一種基于t型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及其調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，本發(fā)明是針對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題，提出一種基于T型三電平逆變技術(shù)的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法。源、荷檢測(cè)裝置用于檢測(cè)微電網(wǎng)的電源和負(fù)荷實(shí)時(shí)情況；串聯(lián)型變換器用于串接在電源與負(fù)荷之間；并聯(lián)型變換器用于并聯(lián)在負(fù)荷側(cè)；直流側(cè)儲(chǔ)能單元用于能量的存儲(chǔ)；霍爾傳感器用于量測(cè)變換器輸出電流電壓信息；模擬量采集單元將模擬信號(hào)通過(guò)外置AD集中轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；主數(shù)字控制器用于完成運(yùn)行狀態(tài)判斷、數(shù)據(jù)分析等功能；驅(qū)動(dòng)電路用于PWM信號(hào)的輸出及故障硬件保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)T型三電平UPQC的控制策略，提出了改進(jìn)型準(zhǔn)比例諧振電流控制策略和PWM脈沖優(yōu)化切換的中點(diǎn)電壓平衡控制策略。
【專利說(shuō)明】—種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及其調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，即UPQC，它是一種具備有效解決大多數(shù)電能質(zhì)量問(wèn)題的綜合補(bǔ)償裝置。本發(fā)明涉及一種基于T型三電平技術(shù)的微電網(wǎng)統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法，屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)是一種由微電源與負(fù)荷共同組成的系統(tǒng)，其電能質(zhì)量問(wèn)題分析如下:在微電網(wǎng)中，除了負(fù)荷變化影響外，微電源輸出功率波動(dòng)也會(huì)引電壓閃變；另外，非線性負(fù)荷將產(chǎn)生大量諧波，引發(fā)電網(wǎng)三相電壓的不平衡；同時(shí)，微電源及各種電力電子變換器也會(huì)產(chǎn)生一定諧波，影響微電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
[0003]針對(duì)微電網(wǎng)上述綜合電能質(zhì)量問(wèn)題，使用無(wú)源LC濾波器，雖可以減少諧波、改善交流負(fù)載的功率因數(shù)，但應(yīng)用受限條件較多。另外，使用單一的串/并型有源電力濾波器或者單一的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，均難以實(shí)現(xiàn)多種工況下的電能質(zhì)量治理。
[0004]UPQC是一種能夠有效解決微電網(wǎng)電壓閃變、電流諧波等主要電能質(zhì)量問(wèn)題的裝置:(圖1的)串聯(lián)型變換器部分通過(guò)在線檢測(cè)負(fù)荷側(cè)的電壓跌落量，實(shí)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電壓補(bǔ)償量來(lái)抵消跌落量的影響，使得負(fù)荷側(cè)的供電始終滿足標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了電壓閃變問(wèn)題；(圖1的)并聯(lián)型變換器部分通過(guò)在線檢測(cè)微電源側(cè)的電流畸變分量，并實(shí)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)幅值相等相位相反的電流補(bǔ)償量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電流畸變的矯正。主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是UPQC的核心組成部分之一，現(xiàn)有多電平型主電路拓?fù)渲袘?yīng)用最為廣泛的是二極管鉗位型三電平電路，它通過(guò)引入二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)中點(diǎn)電壓鉗位，但直流電壓平衡控制變得復(fù)雜。