本發(fā)明涉及無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法的SVG負(fù)序零序電流補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大量電力電子裝置等非線性設(shè)備和各種新型沖擊性負(fù)荷(如工業(yè)電弧爐、電力機(jī)車、軋鋼機(jī)等)接入配電網(wǎng)，在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、以及家電中大量應(yīng)用，使得無功功率需求大幅增加，電網(wǎng)諧波含量大，同時(shí)電壓波動(dòng)、閃變和三相不平衡等問題尤為突出。靜止無功發(fā)生器(SVG)是目前最先進(jìn)的無功補(bǔ)償裝置，可對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以提高電網(wǎng)功率因數(shù)，抑制三相不平衡，減少電能損耗。

考慮到傳統(tǒng)瞬時(shí)對(duì)稱分量法，其獲得的正序、負(fù)序和零序電流是以復(fù)數(shù)形式表示的，而采用移相算子進(jìn)行對(duì)稱分量變換又會(huì)引入延遲，周期性不定，實(shí)時(shí)性較差。對(duì)于補(bǔ)償裝置來說，快速準(zhǔn)確的檢測(cè)無功電流和不對(duì)稱分量是有效補(bǔ)償?shù)那疤釛l件。

傳統(tǒng)的SVG補(bǔ)償策略都是補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功功率，隨著我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的不斷提高，電網(wǎng)中出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)的場(chǎng)合遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于故障狀態(tài)，如負(fù)荷波動(dòng)，過負(fù)荷現(xiàn)象常常發(fā)生。SVG在正常工作狀態(tài)時(shí)候補(bǔ)償度不高，這就使得SVG如果僅僅補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功功率會(huì)降低SVG的利用率。而實(shí)際配電系統(tǒng)中，負(fù)荷電流的負(fù)序、零序分量通常少于無功分量，但是負(fù)序、零序分量對(duì)系統(tǒng)的危害卻更加嚴(yán)重。系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不但會(huì)產(chǎn)生不平衡的無功功率，還會(huì)產(chǎn)生大量的負(fù)序、零序分量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有補(bǔ)償策略的不足，提供一種基于改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法的SVG負(fù)序零序電流補(bǔ)償方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法的SVG負(fù)序零序電流補(bǔ)償方法，包括如下步驟：

步驟一、實(shí)時(shí)采樣電網(wǎng)三相電壓與三相電流的瞬時(shí)值；

基于改進(jìn)的瞬時(shí)對(duì)稱分量法，利用采樣值構(gòu)造旋轉(zhuǎn)相量，旋轉(zhuǎn)相量虛部的系數(shù)即為三相電量的瞬時(shí)值，根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系式求取旋轉(zhuǎn)相量實(shí)部，得到旋轉(zhuǎn)相量；

步驟二、利用三角函數(shù)分解法得到三相電量的正序、負(fù)序和零序分量的瞬時(shí)值；

步驟三、將負(fù)序分量與零序分量疊加處理得到合成分量，將合成分量和正序分量經(jīng)過CLARKE變換和dq坐標(biāo)變換得到兩相旋轉(zhuǎn)分量；

步驟四、將兩相旋轉(zhuǎn)分量通過低通濾波器濾除直流分量；

步驟五、將步驟四得到的結(jié)果經(jīng)過CLARKE反變換和dq坐標(biāo)反變換得到a，b，c三相電流，作為指令電流控制SVG；

步驟六、由兩個(gè)鎖相環(huán)和正弦信號(hào)發(fā)生電路、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)-cosωt；

步驟七、采取正序控制環(huán)和負(fù)序零序控制環(huán)疊加控制，對(duì)無功電流和三相負(fù)荷不平衡同時(shí)補(bǔ)償；

正序控制環(huán)采用δ-θ控制，用于無功電流補(bǔ)償；負(fù)序零序控制環(huán)采用控制，用于補(bǔ)償三相負(fù)荷不平衡產(chǎn)生的負(fù)序、零序電流分量；

步驟八、在SVG中，設(shè)負(fù)載電流i_L由基波正序有功電流基波正序無功電流基波負(fù)序電流i^-、基波零序電流i₀和諧波電流i_h組成，即

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的負(fù)序電流分量，則輸出補(bǔ)償電流i_c＝i^-；

