一種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及調(diào)控方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)不平衡負(fù)荷的調(diào)控領(lǐng)域，具體為一種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及調(diào)控方法，用于對(duì)配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)末級(jí)中諧波、無(wú)功、三相不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題的治理。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：1、提出了改進(jìn)的電流控制方法，該方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，跟蹤效果好，改善補(bǔ)償效果；2、提出了完善的配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)，在該裝置上運(yùn)行所設(shè)計(jì)的控制算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置的有效控制，達(dá)到良好的諧波抑制效果，并可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功功率、平衡三相負(fù)荷等功能；3、該裝置響應(yīng)速度快，可在短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)負(fù)荷變化而進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。
【專利說(shuō)明】—種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及調(diào)控方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)電能質(zhì)量的調(diào)控領(lǐng)域，具體為一種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及調(diào)控方法。

【背景技術(shù)】
[0002]配電網(wǎng)內(nèi)部電能質(zhì)量常見問(wèn)題主要包括不平衡、諧波、電壓波動(dòng)和頻率偏差。近年來(lái)，隨著光伏、風(fēng)電等分布式電源的接入，對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)一系列不利影響。光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電輸出功率隨外界環(huán)境變化而變化，輸出功率的波動(dòng)容易引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，尤其是容量較大的基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電在并網(wǎng)時(shí)容易造成電壓跌落；單相微源接入三相配電網(wǎng)時(shí)，發(fā)電功率注入到其中一相，可能引起該相電壓偏高，而造成三相電壓不平衡。配電網(wǎng)中常見微源大都通過(guò)逆變器進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，雖然可以通過(guò)連接輸出濾波器、提高開關(guān)頻率和改進(jìn)控制策略來(lái)抑制逆變器工作時(shí)產(chǎn)生諧波和間諧波，但是還是不可避免地產(chǎn)生少量諧波電流注入到配電網(wǎng)中，甚至導(dǎo)致配電網(wǎng)發(fā)生諧波諧振。燃料電池發(fā)電的功率因數(shù)隨實(shí)際功率所占其額定容量比例有關(guān)，當(dāng)比例較小時(shí)，容易造成較低的功率因數(shù)。不管是家用電器或者商業(yè)建筑電氣，還是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，大部分用電設(shè)施或者負(fù)荷存在整流電路或者移相電路，工作電流含有較高的諧波成分流入到配電網(wǎng)。尤其是普通居民用電負(fù)荷絕大部分為單相供電，勢(shì)必造成三相負(fù)荷的不平衡，當(dāng)前解決三相系統(tǒng)不平衡問(wèn)題的主要措施是考察線路負(fù)荷，重新均衡化布置負(fù)荷，使負(fù)荷盡量平均的接入三相系統(tǒng)。
[0003]為確保配電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，提供一種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及方法，為用戶提供綠色、優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，提高電力公司的供電可靠性與供電質(zhì)量都具有重要的意義。
[0004]然而，目前常見的電能質(zhì)量控制裝備主要以負(fù)載電流為補(bǔ)償對(duì)象，從本質(zhì)上講屬于開環(huán)控制策略，對(duì)電源不具抗擾性，補(bǔ)償性能較差；特別是，配電網(wǎng)末級(jí)中接入的微源具有間歇性的特點(diǎn)，對(duì)電能質(zhì)量控制裝備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求更高。因此，普通電能質(zhì)量控制裝備動(dòng)態(tài)特性一般不能要求。當(dāng)補(bǔ)償容量超出裝置的補(bǔ)償能力時(shí)，一般采取硬件限流的措施，導(dǎo)致補(bǔ)償電流削頂，反而對(duì)電源注入更加豐富的諧波。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決配電網(wǎng)采用現(xiàn)有的補(bǔ)償措施補(bǔ)償效果有限的問(wèn)題，提供了一種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及調(diào)控方法。
[0006]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置，包括由IGBT構(gòu)成的逆變橋、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、其內(nèi)寫有鎖相環(huán)程序的數(shù)字信號(hào)處理器DSP、驅(qū)動(dòng)單元、連接電抗器和通訊模塊；
電壓傳感器的輸入端和配電網(wǎng)、逆變橋的直流側(cè)連接，電流傳感器的輸入端和配電網(wǎng)連接，溫度傳感器的輸入端和IGBT底座散熱器和連接電抗器連接，電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸入端連接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸出端和驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)單元的輸出端和逆變橋中IGBT的控制端連接，逆變橋的輸入端通過(guò)連接電抗器和配電網(wǎng)連接，逆變橋的直流側(cè)連接有濾波電容且和配電網(wǎng)末級(jí)公共連接點(diǎn)相連接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP還通過(guò)通訊模塊和外部人機(jī)界面連接。
[0007]利用上述的調(diào)控裝置的調(diào)控方法包括以下步驟:
51:電壓傳感器測(cè)出配電網(wǎng)的電壓信號(hào)usa、usb、Usc和逆變橋直流側(cè)電壓信號(hào)Udc,電流傳感器測(cè)出電流信號(hào)isa、isA、1:，并將電壓信號(hào)和電流信號(hào)送入到數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi):
52:數(shù)字信號(hào)處理器DSP將輸入的電壓信號(hào)usa、usb, Usc根據(jù)鎖相環(huán)程序計(jì)算出系統(tǒng)相位sin Θ和cos Θ，數(shù)字信號(hào)處理器DSP還通過(guò)輸入的逆變橋直流側(cè)電壓信號(hào)Udc計(jì)算出電壓偏差信號(hào)并利用其內(nèi)的比例-積分環(huán)節(jié)計(jì)算出與相對(duì)應(yīng)的有功電流分量
I dref ?