工程界急需一種新型高效的電路拓?fù)鋪?lái)大幅提升UPQC特性及性能，另外，UPQC的性能優(yōu)劣還在于針對(duì)諧波電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分離，相關(guān)復(fù)雜算法對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高，因而對(duì)高速數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出新要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，可以有效補(bǔ)償主電網(wǎng)電壓跌落、波動(dòng)、過(guò)電壓、電壓畸變，以及由微電網(wǎng)中非線性和不平衡負(fù)荷帶來(lái)的綜合供電質(zhì)量問(wèn)題，本發(fā)明主要應(yīng)用在微電網(wǎng)中，微電網(wǎng)主要包括電源與負(fù)荷。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括用于檢測(cè)電源的電源檢測(cè)裝置、負(fù)荷檢測(cè)裝置、串聯(lián)變換器、并聯(lián)變換器、儲(chǔ)能單元、霍爾傳感器、模擬量采集單元、主控?cái)?shù)字器、以及驅(qū)動(dòng)電路，所述串聯(lián)變換器通過(guò)自耦變壓器與微電網(wǎng)中的電源側(cè)連接，所述并聯(lián)變換器并聯(lián)在微電網(wǎng)中的負(fù)荷側(cè)，所述儲(chǔ)能單元同時(shí)與串變換器和并聯(lián)變換器連接，所述電源檢測(cè)裝置同時(shí)與微電源、串聯(lián)變換器以及主數(shù)字控制器連接，負(fù)荷檢測(cè)裝置同時(shí)與負(fù)荷以及模擬量采集單元連接，串聯(lián)變換器與并聯(lián)變換器還同時(shí)連接驅(qū)動(dòng)電路與霍爾傳感器，模擬量采集單元同時(shí)與主數(shù)字控制器以及霍爾傳感器相連，主數(shù)字控制器還與驅(qū)動(dòng)電路相連。
[0008]優(yōu)選地，所述串聯(lián)型變換器包括第一直流側(cè)電容分壓支路、第一三相全橋逆變電路、第一雙向開關(guān)管、第二雙向開關(guān)管以及第三雙向開關(guān)管，所述第一、二、三雙向開關(guān)管的一端均接于第一直流側(cè)電容分壓支路的中點(diǎn)Q1，另一端分別接所述第一三相全橋逆變電路的三相橋臂的中點(diǎn)，所述第一三相全橋逆變電路的三個(gè)橋臂中點(diǎn)構(gòu)成串聯(lián)變換器的輸出端；串聯(lián)變換器的輸出端通過(guò)LC濾波電路，由自耦變壓器串聯(lián)接入微電網(wǎng)中的電源側(cè)，所述并聯(lián)變換器包括:第二直流側(cè)電容分壓支路、第二三相全橋逆變電路、第四雙向開關(guān)管、第五雙向開關(guān)管、第六雙向開關(guān)管，所述第四、五、六雙向開關(guān)管的一端均接于第二電容分壓支路的中點(diǎn)O2，另一端分別接所述第二三相全橋逆變電路的三相橋臂的中點(diǎn)，所述第二三相全橋逆變電路的三個(gè)橋臂中點(diǎn)構(gòu)成并聯(lián)變換器的輸出端，該輸出端通過(guò)LC濾波電路，并聯(lián)接入微電網(wǎng)中的負(fù)荷側(cè)。
[0009]優(yōu)選地，所述第一直流側(cè)分壓支路包括電容C1、電容C2,第一三相全橋逆變電路包括開關(guān)管Sal3、開關(guān)管Sbl3、開關(guān)管Scl3、開關(guān)管Sal4、開關(guān)管Sbl4、開關(guān)管Sca4，第一雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sall、開關(guān)管Sal2，第二雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sbll、開關(guān)管Sbl2，第三雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sm、開關(guān)管Sca2 ;所述第二直流側(cè)電容分壓支路包括電容C3、電容C4，第二三相全橋逆變電路包括開關(guān)管Sa23、開關(guān)管Sb23、開關(guān)管Se23、開關(guān)管Sa24、開關(guān)管Sb24、開關(guān)管Sc^第四雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sa21、開關(guān)管Sa22，第五雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sb21、開關(guān)管sb22，第六雙向開關(guān)管包括開關(guān)管se21、Sc220