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的零序電流分量，則輸出補(bǔ)償電流i_c＝i₀；

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的無功電流，則輸出補(bǔ)償電流

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法的SVG負(fù)序零序電流補(bǔ)償方法，改進(jìn)的瞬時(shí)對(duì)稱分量法克服了傳統(tǒng)方法的延時(shí)問題，避免常規(guī)方法采樣信號(hào)的不精確性；采用負(fù)序、零序優(yōu)先補(bǔ)償方法，克服了當(dāng)SVG的容量不足以完全補(bǔ)償負(fù)荷電流中的無功電流和負(fù)序、零序電流分量時(shí)，SVG優(yōu)先補(bǔ)償全部的負(fù)序、零序電流分量，然后盡量補(bǔ)償無功電流分量；與傳統(tǒng)的SVG控制方式相比，本發(fā)明發(fā)揮了SVG補(bǔ)償能力的靈活性，優(yōu)先保證了公共節(jié)點(diǎn)的三相對(duì)稱性，既符合配電系統(tǒng)的實(shí)際需求，也符合工業(yè)用戶的心理期望。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三相四線制SVG拓?fù)湎到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的應(yīng)用的基于改進(jìn)的瞬時(shí)分量變換的電流檢測(cè)原理圖。

圖3為本發(fā)明的a相正序網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型示意圖。

圖4為本發(fā)明的a相負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型示意圖。

圖5為本發(fā)明的應(yīng)用的正序負(fù)序零序疊加控制原理圖。

圖6為本發(fā)明的三相負(fù)荷電流波形圖。

圖7為本發(fā)明的SVG輸出的三相電流波形圖。

圖8為本發(fā)明的系統(tǒng)三相電流波形圖。

圖9為本發(fā)明的系統(tǒng)三相電壓波形圖。

圖10為本發(fā)明的補(bǔ)償流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一種基于改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法的SVG負(fù)序零序電流補(bǔ)償方法，包括如下步驟：

步驟一、實(shí)時(shí)采樣電網(wǎng)三相電壓與三相電流的瞬時(shí)值；

基于改進(jìn)的瞬時(shí)對(duì)稱分量法，利用采樣值構(gòu)造旋轉(zhuǎn)相量，旋轉(zhuǎn)相量虛部的系數(shù)即為三相電量的瞬時(shí)值，根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系式求取旋轉(zhuǎn)相量實(shí)部，得到旋轉(zhuǎn)相量；

步驟二、利用三角函數(shù)分解法得到三相電量的正序、負(fù)序和零序分量的瞬時(shí)值；

步驟三、將負(fù)序分量與零序分量疊加處理得到合成分量，將合成分量和正序分量經(jīng)過CLARKE變換和dq坐標(biāo)變換得到兩相旋轉(zhuǎn)分量；

步驟四、將兩相旋轉(zhuǎn)分量通過低通濾波器濾除直流分量；

步驟五、將步驟四得到的結(jié)果經(jīng)過CLARKE反變換和dq坐標(biāo)反變換得到a，b，c三相電流，作為指令電流控制SVG；

步驟六、由兩個(gè)鎖相環(huán)和正弦信號(hào)發(fā)生電路、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)-cosωt；

步驟七、采取正序控制環(huán)和負(fù)序零序控制環(huán)疊加控制，對(duì)無功電流和三相負(fù)荷不平衡同時(shí)補(bǔ)償；

正序控制環(huán)采用δ-θ控制，用于無功電流補(bǔ)償；負(fù)序零序控制環(huán)采用控制，用于補(bǔ)償三相負(fù)荷不平衡產(chǎn)生的負(fù)序、零序電流分量；

步驟八、在SVG中，設(shè)負(fù)載電流i_L由基波正序有功電流基波正序無功電流基波負(fù)序電流i^-、基波零序電流i₀和諧波電流i_h組成，即

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的負(fù)序電流分量，則輸出補(bǔ)償電流i_c＝i^-；

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的零序電流分量，則輸出補(bǔ)償電流i_c＝i₀；

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的無功電流，則輸出補(bǔ)償電流

進(jìn)一步的，當(dāng)SVG的容量不足以完全補(bǔ)償負(fù)荷電流中的無功電流和負(fù)序、零序電流分量時(shí)，SVG優(yōu)先補(bǔ)償全部的負(fù)序、零序電流分量，再補(bǔ)償部分無功分量；

