈式SVG則能夠同時進行無功、負序和諧波補償，但是角接鏈式SVG在進行負序補償時，會面臨特殊的環(huán)流控制問題。
[0003]由于拓撲上的特點，角接鏈式SVG進行負序補償或在電壓不對稱條件下運行時，三相之間會出現(xiàn)有功流動，造成相間直流電容電壓失去平衡。在角接結(jié)構(gòu)的三角形內(nèi)，可以存在同時流過三相的零序電流，也就是環(huán)流。環(huán)流并不影響角接裝置的輸出電流，但是會影響三相之間的功率流動。環(huán)流形成一個額外的自由度，為相間功率再平衡提供了條件，這是角接鏈式SVG能夠?qū)崿F(xiàn)負序補償和不對稱運行的根本原因。
[0004]目前常用的環(huán)流控制方法包括零序電流注入法和電納平衡原理兩種。零序電流注入法是用解析的方法推導(dǎo)求解所需的零序電流(也就是三角形內(nèi)的環(huán)流)的幅值和相位，并將這個零序電流疊加到SVG裝置各相輸出電流的目標值中，從而實現(xiàn)相間功率平衡。電納平衡原理則是利用電路分析的方法，直接求取SVG裝置各相所需的補償電納，從而得到各相的無功電流目標值。電納平衡原理并不直接求取環(huán)流的大小和幅值，但是其三相目標電流中自動包含了用于平衡相間有功功率的環(huán)流分量。
[0005]實際的工業(yè)配電網(wǎng)中，負載的情況極為復(fù)雜。電弧爐等大型工業(yè)負載在運行過程中，三相電流獨立地?zé)o規(guī)則的劇烈變化，產(chǎn)生大量負序電流；同時，由于負載劇烈波動，對電網(wǎng)形成無功沖擊，造成三相電網(wǎng)電壓嚴重不平衡。要對電弧爐等工業(yè)負載進行無功和負序補償，不僅要求補償裝置能對負載的負序電流進行補償，還要求補償裝置能夠應(yīng)對一定的電網(wǎng)電壓不平衡條件，抵御負序電壓對補償效果造成的不利影響。然而，上述兩種常用的環(huán)流控制方法都是在電網(wǎng)電壓三相對稱的條件下得出的結(jié)論，在電網(wǎng)電壓不對稱時，其基本原理不再成立，補償效果受到很大影響，無法滿足配電網(wǎng)中大型工業(yè)負載的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決電網(wǎng)電壓不對稱條件下，采用傳統(tǒng)環(huán)流控制方法的SVG裝置無法實現(xiàn)有效的無功和負序補償?shù)膯栴}。本發(fā)明提出一種角接鏈式SVG的環(huán)流控制方法，所述的環(huán)流控制方法由采用電納平衡原理的前饋控制器，和采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)的反饋控制器組合而成。所述的環(huán)流控制方法將網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制和電納平衡原理相結(jié)合，使得鏈式SVG裝置可以在電網(wǎng)電壓不對稱條件下對三相不平衡負載進行無功和負序補償。
[0007]本申請具體采用以下技術(shù)方案。
[0008]一種角接鏈式SVG的環(huán)流控制系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)流控制系統(tǒng)包括采用電納平衡原理的前饋控制器，和采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)的反饋控制器，反饋控制器的輸入信號為網(wǎng)側(cè)三相電流isa、isb、is。，輸出信號為校正分量iea、ieb> iec ;前饋控制器的輸入信號為負載三相電流iM、irb> irc與校正分量iea、ieb、iec之和，輸出信號為角接鏈式SVG三相輸出電流的目標值。
[0009]本申請公開的一種角接鏈式SVG的環(huán)流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0010](I)將電網(wǎng)側(cè)的三相電流isa、isb、is。輸入到所述反饋控制器，并利用鎖相環(huán)得到三相電壓正序分量的相位角Θ，即實現(xiàn)電壓定向；
[0011](2)以工頻對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角ω t+ Θ對三相電網(wǎng)電流isa、isb、isc進行坐標變換，得到正序電流的d軸和q軸分量，其中q軸對應(yīng)無功分量；