53:數(shù)字信號(hào)處理器DSP將輸入的電流信號(hào)isa、isb、isc根據(jù)計(jì)算出的系統(tǒng)相位sin Θ和cos Θ通過(guò)PARK和CLARK變換轉(zhuǎn)換為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流isd、isq、iso,電流isd、isq、iso分別和有功電流分量無(wú)功電流分量i_、不平衡電流分量比較，比較出的差值分別為 I dc I dref ^ sdy Iqc Iqref Isq, oc 工 oref 工 so,
54:數(shù)字信號(hào)處理器DSP根據(jù)S3得到的差值idc、iqc、1c輸出PWM信號(hào)，PWM信號(hào)由驅(qū)動(dòng)單元送入到逆變橋的IGBT中，維持逆變橋中直流母線電壓恒定，逆變橋交流側(cè)輸出電流
厶Λ厶/補(bǔ)償?shù)脚潆娋W(wǎng)中。
[0008]數(shù)字信號(hào)處理器DSP可以計(jì)算出配電網(wǎng)電壓、電流的總諧波畸變率、不平衡度、有效值等電能質(zhì)量參數(shù)，還可讀取IGBT、電抗器溫度參數(shù)，并傳輸?shù)饺藱C(jī)界面，為配電網(wǎng)的調(diào)控提供了方便。
[0009]本發(fā)明提供了一種配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置及方法，本裝置和方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:1、提出了改進(jìn)的電流控制方法，該方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，跟蹤效果好，改善補(bǔ)償效果；2、提出了完善的配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)，在該裝置上運(yùn)行所設(shè)計(jì)的控制算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置的有效控制，達(dá)到良好的諧波抑制效果，并可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功功率、平衡三相負(fù)荷等功能；3、該裝置響應(yīng)速度快，可在短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)負(fù)荷變化而進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的電氣接線圖。
[0011]圖2為本發(fā)明的調(diào)控裝置的調(diào)控原理圖。
[0012]圖3為本發(fā)明的調(diào)控裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖4為本發(fā)明的調(diào)控方法的流程圖。
[0014]圖5為未投入調(diào)控裝置前的配電網(wǎng)電流波形圖。
[0015]圖6為投入該裝置后采用PI算法的配電網(wǎng)電流波形圖。
[0016]圖7為投入該裝置后采用改進(jìn)PI算法的配電網(wǎng)電流波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置，包括由IGBT構(gòu)成的逆變橋、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理器DSP、驅(qū)動(dòng)單元、連接電抗器和通訊模塊； 電壓傳感器的輸入端和配電網(wǎng)和逆變橋的直流側(cè)連接，電流傳感器的輸入端和配電網(wǎng)連接，溫度傳感器的輸入端和IGBT底座散熱器和連接電抗器連接，電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸入端連接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸出端和驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)單元的輸出端和逆變橋中IGBT的控制端連接，逆變橋的輸入端通過(guò)連接電抗器和配電網(wǎng)連接，逆變橋的直流側(cè)連接有濾波電容且和配電網(wǎng)末級(jí)公共連接點(diǎn)相連接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP還通過(guò)通訊模塊和外部人機(jī)界面連接。
[0018]利用上述調(diào)控裝置的調(diào)控方法包括以下步驟:
51:電壓傳感器測(cè)出配電網(wǎng)的電壓信號(hào)usa、usb、Usc和逆變橋直流側(cè)電壓信號(hào)Udc,電流傳感器測(cè)出電流信號(hào)isa、isA、1:，并將電壓信號(hào)和電流信號(hào)送入到數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi):
52:數(shù)字信號(hào)處理器DSP將輸入的電壓信號(hào)usa、usb, Usc根據(jù)鎖相環(huán)程序計(jì)算出系統(tǒng)相位sin Θ和cos Θ，數(shù)字信號(hào)處理器DSP還通過(guò)輸入的逆變橋直流側(cè)電壓信號(hào)Udc計(jì)算出電壓偏差信號(hào)并利用其內(nèi)的比例-積分環(huán)節(jié)計(jì)算出與相對(duì)應(yīng)的有功電流分量
I dref ?