當(dāng)SVG的容量不足以補(bǔ)償全部的負(fù)序、零序電流分量時(shí)，只補(bǔ)償負(fù)序、零序電流分量，另通過負(fù)荷并網(wǎng)點(diǎn)的固定投切電容器或無源LC濾波器來補(bǔ)償無功電流分量。

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例

圖1為本發(fā)明的三相四線制SVG拓?fù)湎到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，星形SVG接于三相四線制配電網(wǎng)中。星形SVG為三相星形連接結(jié)構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為低壓的三相全橋或中高壓的鏈?zhǔn)紿橋組成，負(fù)載電流i_1a,i_1b,i_1c包含有功、無功、負(fù)序和諧波電流，其中無功、負(fù)序及諧波電流注入電網(wǎng)，造成電網(wǎng)電能損失，威脅系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。星形SVG輸出電流與負(fù)載電流中無功、負(fù)序和諧波電流幅值相同、方向相反，達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

本實(shí)施例的一種基于改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法的SVG負(fù)序零序電流補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

步驟一，實(shí)時(shí)采樣電網(wǎng)三相電壓與三相電流的瞬時(shí)值

基于改進(jìn)的瞬時(shí)對(duì)稱分量法，利用采樣值構(gòu)造旋轉(zhuǎn)相量；相量虛部的系數(shù)就是三相電量的瞬時(shí)值，只要求出實(shí)部就可以確定這些相量，而相量實(shí)部的求取可以根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系式。

令三相電流的瞬時(shí)值為：

式中：i_a，i_b，i_c分別為三相電流的瞬時(shí)值；I_am、I_bm、I_cm分別為三相電流的幅值；φ_a、φ_b、φ_c分別為三相電流的初相位，ω為角頻率；

設(shè)與三相電流i_a，i_b，i_c所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)相量分別為則：

由上式知道，相量虛部的系數(shù)就是三相電流的瞬時(shí)值，只要求出實(shí)部就可以確定這些相量。

a相電流的瞬時(shí)值可表示為：

即：

可得：

又因?yàn)椋?/p>

(5)代入(6)得：

同理得：

步驟二，利用三角函數(shù)分解法得到三相電量的正序、負(fù)序和零序分量的瞬時(shí)值。

由(7)(8)(9)可得，在使用這種方式構(gòu)造旋轉(zhuǎn)相量時(shí)，由于ωΔt實(shí)際上是常量，其三角函數(shù)值也是常量。

可得電流正序、負(fù)序、零序分量瞬時(shí)值：

由上述推導(dǎo)可以看出，在求解旋轉(zhuǎn)相量實(shí)部的過程中，使用了上一步三相電量的瞬時(shí)值。

步驟三，將負(fù)序分量與零序分量疊加處理，經(jīng)過CLARKE變換和dq坐標(biāo)變換得到兩相旋轉(zhuǎn)分量。

圖2為本發(fā)明的應(yīng)用的基于改進(jìn)的瞬時(shí)分量變換的電流檢測(cè)原理圖，本發(fā)明所需要的坐標(biāo)變換矩陣定義如下：

abc/αβ：

dq坐標(biāo)變換：

步驟四，將步驟三的結(jié)果通過LPF濾除直流分量。

參見圖2，i_dq(1)，i_dq(2)經(jīng)LPF濾除直流分量得到

步驟五，將步驟四得到的結(jié)果，經(jīng)過CLARKE反變換和dq坐標(biāo)反變換得到輸出a，b，c三相電流，作為指令電流控制SVG。

參見圖2，本發(fā)明所需要的坐標(biāo)變換矩陣定義如下：

αβ/abc：

dq逆變換：

步驟六，由兩個(gè)鎖相環(huán)和正弦信號(hào)發(fā)生電路、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)-cosωt。

步驟七，采取正序控制環(huán)和負(fù)序零序控制環(huán)疊加控制，對(duì)無功電流和三相負(fù)荷不平衡同時(shí)補(bǔ)償；

圖3和圖4分別為本發(fā)明的應(yīng)用的a相正序網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型示意圖以及a相負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型示意圖。

SVG補(bǔ)償?shù)臒o功功率為為得到的指令電流；其中U_S為電網(wǎng)側(cè)電壓，δ為電網(wǎng)電壓與變流器側(cè)電壓的相位差。

SVG裝置產(chǎn)生的負(fù)序電流為零序電流為

圖5為本發(fā)明的應(yīng)用的正序負(fù)序零序疊加控制原理圖。正序控制環(huán)采用δ-θ控制，用于無功電流補(bǔ)償；負(fù)序零序控制環(huán)采用控制，用于補(bǔ)償三相負(fù)荷不平衡產(chǎn)生的負(fù)序、零序電流分量。