[0012](3)將變換后的正序q軸分量iqp輸入到比例積分控制器，得到輸出信號I’ qp ;正序d軸分量I’ dp置為零，并以旋轉(zhuǎn)角度ω t+ Θ對I’ dp和I’ qp進行dq-abc反變換；
[0013](4)以一為旋轉(zhuǎn)角對對三相電網(wǎng)電流isa、isb、isc進行abc-dq旋轉(zhuǎn)坐標變換，得到負序的d軸和q軸分量；
[0014](5)將變換后的負序d、q軸分量idn、iqn分別輸入到比例積分控制器，得到輸出信號I ’ dn、I ’ qn，并以旋轉(zhuǎn)角度一 ω t對I ’ dn和I ’ qn進行dq-abc反變換；
[0015](6)將上述步驟(3)和步驟(5)中反變換的結(jié)果相加，得到校正分量iea、ieb, iec ；
[0016](7)將校正分量iea、ieb、ie。和三相負載電流iM、i,b、ir。相加，作為前饋控制器的輸入信號 i’ra、i’A、i’rc;
[0017](8)分別計算三相電網(wǎng)AB、BC、CA相之間的補償導(dǎo)納目標值B\b、B\e、Bl ；
[0018](9)根據(jù)所述的AB、BC和CA相的補償導(dǎo)納目標值，以及三相電網(wǎng)AB、BC和CA的線電壓，計算得到角接SVG裝置AB、BC和CA相的目標電流的瞬時值i\b、i*bc> i*aco
[0019]本發(fā)明所述的網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制器通過檢測補償后的電網(wǎng)側(cè)電流中殘余的無功和負序分量，在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下分別對其進行比例積分控制，將殘余分量逐漸衰減到零，從而自動補償電網(wǎng)電壓不平衡對無功和負序補償效果造成的影響，實現(xiàn)理想的穩(wěn)態(tài)補償效果；同時，所述的前饋控制器采用電納平衡原理，利用負載電流的瞬時值進行前饋控制，保證SVG裝置在負載變化時具有快速動態(tài)響應(yīng)能力。因此，本發(fā)明所述的環(huán)流控制方法能夠使角接SVG裝置在保持快速的動態(tài)響應(yīng)速度的同時，實現(xiàn)良好的穩(wěn)態(tài)補償效果，并能抵御電網(wǎng)電壓不平衡造成的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所提出的鏈式SVG裝置的環(huán)流控制系統(tǒng)總體框圖；
[0021]圖2為本發(fā)明公開的角接鏈式SVG環(huán)流控制方法流程示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明公開的角接鏈式SVG裝置環(huán)流控制系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。
[0024]在圖1所示的總體控制框圖中，左下角方框中為反饋控制器的子框圖，右上角方框為前饋控制器的子框圖。其中反饋控制器的輸入信號為網(wǎng)側(cè)三相電流isa、isb、is。，輸出信號為校正分量iea、ieb> iec ;前饋控制器的輸入信號為負載三相電流ira、irb> irc與校正分量iea、ieb、ie。之和，輸出信號為角接鏈式SVG三相輸出電流的目標值i*ab、i*b。、i*a。。在電網(wǎng)電壓不對稱時，通過這個校正分量來抵消負序電壓的影響，消除補償結(jié)果的偏差；而在電網(wǎng)電壓對稱時，校正分量變得非常小，控制系統(tǒng)近似退回到電納平衡補償?shù)倪^程。事實上，由于校正分量引入了閉環(huán)反饋，在電網(wǎng)電壓對稱時，也可以有效消除開環(huán)結(jié)構(gòu)的控制誤差。
[0025]圖2所示為本發(fā)明公開的環(huán)流控制方法流程圖，具體包括以下步驟:
[0026](I)將電網(wǎng)側(cè)的三相電流isa、isb、is。輸入到所述反饋控制器，并利用鎖相環(huán)(PhaseLock Loop, PLL)得到三相電壓正序分量的相位角Θ，即實現(xiàn)電壓定向；
[0027](2)按照電壓定向?qū)θ嚯娋W(wǎng)電流isa、isb、isc進行abc-dq旋轉(zhuǎn)坐標變換，旋轉(zhuǎn)角度為ω t+ Θ ( ω為工頻角頻率)，得到正序的d軸和q軸分量；
【權(quán)利要求】
