CN101478162B - 一种三相桥式dvr的最小零序分量补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统控制技术领域中的一种三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法。技术方案是，确定各相电压相量和DVR输出电压的零序分量；建立负荷参考电压轨迹圆和各相极限补偿电压轨迹圆；确定各相能补偿到的负荷电压轨迹相位范围以及同相补偿时的零序输出电压；采用偏移一个微小角度的方式从同相补偿位置开始搜索零序分量最小状态，计算相应的DVR各相输出补偿电压，从而实现了含有零序分量的三相系统中的最小零序补偿控制。本发明具有物理概念明确、思路清晰、计算简便的特点，它适用于三相桥式结构DVR的最小零序分量补偿控制。

Description

一种三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，尤其涉及一种三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法。

背景技术

DVR(Dynamic Voltage Restorer，动态电压恢复器)是近年来出现的DFATS(Distribution Flexible Alternative Current Transmission Systems，柔性配电技术)装置，它串联于电源与敏感负荷之间，当系统电压正常时，DVR被旁路。当系统电压发生暂降(暂升)时，DVR可以在ms级内迅速动作，有效的补偿暂降电压，保护敏感性负荷免受电压暂降的影响。因为在电力系统的各种电能质量问题中，电压暂降(暂升)是发生概率最高的电能质量问题，往往会造成系统中大量敏感设备工作失常，造成难以估计的损失，因此对电压暂降的补偿就显得尤为重要。

三相系统DVR的主电路可以分为两类，即三相三线制主电路结构和三相四线制主电路结构。由于三相三线制的变流器在变频等领域有广泛的应用，已经做成工业模块，而许多IGBT模块都是采用三相三线制结构。基于三相三线制结构的三相桥式DVR也是应用最普遍的一种结构。

但是，当系统出现不对称电压暂降(暂升)时，三相电压往往含有零序分量，而三相桥式DVR是无法补偿零序分量的。因而需要寻找一种控制方法，使得DVR输出参考电压的零序分量尽可能小，达到近似对零序分量实现补偿的目的。本发明提出的控制方法，以A相负荷参考电压相量为相量图横轴，以系统电压相量的终点做补偿极限圆来确定DVR补偿范围，采用偏移一个微小角度的方式搜索零序分量最小状态，物理概念明确，思路清晰，分析计算简便，可以有效解决三相桥式DVR不对称暂降(暂升)的补偿问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前三相桥式DVR无法对含有零序分量的三相电力系统进行零序补偿的问题，提出一种三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法，通过使DVR输出参考电压的零序分量尽可能小，实现对含有零序分量的三相电力系统的补偿。

本发明的技术方案是，一种三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：确定三相电力系统各相电压相量和DVR输出电压的零序分量；

步骤2：确定负荷参考电压轨迹圆；

步骤3：确定各相极限补偿电压轨迹圆；

步骤4：判断DVR能否对各相电压实现补偿；如果DVR能对各相电压实现补偿，则执行步骤5；否则，跳到步骤11；

步骤5：确定各相能补偿到的负荷电压轨迹相位范围以及同相补偿时的零序输出电压；

步骤6：进行零序电压分量负向最大微增量搜索；

步骤7：计算负向最大微增量时的DVR各相输出电压相量，以及零序电压相量；

步骤8：判断零序电压是否小于设定值；如果零序电压大于等于设定值，则执行步骤9；否则，跳到步骤10；

步骤9：判断是否已经到达补偿边界；如果已经到达补偿边界，则执行步骤10；否则，跳到步骤6继续进行搜索；

步骤10：计算DVR输出电压相量的幅值和相位，并依据此进行最小零序电压补偿控制，之后结束；

步骤11：不能补偿到额定幅值，结束。

所述进行零序电压分量负向最大微增量搜索，其方法是，让三相负荷电压相位分别偏离上一次搜索后的负荷电压相位±Δα，幅值为额定值U_ref，计算此时DVR各相输出电压，从而得到本次搜索相应的零序分量，定义零序分量的负向微增量为ΔU₀＝上次搜索相应的零序分量的绝对值-本次搜索相应的零序分量的绝对值；对于ABC三相各偏离±Δα，共有6种情况，分别计算ΔU₀，其中使得ΔU₀最大时的值为负向最大微增量。