[0010]優(yōu)選地，所述主數(shù)字控制器還包括用于改善串、并聯(lián)變換器輸出波形質(zhì)量和穩(wěn)定性的準(zhǔn)比例諧振控制器。 [0011]一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)方法包括諧波電流調(diào)節(jié)方法與電壓閃變補(bǔ)償方法，其中:
[0012]所述諧波電流調(diào)節(jié)方法包括:主數(shù)字控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)U1、V1、W1處的電流量，將三相電流的數(shù)字量通過(guò)3/2坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)到d、q同步坐標(biāo)系下。其中，基波分量在d軸下表征為直流信號(hào)，諧波分量表征為交流信號(hào)。采用數(shù)字低通濾波器濾除交流信號(hào)，留下表征基波分量的直流量，并將該直流信號(hào)經(jīng)3/2坐標(biāo)反變換后與U1、V1、Wl處檢測(cè)的原始交流量作差，得到裝置補(bǔ)償用的畸變電流參考指令，準(zhǔn)比例諧振控制器通過(guò)其電流控制策略實(shí)時(shí)跟蹤并控制電流補(bǔ)償效果；與此同時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)電容C3、C4直流電壓差，并進(jìn)行上下壓差調(diào)節(jié)，再將結(jié)果疊加至補(bǔ)償分量中進(jìn)行綜合處理，并產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)按照優(yōu)化次序驅(qū)動(dòng)并聯(lián)型變換器的A2相開關(guān)管Sa21、Sa22> Sa23> Sa24, B2相開關(guān)管Sb21、Sb22> Sb23> Sb24, D2相開關(guān)管δ?1、3。22、Sc23> Sc24,從而將電容C3、C4的直流電轉(zhuǎn)換成與諧波分量大小相等相位相反的交流信號(hào)輸出側(cè)，再通過(guò)網(wǎng)側(cè)濾波電感La2、Lb2、Le2及電容Cu2、Cv2、Cw2組成的濾波電路處理后注入電網(wǎng)，最終保證電網(wǎng)電流波形滿足良好的正弦度需求，其中開關(guān)管Sa21與Sa23、Sa22與SaM、Sb21與Sb23、Sb22與Sb24、Sc21與Sm、Sc22與Se24的開通和關(guān)斷情況是互補(bǔ)關(guān)系。
[0013]所述電壓閃變補(bǔ)償方法包括:主數(shù)字控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)U2、V2、W2處的電壓幅值與相位信息，通過(guò)正/負(fù)序坐標(biāo)變換與濾波處理運(yùn)算，提取電壓閃變時(shí)的畸變分量，進(jìn)而得出相應(yīng)補(bǔ)償量，再經(jīng)PWM脈沖優(yōu)化模塊產(chǎn)生一定次序的空間矢量PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，該P(yáng)WM脈沖信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元進(jìn)行功率放大后控制串聯(lián)變換器的A1相開關(guān)管Sall、Sal2, Sal3、Sal4, B1相開關(guān)管sbll、Sbl2> Sbl3、Sbl4, D1相開關(guān)管Sm、Scl2> Scl3> Scl4的開通和關(guān)斷,從而將存儲(chǔ)在電容(^、(:2的直流電變換成可以抵消電壓跌落的三相交流分量。該輸出分量通過(guò)網(wǎng)側(cè)濾波電感Lal、Lbl、Lcl及電容Cvl、Cul、Cwl組成的濾波電路整形后，由耦合變壓器Tul、Tvl、Twl接入線路，以實(shí)時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷側(cè)U2、V2、W2的電壓跌落值。其中，Sall與Sal3, Sal2與Sal4, Sbll與Sbl3,Sbl2與Sbl4，Scll與Sca3, Scl2與Sca4的開通和關(guān)斷情況是互補(bǔ)關(guān)系。
[0014]進(jìn)一步的，所述準(zhǔn)比例諧振控制器的電流控制策略包括以下步驟:
[0015]A、直流電壓Ud經(jīng)T型三電平逆變后，由LC濾波后的到電壓V。；
[0016]B、WVt^ljVi 的傳遞函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:包括用于檢測(cè)電源的電源檢測(cè)裝置(la)、負(fù)荷檢測(cè)裝置(lb)、串聯(lián)變換器(2)、并聯(lián)變換器(3)、儲(chǔ)能單元(4)、霍爾傳感器(5)、模擬量采集單元(6)、主控?cái)?shù)字器(7)、以及驅(qū)動(dòng)電路(8)，所述串聯(lián)變換器(2)通過(guò)自耦變壓器與微電網(wǎng)中的電源側(cè)連接，所述并聯(lián)變換器(3)并聯(lián)在微電網(wǎng)中的負(fù)荷側(cè)，所述儲(chǔ)能單元⑷同時(shí)與串變換器⑵和并聯(lián)變換器⑶連接，所述電源檢測(cè)裝置(Ia)同時(shí)與微電源、串聯(lián)變換器(Ia)以及主數(shù)字控制器(7)連接，負(fù)荷檢測(cè)裝置(Ib)同時(shí)與負(fù)荷以及模擬量采集單元(6)連接，串聯(lián)變換器(2)與并聯(lián)變換器(3)還同時(shí)連接驅(qū)動(dòng)電路(8)與霍爾傳感器(5)，模擬量采集單元(6)同時(shí)與主數(shù)字控制器(7)以及霍爾傳感器(5)相連，主數(shù)字控制器(7)還與驅(qū)動(dòng)電路⑶相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述串聯(lián)型變換器(2)包括第一直流側(cè)電容分壓支路、第一三相全橋逆變電路、第一雙向開關(guān)管、第二雙向開關(guān)管以及第三雙向開關(guān)管，所述第一、二、三雙向開關(guān)管的一端均接于第一直流側(cè)電容分壓支路的中點(diǎn)O1，另一端分別接所述第一三相全橋逆變電路的三相橋臂的中點(diǎn)，所述第一三相全橋逆變電路的三個(gè)橋臂中點(diǎn)構(gòu)成串聯(lián)變換器(2)的輸出端；串聯(lián)變換器(2)的輸出端通過(guò)LC濾波電路，由自耦變壓器串聯(lián)接入微電網(wǎng)中的電源側(cè)，所述并聯(lián)變換器(3)包括:第二直流側(cè)電容分壓支路、第二三相全橋逆變電路、第四雙向開關(guān)管、第五雙向開關(guān)管、第六雙向開關(guān)管，所述第四、五、六雙向開關(guān)管的一端均接于第二電容分壓支路的中點(diǎn)O2，另一端分別接所述第二三相全橋逆變電路的三相橋臂的中點(diǎn)，所述第二三相全橋逆變電路的三個(gè)橋臂中點(diǎn)構(gòu)成并聯(lián)變換器(3)的輸出端，該輸出端通過(guò)LC濾波電路，并聯(lián)接入微電網(wǎng)中的負(fù)荷側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述第一直流側(cè)分壓支 路包括電容C1、電容C2，第一三相全橋逆變電路包括開關(guān)管Sal3、開關(guān)管Sbl3、開關(guān)管Sca3、開關(guān)管Sal4、開關(guān)管Sbl4、開關(guān)管Sca4，第一雙向開關(guān)管包括開關(guān)管sall、開關(guān)管Sal2，第二雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sbll、開關(guān)管Sbl2，第三雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sm、開關(guān)管Scl2;所述第二直流側(cè)電容分壓支路包括電容C3、電容C4，第二三相全橋逆變電路包括開關(guān)管Sa23、開關(guān)管Sb23、開關(guān)管Se23、開關(guān)管Sa24、開關(guān)管Sb24、開關(guān)管Se24，第四雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sa21、開關(guān)管Sa22，第五雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sb21、開關(guān)管Sb22，第六雙向開關(guān)管包括開關(guān)管Sm、Sc22O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述主數(shù)字控制器(7)還包括用于改善串、并聯(lián)變換器輸出波形質(zhì)量和穩(wěn)定性的準(zhǔn)比例諧振控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)方法包括諧波電流調(diào)節(jié)方法與電壓閃變補(bǔ)償方法，其中: 所述諧波電流調(diào)節(jié)方法包括:主數(shù)字控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)Ul、V1、W1處的電流量，將三相電流的數(shù)字量通過(guò)3/2坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)到d、q同步坐標(biāo)系下。