1.一種角接鏈式SVG的環(huán)流控制系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)流控制系統(tǒng)包括采用電納平衡原理的前饋控制器，和采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)的反饋控制器，反饋控制器的輸入信號為網(wǎng)側(cè)三相電流isa、isb、is。，輸出信號為校正分量iea、ieb、iec ;前饋控制器的輸入信號為負載三相電流iM、irb> irc與校正分量iea、ieb、iec之和，輸出信號為角接鏈式SVG三相輸出電流的目標值。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的環(huán)流控制系統(tǒng)的角接鏈式SVG的環(huán)流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)將電網(wǎng)側(cè)的三相電流isa、isb、is。輸入到所述反饋控制器，并利用鎖相環(huán)得到三相電壓正序分量的相位角Θ，即實現(xiàn)電壓定向； (2)以工頻對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角ω?+θ對三相電網(wǎng)電流isa、isb、is。進行坐標變換，得到正序電流的d軸和q軸分量，其中q軸對應(yīng)無功分量； (3)將變換后的正序q軸分量Iqp輸入到比例積分控制器，得到輸出信號I’qp ;正序d軸分量I’ dp置為零，并以旋轉(zhuǎn)角度ω t+ Θ對I’ dp和I’ qp進行dq-abc反變換； (4)以一ω t為旋轉(zhuǎn)角對對三相電網(wǎng)電流isa、isb、is。進行abc-dq旋轉(zhuǎn)坐標變換,得到負序的d軸和q軸分量； (5)將變換后的負序d、q軸分量iqn分別輸入到比例積分控制器，得到輸出信號I’ dn、I ’ qn，并以旋轉(zhuǎn)角度一 ω t對I ’ &和I ’ qn進行dq-abc反變換； (6)將上述步驟(3)和步驟(5)中反變換的結(jié)果相加，得到校正分量iea、ieb、iec； (7)將校正分量iea、ieb、ie。和三相負載電流iM、irt、irc相加，作為前饋控制器的輸入信O- -J >?.，?.，.1 丄 ra、丄 rb、丄 rc ; (8)分別計算三相電網(wǎng)AB、BC、CA相之間的補償導(dǎo)納目標值B\b、B\。、B*ca； (9)根據(jù)所述的AB、BC和CA相的補償導(dǎo)納目標值，以及三相電網(wǎng)AB、BC和CA的線電壓，計算得到角接SVG裝置AB、BC和CA相的目標電流的瞬時值i\b、i*bc> i*aco
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)流控制系統(tǒng)的角接鏈式SVG的環(huán)流控制方法，其特征在于:所述步驟(8)包括: a)將所述前饋控制器輸入信號的A相i’與電網(wǎng)B、C相之間的線電壓ub。，在一個工頻周期內(nèi)進行積分并求平均值，得到第一項積分平均值； b)將所述前饋控制器輸入信號的B相i’A與電網(wǎng)C、A相之間的線電壓Uca，在一個工頻周期內(nèi)進行積分并求平均值，得到第二項積分平均值； c)將所述前饋控制器輸入信號的C相i’與電網(wǎng)A、B相之間的線電壓Uab，在一個工頻周期內(nèi)進行積分并求平均值，得到第三項積分平均值。 d)將所述的第一項積分平均值與第二項積分平均值相加，再與第三相積分平均值作差，然后將差值除以相電壓的平方，再除以三倍的根號三，得到AB相的補償導(dǎo)納目標值B*ab ; e)將所述的第二項積分平均值與第三項積分平均值相加，再與第一相積分平均值作差，然后將差值除以相電壓的平方，再除以三倍的根號三，得到BC相的補償導(dǎo)納目標值B* be ; f)將所述的第三項積分平均值與第一項積分平均值相加，再與第二相積分平均值作差，然后將差值除以相電壓的平方，再除以三倍的根號三，得到CA相的補償導(dǎo)納目標值B
【文檔編號】H02J3/16GK103944171SQ201410196636
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】王一, 劉建政, 盧浩, 梅紅明, 劉樹, 史秋娟, 鐘啟迪, 石山, 操豐梅, 周前程 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司, 張家港智電柔性輸配電技術(shù)研究所有限公司