本发明采用偏移一个微小角度的方式从同相补偿位置开始搜索零序分量最小状态，计算相应的DVR各相输出补偿电压，从而实现了含有零序分量的三相系统中的最小零序补偿控制。本发明具有物理概念明确、思路清晰、计算简便的特点，它适用于三相桥式结构DVR的最小零序分量补偿控制。

附图说明

图1是DVR原理示意图。

图2是三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法流程图。

图3是三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法相量图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是DVR原理示意图。动态电压恢复器DVR串联在系统电源和负荷之间，负荷电压U_LOAD为系统电压U_S与DVR补偿电压U_DVR之和。正常运行时，电源电压在允许范围之内，DVR输出补偿电压为0，负荷电压U_LOAD等于系统电压U_S。当系统电源电压U_S发生暂降(暂升)时，DVR输出补偿电压U_DVR，使负荷电压U_LOAD运行在允许的范围之内。由于DVR装置的容量有限，其输出电压有一个极限，称为极限补偿电压。对于三相桥式DVR的补偿控制，需要在各相输出电压不超过极限补偿电压的条件下，尽可能输出最小的零序电压分量。

图2是三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法流程图。图2中，各步骤的具体说明如下：

步骤1：确定三相电力系统各相电压相量和DVR输出电压的零序分量。图3是三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法相量图。在图3中，正常运行时，系统三相电压对称，幅值为U_ref，三相电压相位依次落后120°，以A相电压相位为参考相位，可以得到三相正常运行时的电压相量分别为：U_ref∠0°、U_ref∠120°、U_ref∠240°，这也是电压暂降(暂升)后的负荷参考电压相量。系统电压暂降(暂升)后的系统电压相量为

各相系统电压相量落后(超前)负荷参考电压相量的夹角分别为α_A、α_B、α_C(超前时角度为负值)。各相DVR的输出电压相量为

其零序分量定义为 ${\stackrel{\·}{U}}_0=({\stackrel{\·}{U}}_{{\mathrm{DVR}}_A}+{\stackrel{\·}{U}}_{{\mathrm{DVR}}_B}+{\stackrel{\·}{U}}_{{\mathrm{DVR}}_C})/3.$

步骤2：确定负荷参考电压轨迹圆。DVR补偿后要求三相保持负荷电压为暂降(暂升)前的电压幅值即参考电压U_ref∠0°、U_ref∠120°、U_ref∠240°，因此以U_ref为半径、以原点为圆心可以得到补偿后负荷参考电压轨迹圆Circle_ref。

步骤3：确定各相极限补偿电压轨迹圆。由于DVR装置容量有限，其输出补偿电压有一个极限值即极限补偿电压U_DVRL，分别以步骤1中三相系统电压相量的终点为圆心，以U_DVRL为半径可以得到三相系统的极限电压轨迹圆Circle_A、Circle_B、Circle_C。

步骤4：判断DVR能否对各相电压实现补偿；如果DVR能对各相电压实现补偿，则执行步骤5；否则，跳到步骤11。如果第i相的极限电压轨迹圆Circle_i与负荷参考电压轨迹圆Circle_ref有交点，则该相能够实现补偿，判断准则为U_Si+U_DVRL≥U_ref，执行步骤5；否则，跳到步骤11。

步骤5：确定各相能补偿到的负荷电压轨迹相位范围以及同相补偿时的零序输出电压。

负荷参考电压轨迹圆Circle_ref落在i相极限电压轨迹圆Circle_i内的圆弧部分A_iB_iC_iD_i即为该相能够补偿到的负荷电压轨迹，圆弧相对该相负荷参考电压相量的相位范围为(β_i，γ_i)，其中 ${\mathrm{\β}}_i=-{\mathrm{\α}}_i+\arccos \left[\frac{U_{\mathrm{ref}}^2+U_{\mathrm{Si}}^2-U_{\mathrm{DVRL}}^2}{2U_{\mathrm{ref}}{U}_{\mathrm{Si}}}\right],$ ${\mathrm{\γ}}_i=-{\mathrm{\α}}_i-\arccos \left[\frac{U_{\mathrm{ref}}^2+U_{\mathrm{Si}}^2-U_{\mathrm{DVRL}}^2}{2U_{\mathrm{ref}}{U}_{\mathrm{Si}}}\right].$