其中，基波分量在d軸下表征為直流信號(hào)，諧波分量表征為交流信號(hào)。采用數(shù)字低通濾波器濾除交流信號(hào)，留下表征基波分量的直流量，并將該直流信號(hào)經(jīng)3/2坐標(biāo)反變換后與Ul、V1、Wl處檢測(cè)的原始交流量作差，得到裝置補(bǔ)償用的畸變電流參考指令，準(zhǔn)比例諧振控制器通過(guò)其電流控制策略實(shí)時(shí)跟蹤并控制電流補(bǔ)償效果；與此同時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)電容C3、C4直流電壓差，并進(jìn)行上下壓差調(diào)節(jié)，再將調(diào)節(jié)結(jié)果疊加至補(bǔ)償分量中進(jìn)行綜合處理，并產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)按照優(yōu)化次序驅(qū)動(dòng)并聯(lián)型變換器⑶的A2相開關(guān)管Sa21、Sa22> Sa23> Sa24, B2相開關(guān)管Sb21、Sb22> Sb23> Sb24,D2相開關(guān)管3。21、Sc22> Sc23> Sc24,從而將電容C3、C4的直流電轉(zhuǎn)換成與諧波分量大小相等相位相反的交流信號(hào)輸出側(cè)，再通過(guò)網(wǎng)側(cè)濾波電感La2、Lb2, Lc2及電容Cu^ Cv2, Cw2組成的濾波電路處理后注入電網(wǎng)，最終保證電網(wǎng)電流波形滿足良好的正弦度需求，其中開關(guān)管Sa21與5&3、Sa22與Sa；M、Sb21與Sb23、Sb22與sb24、Sc21與S。”、Sc22與Se24的開通和關(guān)斷情況是互補(bǔ)關(guān)系；所述電壓閃變補(bǔ)償方法包括:主數(shù)字控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)U2、V2、W2處的電壓幅值與相位信息，通過(guò)正/負(fù)序坐標(biāo)變換與濾波處理運(yùn)算，提取電壓閃變時(shí)的畸變分量，進(jìn)而得出相應(yīng)補(bǔ)償量，再經(jīng)PWM脈沖優(yōu)化模塊產(chǎn)生一定次序的空間矢量PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，該P(yáng)WM脈沖信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路單元進(jìn)行功率放大后控制串聯(lián)變換器(2)的A1相開關(guān)管Sall、Sal2, Sal3、Sal4, B1相開關(guān)管sbll、Sbl2> Sbl3、Sbl4, D1相開關(guān)管Sm、Scl2> Scl3> Scl4的開通和關(guān)斷,從而將存儲(chǔ)在電容(^、(:2的直流電變換成可以抵消電壓跌落的三相交流分量。該輸出分量通過(guò)網(wǎng)側(cè)濾波電感Lal、Lbl、Lcl及電容Cvl、Cul、Cwl組成的濾波電路整形后，由耦合變壓器Tul、Tvl、Twl接入線路，以實(shí)時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷側(cè)U2、V2、W2的電壓跌落值。其中，Sall與Sal3, Sal2與Sal4, Sbll與Sbl3,Sbl2與Sbl4，Scll與Sca3, Scl2與Sca4的開通和關(guān)斷情況是互補(bǔ)關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于T型三電平的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述準(zhǔn)比例諧振控制器的電流控制策略包括以下步驟: A、直流電壓Ud經(jīng)T型三電平逆變后，由LC濾波后的到電壓V。； B、從V。到Vi的傳遞函數(shù)為:
【文檔編號(hào)】H02J3/12GK103997043SQ201410206973
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】張亮, 水恒華, 張丹 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院