一種三相四線制svg裝置輸出限幅方法
【專利摘要】一種三相四線制SVG裝置輸出限幅方法，所述方法通過(guò)對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序及各次諧波進(jìn)行限幅，達(dá)到各補(bǔ)償量容量分配的效果；同時(shí)在補(bǔ)償量疊加后對(duì)三相四線指令進(jìn)行有效值限幅，達(dá)到裝置在容量限值范圍內(nèi)以給定的方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波補(bǔ)償。本發(fā)明所提出的三相四線制SVG裝置輸出限幅方法有效地對(duì)各補(bǔ)償量進(jìn)行了容量限制，而且以單個(gè)采樣周期數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了包含諧波在內(nèi)三相四線的有效值限幅，可以實(shí)時(shí)地對(duì)補(bǔ)償方案進(jìn)行修改，且在任何時(shí)候裝置均不會(huì)產(chǎn)生過(guò)流，保障了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】
一種三相四線制SVG裝置輸出限幅方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種三相四線制SVG裝置輸出限幅方法，屬電力電子裝置控制技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 三相四線制SVG裝置因其能實(shí)時(shí)無(wú)差地對(duì)無(wú)功、三相不平衡及諧波進(jìn)行有效補(bǔ)償 在廠礦企業(yè)、配變出口等場(chǎng)合應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于線路和配變的節(jié)能降損以及提高三相 供電電壓質(zhì)量起到了很好的作用。但由于功率開關(guān)器件及主回路器件的限制，補(bǔ)償裝置的 容量有一定的限值。由于三相不平衡補(bǔ)償量會(huì)造成補(bǔ)償裝置輸出不平衡，有可能導(dǎo)致裝置 某一相或兩相過(guò)負(fù)荷，因此有必要對(duì)三相四線輸出指令進(jìn)行綜合限幅來(lái)使裝置各相線及零 線輸出不超過(guò)限值。
[0003] 一般的SVG裝置限幅方法比較傳統(tǒng)的而且也是最簡(jiǎn)單的方法即是得到三相指令后 進(jìn)行截?cái)嘞薹?。截?cái)嘞薹m然控制簡(jiǎn)單，處理器資源消耗少，但是過(guò)流截?cái)嘁M(jìn)了諧波指 令，使裝置輸出了不需要的諧波電流，造成了諧波污染。
[0004] 公開號(hào)CN104009486公開了一種三相三線制SVG的非對(duì)稱補(bǔ)償限流方法，該專利中 所提到的限流方法克服了截?cái)嘞蘖饕胫C波的問(wèn)題，但采用四分之一工頻周期滑動(dòng)窗的方 法計(jì)算指令有效值具有一定的時(shí)滯，動(dòng)態(tài)性能有待提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是，為了解決傳統(tǒng)的SVG裝置限幅方法存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種 三相四線制SVG裝置輸出限幅方法。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，通過(guò)對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序及各次諧波進(jìn)行限幅，達(dá)到各 補(bǔ)償量容量分配的效果，同時(shí)在補(bǔ)償量疊加后對(duì)三相四線指令進(jìn)行有效值限幅，達(dá)到裝置 在容量限值范圍內(nèi)以給定的方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波補(bǔ)償。
[0007] 本發(fā)明方法對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波進(jìn)行限幅主要包括以下幾個(gè)步驟：
[0008] (1)獲取電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)cot及各諧波次倍頻信號(hào)ncot;
[0009] (2)獲取三相負(fù)載電流ia ib ic，對(duì)負(fù)載電流以三相正序、負(fù)序、零序及各諧波次同 步信號(hào)進(jìn)行同步變換獲取各補(bǔ)償量同步分量id及同步正交分量iq;