利用仿真軟件MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真，所設(shè)計(jì)的SVG的主要參數(shù)為，容量為3Mvar，開關(guān)頻率為5kHz，系統(tǒng)線電壓為35kV，隔離變壓器的變比為87.5，負(fù)荷側(cè)額定工作線電壓有效值為380V，頻率為50Hz，L＝0.0764mH，C＝7000μF。驗(yàn)證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡電流時(shí)，SVG可以優(yōu)先補(bǔ)償負(fù)序、零序分量。

圖6-圖9分別為本發(fā)明的應(yīng)用的三相負(fù)荷電流波形圖、SVG輸出的三相電流波形圖、系統(tǒng)三相電流波形圖、系統(tǒng)三相電壓波形圖。

仿真時(shí)，補(bǔ)償電流的不同狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)4個(gè)時(shí)段：0～0.075s，SVG未投入；0.075～0.15s，SVG投入后只能補(bǔ)償部分負(fù)序、零序電流；0.15～0.25s，SVG補(bǔ)償全部負(fù)序、零序和部分無功電流；0.25～0.35s，SVG完全補(bǔ)償不平衡電流。

第1時(shí)段系統(tǒng)由于不平衡負(fù)載的影響，三相電流發(fā)生偏移。在第2時(shí)段投入SVG裝置，當(dāng)SVG容量過小不能完全補(bǔ)償時(shí)，此時(shí)優(yōu)先補(bǔ)償負(fù)序、零序電流分量。由仿真圖可知，此時(shí)補(bǔ)償后的電流波形已經(jīng)十分接近正弦波，達(dá)到了優(yōu)先補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

根據(jù)SVG模型的參數(shù)，可計(jì)算出該裝置輸出線電流的額定幅值與上圖中第2、3時(shí)段裝置輸出線電流的幅值相一致，而第3時(shí)段說明裝置完全補(bǔ)償了負(fù)荷中的負(fù)序、零序電流，僅剩部分無功分量注入電網(wǎng)。第4時(shí)段，剩余的部分無功分量完全補(bǔ)償，系統(tǒng)電流，負(fù)荷電流都為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。

第3時(shí)段，電壓超前了電流90°，說明補(bǔ)償后的系統(tǒng)電流不含負(fù)序、零序分量僅含有無功成分，實(shí)現(xiàn)了負(fù)序、零序優(yōu)先補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)。

圖9為系統(tǒng)電壓的波形，根據(jù)第2時(shí)段仿真結(jié)果可得，當(dāng)系統(tǒng)補(bǔ)償了負(fù)序、零序分量及部分無功分量時(shí)，系統(tǒng)電壓電流波形，已經(jīng)可以滿足運(yùn)行要求。

步驟八，圖10為本發(fā)明的補(bǔ)償流程圖，在SVG中，設(shè)負(fù)載電流i_L由基波正序有功電流基波正序無功電流基波負(fù)序電流i^-、基波零序電流i₀和諧波電流i_h組成，即

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的負(fù)序電流分量，則輸出補(bǔ)償電流i_c＝i^-；

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的零序電流分量，則輸出補(bǔ)償電流i_c＝i₀；

若SVG補(bǔ)償負(fù)載中的無功電流，則輸出補(bǔ)償電流

因此，當(dāng)SVG的容量不足以完全補(bǔ)償負(fù)荷電流中的無功電流和負(fù)序、零序電流分量時(shí)，SVG應(yīng)該優(yōu)先補(bǔ)償全部的負(fù)序、零序電流分量，然后補(bǔ)償無功電流分量。當(dāng)SVG的容量不足以補(bǔ)償全部的負(fù)序、零序電流分量時(shí)，只補(bǔ)償負(fù)序、零序電流分量，另通過負(fù)荷并網(wǎng)點(diǎn)的固定投切電容器或無源LC濾波器來補(bǔ)償無功電流分量。

本發(fā)明提出的SVG負(fù)序、零序電流優(yōu)先補(bǔ)償?shù)牟呗?，在SVG裝置容量有限的條件下，提高了負(fù)序、零序電流的實(shí)際補(bǔ)償能力。