53:數(shù)字信號(hào)處理器DSP將輸入的電流信號(hào)isa、isb、isc根據(jù)計(jì)算出的系統(tǒng)相位sin Θ和cos Θ通過(guò)PARK和CLARK變換轉(zhuǎn)換為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流isd、isq、iso,電流isd、isq、iso分別和有功電流分量無(wú)功電流分量i_、不平衡電流分量比較，比較出的差值分別為 I dc I dref ^ sdy Iqc Iqref Isq, oc 工 oref 工 so,
54:數(shù)字信號(hào)處理器DSP根據(jù)S3得到的差值idc、iqc、1c輸出PWM信號(hào)，PWM信號(hào)由驅(qū)動(dòng)單元送入到逆變橋的IGBT中，維持逆變橋中直流母線電壓恒定，逆變橋交流側(cè)輸出電流
厶Λ厶/補(bǔ)償?shù)脚潆娋W(wǎng)中。
[0019]具體實(shí)施時(shí)，如圖1所示，逆變橋通過(guò)連接電抗器和配電網(wǎng)并聯(lián)，逆變橋直流側(cè)采用濾波電容C為儲(chǔ)能元件，為逆變橋直流側(cè)濾波電容電壓C的電壓。該調(diào)控裝置直接檢測(cè)配電網(wǎng)電流，避免了傳統(tǒng)方法檢測(cè)配電網(wǎng)負(fù)載電流繁瑣過(guò)程，避免了諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)，降低了控制成本，提高了裝置的響應(yīng)速度。
[0020]圖2所示為本調(diào)控裝置的控制回路，該控制回路包括逆變橋直流側(cè)電壓環(huán)控制和交流側(cè)電流環(huán)控制，其中直流側(cè)電壓環(huán)控制所采用的分段PI控制，計(jì)算簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，為最佳的實(shí)施方式，它能在維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定的同時(shí)，得到配電網(wǎng)負(fù)荷基波有功電流參考值；而電流環(huán)則根據(jù)配電網(wǎng)側(cè)電流的測(cè)量值，經(jīng)坐標(biāo)系變換到三相同步坐標(biāo)系中，與參考值比較，經(jīng)復(fù)合控制器處理，反變換后，生成PWM調(diào)制信號(hào)，控制IGBT模塊的導(dǎo)通、關(guān)斷，使調(diào)控裝置輸出補(bǔ)償電流，達(dá)到調(diào)控目的。本發(fā)明充分利用了改進(jìn)PI控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，跟蹤能力強(qiáng)，提高了補(bǔ)償電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
[0021]圖4為調(diào)控方法的流程圖；DSP數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)存貯控制程序，程序在計(jì)算系統(tǒng)電流時(shí)，將系統(tǒng)電流中的零序分量、負(fù)序分量、諧波分量通過(guò)控制算法形成指令信號(hào)，避免了目前常用的諧波檢測(cè)法可能受系統(tǒng)電壓畸變影響而檢波失真的問(wèn)題，進(jìn)而排除了可能的干擾，使控制效果進(jìn)一步改善。步驟I開始，步驟2為裝置初始化，在步驟3中為信號(hào)采集與存儲(chǔ)，在步驟4中對(duì)所采集的電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，執(zhí)行完步驟4后進(jìn)入步驟5計(jì)算數(shù)字鎖相環(huán)，在步驟6中對(duì)直流側(cè)電壓計(jì)算生成有功電流分量，執(zhí)行完步驟6后進(jìn)入步驟7，將配電網(wǎng)電流變換到三相同步坐標(biāo)系，與電流分量做差后進(jìn)行復(fù)合控制運(yùn)算，執(zhí)行完步驟7后進(jìn)入步驟8，生成參考電流，執(zhí)行完步驟8后進(jìn)入步驟9，計(jì)算生成PWM控制信號(hào)，執(zhí)行完步驟9后進(jìn)入步驟10，輸出補(bǔ)償電流。