[0010] (3)對(duì)各補(bǔ)償量同步分量及同步正交分量進(jìn)行低通濾波，獲取其中的直流量ζ和
[0011] (4)將上一步最終的同步直流量和同步正交直流量求均方根得到負(fù)載電流中各需 要補(bǔ)償量的幅值f;
[0012] (5)將各補(bǔ)償量幅值f與各補(bǔ)償量設(shè)定有效值Iref的1.414倍進(jìn)行比較，獲得補(bǔ)償系 數(shù)ki(i代表各補(bǔ)償量），如幅值?〈設(shè)定有效值Iref*1.414,則ki = l，如幅值|>設(shè)定有效值 .414,則ki =設(shè)定有效值Iref*l .414/幅值5
[0013] (6)將各補(bǔ)償量的同步直流量ξ和同步正交直流量?乘以1^得到限幅之后的同步直 流量和同步正交直流量。
[0014] 本發(fā)明方法對(duì)三相四線電流進(jìn)行限幅需要包括以下步驟：
[0015] (1)通過(guò)限幅之后的同步直流量和同步正交直流量|'ζ'求得無(wú)功、負(fù)序、零序及諧 波相量；
[0016] (2)以無(wú)功、負(fù)序、零序相量和疊加的方式獲的ABC三相及零線的基波相量，求三相 四線基波幅值和有效值，并通過(guò)諧波相量和基波相量求得ABC三相及零線的有效值，注意零 序、三次及三的倍數(shù)次諧波在零線中是相線中的三倍；
[0017] (3)以ABC三相及零線的有效值的最大值Imax與各相輸出電流給定值I ref進(jìn)行比較， 如最大值Imax〈給定值Irrf，則L=l，如最大值Imax>給定值Irrf，則L=給定值W最大值I max; 然后三相及零線指令均乘以該系數(shù)L，進(jìn)行同步逆變換（包括基波逆變換和各次諧波逆變 換)疊加后得到各相及零線指令。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明所提出的三相四線制SVG裝置輸出限幅方法有效地 對(duì)各補(bǔ)償量進(jìn)行了容量限制，而且以單個(gè)采樣周期數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了包含諧波在內(nèi)三相四線的有 效值限幅，可以實(shí)時(shí)地對(duì)補(bǔ)償方案進(jìn)行修改，且在任何時(shí)候裝置均不會(huì)產(chǎn)生過(guò)流，保障了裝 置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明三相四線制SVG裝置輸出限幅方法框圖；
[0020] 圖2為負(fù)序限幅方式不意圖；
[0021] 圖3為三相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)；
[0022]圖4為負(fù)序變換中匕I與4/a2及么的關(guān)系示意圖；
[0023]圖5為正負(fù)零序疊加造成三相不平衡示意圖；
[0024] 圖6為A相無(wú)功、負(fù)序、零序相量疊加矢量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例從兩個(gè)方面說(shuō)明本發(fā)明具體如何實(shí)施，即，一是對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序、 諧波進(jìn)行限幅達(dá)到容量分配的效果，二是對(duì)疊加之后的各相進(jìn)行限幅使裝置輸出限定在給 定值之內(nèi)，如圖1所示。
[0026] 1、對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序、諧波進(jìn)行限幅
[0027]由于對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波進(jìn)行限幅采用的方式基本一致，故以負(fù)序限幅進(jìn)行 說(shuō)明，其余補(bǔ)償量的限幅均可在此方法上稍作改動(dòng)或簡(jiǎn)化進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，負(fù)序限幅方式如圖2所 不。
[0028] 對(duì)負(fù)序限幅主要包括以下步驟：
[0029] (1)通過(guò)三相鎖相環(huán)獲取電網(wǎng)電壓同步信號(hào)。