定义j为循环变量，其初始值j＝0。搜索的初始状态为同相补偿状态，即负荷电压与系统电压同相时，分别为

的状态，计算得到此时的DVR输出电压的零序分量

步骤6：进行零序电压分量负向最大微增量搜索。令循环变量j＝j+1。(j＝0时，各相量取同相补偿状态对应的相位和幅值)。第j次的搜索方法如下：让三相负荷电压相位分别偏离j-1次搜索后的负荷电压相位±Δα，幅值为额定值U_ref，计算此时DVR各相输出电压，从而得到相应的零序分量

定义零序分量的负向微增量为 $\mathrm{\Δ}{U}_0=\left|{\stackrel{\·}{U}}_{0(j-1)}\right|-\left|{\stackrel{\·}{U}}_{0\left(j\right)}\right|.$

对于ABC三相各偏离±Δα，共有6种情况(剔除已经达到补偿边界的情况)，分别计算ΔU₀，其中使得ΔU₀最大时的值为负向最大微增量。

步骤7：计算负向最大微增量时的各电压向量。第j次搜索最大微增量时的各电压相量计算方法如下：根据前面取得最大微增量的情况，由对应相的负荷电压相位偏移Δα或者-Δα，其它两相相位仍为上次搜索的相位值。以此为基础，可以计算出DVR各相输出电压相量，以及零序电压相量

步骤8：判断零序电压是否小于设定值；如果零序电压大于等于设定值，则执行步骤9；否则，跳到步骤10。当

小于设定的较小的数值时，认为零序电压近似为0，此时即为零序电压最小状态，则转入步骤10；否则进入下一个步骤。

步骤9：判断是否已经到达补偿边界；如果已经到达补偿边界，则执行步骤10；否则，跳到步骤6继续进行搜索。当最大微增量对应负荷电压相位相应偏移Δα或者-Δα，如果已经超出步骤5确定的该项补偿范围(β_i，γ_i)，则已经到达补偿边界，此时即为零序电压最小状态，进入下一步骤。否则回到步骤6极限进行搜索。

步骤10：按照前面搜索得到的最小零序电压状态，计算DVR输出电压相量的幅值和相位，并依据此DVR输出电压相量的幅值和相位进行相应的控制，实现最小零序电压补偿控制，之后流程结束。

步骤11：至少有一相无法将负荷电压补偿到额定值，流程结束。这时可以根据情况考虑采取降低补偿幅度或者其它补偿办法。

本发明采用偏移一个微小角度的方式从同相补偿位置开始搜索零序分量最小状态，计算相应的DVR各相输出补偿电压，从而实现了含有零序分量的三相系统中的最小零序补偿控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种三相桥式DVR的最小零序分量补偿控制方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：确定三相电力系统各相电压相量和DVR输出电压的零序分量；

步骤2：确定负荷参考电压轨迹圆；

步骤3：确定各相极限补偿电压轨迹圆；

步骤4：判断DVR能否对各相电压实现补偿；如果DVR能对各相电压实现补偿，则执行步骤5；否则，跳到步骤11；

步骤5：确定各相能补偿到的负荷电压轨迹相位范围以及同相补偿时的零序输出电压；

步骤6：进行零序电压分量负向最大微增量搜索；具体是，让三相负荷电压相位分别偏离上次搜索后的负荷电压相位±Δα，幅值为额定值U_ref，计算此时DVR各相输出电压，从而得到本次搜索相应的零序分量，定义零序分量的负向微增量为ΔU₀＝上次搜索相应的零序分量的绝对值-本次搜索相应的零序分量的绝对值；对于三相负荷电压相位各偏离±Δα，共有6种情况，分别计算ΔU₀，其中使得ΔU₀最大时的值为负向最大微增量；

步骤7：计算负向最大微增量时的DVR各相输出电压相量，以及零序电压相量；

步骤8：判断零序电压是否小于设定值；如果零序电压大于等于设定值，则执行步骤9；否则，跳到步骤10；

步骤9：判断是否已经到达补偿边界；如果已经到达补偿边界，则执行步骤10；否则，跳到步骤6继续进行搜索；

步骤10：计算DVR输出电压相量的幅值和相位，并依据此进行最小零序电压补偿控制，之后结束；

步骤11：不能补偿到额定幅值，结束。

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