[0022]圖5所示為配電網(wǎng)電流波形，從圖中看出配電網(wǎng)電流不平衡現(xiàn)象嚴(yán)重；圖6所示為調(diào)控裝置采用PI控制算法時(shí)，配電網(wǎng)電流波形，電流不平衡現(xiàn)象得到改善，但是波形質(zhì)量很差；圖7所示為調(diào)控裝置采用改進(jìn)PI控制算法時(shí)，配電網(wǎng)電流波形圖，從波形圖可以看出，負(fù)載不平衡幾乎全部被補(bǔ)償，較好的實(shí)現(xiàn)了改善配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量的目的。
【權(quán)利要求】
1.配電網(wǎng)末級(jí)電能質(zhì)量調(diào)控裝置，其特征在于包括由1681構(gòu)成的逆變橋、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、其內(nèi)寫有鎖相環(huán)程序的數(shù)字信號(hào)處理器03？、驅(qū)動(dòng)單元、連接電抗器和通訊模塊； 電壓傳感器的輸入端和配電網(wǎng)、逆變橋的直流側(cè)連接，電流傳感器的輸入端和配電網(wǎng)連接，溫度傳感器的輸入端和1681底座散熱器和連接電抗器連接，電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器03？的輸入端連接，數(shù)字信號(hào)處理器03？的輸出端和驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)單元的輸出端和逆變橋中1681的控制端連接，逆變橋的輸入端通過(guò)連接電抗器和配電網(wǎng)連接，逆變橋的直流側(cè)連接有濾波電容且和配電網(wǎng)末級(jí)公共連接點(diǎn)相連接，數(shù)字信號(hào)處理器03？還通過(guò)通訊模塊和外部人機(jī)界面連接。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的調(diào)控裝置的調(diào)控方法，其特征在于包括以下步驟: 51:電壓傳感器測(cè)出配電網(wǎng)的電壓信號(hào)"53、II油、和逆變橋直流側(cè)電壓信號(hào)電流傳感器測(cè)出電流信號(hào)，并將電壓信號(hào)和電流信號(hào)送入到數(shù)字信號(hào)處理器03？?jī)?nèi): 82:數(shù)字信號(hào)處理器03？將輸入的電壓信號(hào)‘、?、11^根據(jù)鎖相環(huán)程序計(jì)算出系統(tǒng)相位3111 9和。08 6，數(shù)字信號(hào)處理器03？還通過(guò)輸入的逆變橋直流側(cè)電壓信號(hào)V也計(jì)算出電壓偏差信號(hào)」^而，并利用其內(nèi)的比例-積分環(huán)節(jié)計(jì)算出與相對(duì)應(yīng)的有功電流分量16x6^ ； 83:數(shù)字信號(hào)處理器03？將輸入的電流信號(hào)133、1油、4,根據(jù)計(jì)算出的系統(tǒng)相位8111 9和⑶8 0通過(guò)和變換轉(zhuǎn)換為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流“1冊(cè)，電流“130分別和有功電流分量/―、無(wú)功電流分量々…不平衡電流分量比較，比較出的差值分別為 1(1。 1 辦6:^ 1 3(1，1(1。 1 狀6亡 1 34, 1 0。 1 01^ 1 30，

設(shè)定、1,=0 ； 84:數(shù)字信號(hào)處理器03？根據(jù)33得到的差值1此、1狀、10。通過(guò)I？仙1(和10^1?反變換后，輸出？麗信號(hào)，？麗信號(hào)由驅(qū)動(dòng)單元送入到逆變橋的叩8丁中，維持逆變橋中直流母線電壓恒定，逆變橋交流側(cè)輸出電流1』、1:、1:補(bǔ)償?shù)脚潆娋W(wǎng)中。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK104362759SQ201410748301
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】賈慶英, 韓肖清, 孟潤(rùn)泉, 劉翼肇, 張惠生, 丁榮風(fēng), 劉鳳玲, 王凱武 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司