[0030] 圖3所示為三相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，鑒相器獲取電網(wǎng)電壓信號(hào)與同步信號(hào)之間的相位差， 將其作為壓控震蕩器的輸入調(diào)整同步信號(hào)的頻率與相位，使其保持與電網(wǎng)電壓信號(hào)同步。
[0031] (2)將三相負(fù)載電流進(jìn)行三相同步坐標(biāo)變換得到d軸和q軸分量，負(fù)序DQ變換矩陣 式(1)所示
[0032]
(1)
[0033] (3)將d軸q軸分量id iq進(jìn)行數(shù)字低通濾波得到其中的直流量ξ和ξ，通過(guò)平方根運(yùn) 算得到負(fù)載電流中負(fù)序分量的幅值i。由dq變換的性質(zhì)可知，d軸和q軸直流量分別代表了 負(fù)載電流中與電網(wǎng)電壓同步和正交的分量，因此d軸和q軸直流量匕ζ:數(shù)值包含了負(fù)載電 流的幅值和相位信息。負(fù)序變換中乙t與/ 2/"2及見(jiàn)的關(guān)系如圖4所示，其中/2為負(fù)序電流 相量，4為A相負(fù)序電流相量，&為電網(wǎng)A相電壓相量，為4以A相電壓相量氏為基準(zhǔn)的初 相角。
[0034] (4)將負(fù)序電流幅值爲(wèi)與給定值I2ref*1.414進(jìn)行比較，如果則補(bǔ) 償系數(shù)1^4，1.414//2，如果4</2<*1.414，則1^=1。將(1軸和(1軸直流量匕（ 2乘以_可 得到限幅后的d軸q軸分量。
[0035] 無(wú)功、零序及諧波等均可以按照上述方法進(jìn)行容量限制，所不同的是，無(wú)功限幅中 的DQ變換為正序變換，即變換矩陣的B相和C相進(jìn)行調(diào)換，同時(shí)只需要對(duì)q軸進(jìn)行濾波限幅操 作即可，正序DQ變換矩陣如式(2)所示；
[0036]
(2)
[0037] 零序限幅中的DQ變換為零序變換，零序變換矩陣如式(3)所示（因?yàn)榱阈蜃儞Q特殊 性，零序變換可以通過(guò)三相負(fù)載電流相加再分別乘以sinwt和coswt，以便使運(yùn)算得以簡(jiǎn) 化)；
[0038]
(3)
[0039]諧波限幅中的DQ變換為η次諧波變換，即變換矩陣中的wt ±2V3為n(wt ±2V3);
[0040]
(4)
[0041] 至此，對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波的限幅已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
[0042] 2、對(duì)疊加之后的各相進(jìn)行限幅
[0043] (1)由于負(fù)序及零序分量的特殊性，將其疊加至各相上時(shí)會(huì)造成三相不平衡，且有 可能造成零線過(guò)載，如圖5所示為正負(fù)零序疊加造成三相不平衡示意圖。
[0044]同時(shí)，諧波的疊加也會(huì)增大ABC三相的有效值，各相總有效值=基波有效值的平方 及各次諧波有效值的平方之和的平方根。
[0045] 獲取各相指令的總有效值之后才能對(duì)各相進(jìn)行有效值限幅，達(dá)到裝置輸出不過(guò)載 的目標(biāo)。
[0046] 在對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序、諧波進(jìn)行限幅的第(3)步已經(jīng)提及了各序同步變換濾波之 后得到的d軸q軸直流量已經(jīng)包含了各序A相電流的幅值和相位信息，因此可以通過(guò)相量疊 加獲得A相基波指令電流相量l如圖6所示為A相無(wú)功、負(fù)序、零序相量疊加矢量圖，其中下 標(biāo)1代表無(wú)功、2代表負(fù)序、0代表零序。BC兩相可以通過(guò)A相各序相量的相位超前或滯后來(lái)獲 得，最終得到ABC二相電流的幅值和相位。
[0047] (2)通過(guò)上一步得到各相及零線的基波電流有效值(通過(guò)相量幅值獲得)之后，還 需要計(jì)算疊加諧波之后的各相及零線電流總有效值?？傆行е档扔诨案鞔沃C波有效值 的平方之和開平方根。注意3及3的倍數(shù)次諧波在零線中是相線中的3倍。
[0048] (3)以ABC三相及零線的有效值的最大值Imax與各相輸出電流給定值I ref進(jìn)行比較， 如最大值〈給定值Irrf，則L= 1，如最大值Imax>給定值Irrf，則L =給定值W最大值Imax ;然 后三相及零線基波各序限幅之后的相量及諧波相量均乘以該系數(shù)L;
[0049] (4)將上一步驟比例限幅之后的相量進(jìn)行同步逆變換(包括基波各序分量逆變換 和各次諧波逆變換，逆變換矩陣如式(5)_式(8)所示)疊加后得到各相及零線實(shí)時(shí)指令參與 電流跟蹤控制閉環(huán)。
[0050] 正序逆變換矩陣：
[0051 ]
(5)
[0052]負(fù)序逆變換矩陣：
[0053]
(6)
[0054] 零序逆變換矩陣：
[0055]
(7)
[0056] η次諧波逆變換矩陣：
[0057]
(8)
[0058]因?yàn)榛ㄏ嗔坑?jì)算時(shí)已經(jīng)考慮了無(wú)功、負(fù)序、零序在各相上的疊加，本步驟的計(jì)算 也可以采用基波相量直接進(jìn)行正序逆變換得到實(shí)時(shí)基波指令，再通過(guò)諧波逆變換得到各次 諧波實(shí)時(shí)指令，疊加后得到三相四線總的實(shí)時(shí)指令，即如圖5中所示，本步驟前一方法為 14>乙分別進(jìn)行逆變換后疊加，而第二種方法為直接對(duì)/?進(jìn)行正序逆變換，得到的實(shí)時(shí) 基波指令一致。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三相四線制SVG裝置輸出限幅方法，其特征在于，所述方法通過(guò)對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零 序及各次諧波進(jìn)行限幅，達(dá)到各補(bǔ)償量容量分配的效果；同時(shí)在補(bǔ)償量疊加后對(duì)三相四線 指令進(jìn)行有效值限幅，達(dá)到裝置在容量限值范圍內(nèi)以給定的方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功、負(fù)序、零 序及諧波補(bǔ)償。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相四線制SVG裝置輸出限幅方法，其特征在于，所述方法 對(duì)無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波進(jìn)行限幅主要包括以下幾個(gè)步驟： (1) 獲取電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)ω t及各諧波次倍頻信號(hào)η ω t; (2) 獲取三相負(fù)載電流iaibic，對(duì)負(fù)載電流以三相正序、負(fù)序、零序及各諧波次同步信號(hào) 進(jìn)行同步變換獲取各補(bǔ)償量同步分量id及同步正交分量iq; (3) 對(duì)各補(bǔ)償量同步分量及同步正交分量進(jìn)行低通濾波，獲取其中的直流量ξ和 (4) 將上一步最終的同步直流量和同步正交直流量求均方根得到負(fù)載電流中各需要補(bǔ) 償量的幅值i; (5) 將各補(bǔ)償量幅值/與各補(bǔ)償量設(shè)定有效值1紐的1.414倍進(jìn)行比較，獲得補(bǔ)償系數(shù)1^"代表 各補(bǔ)償量)，如幅值/<設(shè)定有效值/, ￥/*1,414，則1^1=1，如幅值/>設(shè)定有效值/,.(/*1414， 則ki =設(shè)定有效值Iref*l .414/幅值I; (6) 將各補(bǔ)償量的同步直流量ξ和同步正交直流量ξ.乘以ki得到限幅之后的同步直流量 和同步正交直流量？V。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相四線制SVG裝置輸出限幅方法，其特征在于，所述方法 對(duì)三相四線電流進(jìn)行限幅需要包括以下步驟： (1)通過(guò)限幅之后的同步直流量和同步正交直流量ξ'?求得無(wú)功、負(fù)序、零序及諧波相 量； ⑵以無(wú)功、負(fù)序、零序相量和疊加的方式獲的ABC三相及零線的基波相量，求三相四線 基波幅值和有效值，并通過(guò)諧波相量和基波相量求得ABC三相及零線的有效值，注意零序、 三次及三的倍數(shù)次諧波在零線中是相線中的三倍； (3)以ABC三相及零線的有效值的最大值Imax與各相輸出電流給定值Iref進(jìn)行比較，如最 大值Imax〈給定值Irrf，則L= 1，如最大值Imax>給定值Irrf，則L =給定值W最大值Imax;然后 三相及零線指令均乘以該系數(shù)L，進(jìn)行同步逆變換疊加后得到各相及零線指令。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK105896554SQ201610153135
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】鄧才波, 范瑞祥, 潘本仁, 徐在德, 熊俊杰, 周寧, 劉心悅
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司