CN103475004A - 抑制不平衡负载的静止无功发生器svg及控制方法 - Google Patents

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CN103475004A CN2013103217720A CN201310321772A CN103475004A CN 103475004 A CN103475004 A CN 103475004A CN 2013103217720 A CN2013103217720 A CN 2013103217720A CN 201310321772 A CN201310321772 A CN 201310321772A CN 103475004 A CN103475004 A CN 103475004A
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Abstract

抑制不平衡负载的静止无功发生器 SVG 及控制方法。传统的三相三桥臂主电路拓扑结构的 SVG 只能在三相三线制系统中应用,然而实际应用中三相四线制、不平衡系统大量存在,其中零线电流也有较大危害。本发明的组成包括 : 三相四桥臂逆变器( 2 ),三相四桥臂逆变器与三相交流电源( 1 )连接,三相四桥臂逆变器与隔离驱动电路( 3 )连接,隔离驱动电路与 DSP2812 芯片( 4 )连接, DSP2812 芯片与电压霍尔模块( 5 )连接, DSP2812 芯片与电流霍尔模块( 6 )连接,电流霍尔模块与所述的三相交流电源连接,三相交流电源与负载( 7 )连接,三相交流电源与电压过零检测模块( 8 )连接。本发明用于电网电能质量的改善。

Description

抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG及控制方法
[0001] 技术领域:
本发明涉及一种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG及控制方法。
[0002] 背景技术:
近年来,电力电子技术迅猛发展,特别是被大规模地运用在了电力领域。由于不平衡和非线性的负荷在低压配电网中不断地增多,电能质量受到了严重的影响,三相三线制系统中由于没有零线电流的存在,因而此系统下的无功补偿策略仅需考虑补偿负序电流。
[0003] 随着大功率非线性负荷在三相四线制系统中逐渐增多,中线上积累了大量的零序电流,使得电气设计的合格率严重下降,大量的无功功率和谐波也给电网造成了重大的安全隐患,传统的三相三桥臂主电路拓扑结构的SVG采用ip、Iq电流检测方法和PWM调制技术,只能在三相三线制系统中应用,然而实际应用中大多是三相四线制系统,大量的三相四线制、不平衡系统的存在,使其中零线电流也产生较大危害,在这种情况下,传统三相三桥臂SVG就无法使用,必须用新型的三相四桥臂SVG。
[0004] 发明内容:
本发明的目的是提供一种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG及控制方法。
[0005] 上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,其组成包括:三相四桥臂逆变器,所述的三相四桥臂逆变器与三相交流电源连接,所述的三相四桥臂逆变器与隔离驱动电路连接,所述的隔离驱动电路与DSP2812芯片连接,所述的DSP2812芯片与电压霍尔模块连接,所述的DSP2812芯片与电流霍尔模块连接,所述的电流霍尔模块与所述的三相交流电源连接,所述的三相交流电源与负载连接,所述的三相交流电源与电压过零检测模块连接。
[0006] 所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,所述的三相交流电源的a相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂A通过电感连接,所述的三相交流电源的b相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂B通过电感连接,所述的三相交流电源的c相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂C通过电感连接,所述的三相交流电源的中线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂D连接,所述的a相线与所述的电压过零检测模块连接,所述的电流霍尔模块分别与所述的a相线、所述的b相线、所述的c相线连接。
[0007] —种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG的控制方法,
(I)控制单元的控制方法:
在α-β坐标系中,将三相系统中各相电压的瞬时值分别设为匕、eA、ee,三相电流瞬时值为4、h、i,;首先将三维空间坐标系下的三个变量转换成α-β坐标系下的两个二维变量,二维坐标系下的瞬时电压“和瞬时电流A、、可由以下公式得到;
Figure CN103475004AD00071
旋转矢量e和i分别由α - β平面上的矢量&、ep与ia、ίβ合成:
Figure CN103475004AD00072
式⑷、(5)中,矢量β、I的模分别为e与i,其幅角分别为碑、炉;
三相系统的瞬时有功电流为W=^co吵,瞬时无功电流为供,且穸=和f ;则系统的瞬时有功功率P和瞬时无功功率q可表示为:
Figure CN103475004AD00073
将式⑴和⑵代入(6)中有: p=eda+ebih+ecic (7)
Figure CN103475004AD00081
(2)四桥臂逆变控制的工作方法:
首先检测三相负载电流
Figure CN103475004AD00082
,再去除零序电流,再利用基于瞬时无功理论的电流检测法,经Clarke、Park变换计算出系统的有功电流ip、无功电流和零序补偿电流i#;有功分量经低通滤波器滤波后得断开&通道,再对进行坐标反变换得到基波有功分量iaf、ibf、icf,并用三相负载电流ia、ib、ic减去此基波有功分量,得到所需补偿的指令电流信号iah、ibh、ich,与补偿电流信号经PI调节,得到指令电压信号最后通过3D-SVPWM调制、功率放大后驱动四桥臂逆变器的8个功率开关管,由逆变器输出所需要补偿的电流回馈电网;
为了补偿中线上的电流,三相四桥臂逆变器在三相三桥臂的基础上增加了一个与负载中性点相连的桥臂,因为三相四桥臂系统负载电流i3、八、4含有相同的零序电流分量i,并
Figure CN103475004AD00083
,由此可知系统中的零序电流为,将零序电流分
量从各相电流中去除,得到只有正序分量和负序分量的电流:
Figure CN103475004AD00084
且它们之和为零,即:
Figure CN103475004AD00085
此时就可利用基于瞬时无功功率理论的&、&检测方法进行检测,得到基波正序分量如下:
Figure CN103475004AD00091
再用负载电流i3、ib、ic减去此基波正序电流分量,就得到包括无功、谐波、基波负序以及零序电流在内的补偿指令电流信号,即
Figure CN103475004AD00092
当某相发生缺相故障时,这里假设j相发生断路故障(从c相发生断路故障时情况与之相同),此时有i3=0,由于零向量可以分解成三个向量之和,则上述(9)~(12)式不变,式子
(13)为:
Figure CN103475004AD00093
由(14)式可看出,当J相发生断路故障时,A相的电流补偿信号变为基波正序电流的反
向-,由于A相断路,大小为电流流向电网,相当于大小为4/电流从A相电网流出,
B、C相电网电流经补偿后仍只含有基波正序,可见,在某相发生短路故障情况下,经过补偿最终使各相只含有基波正序电流,A、B、C中不含零序电流,则中线电流i#=0,因此单相断路故障下仍能够进行很好的补偿。
[0008] 所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG的控制方法,在SVG正常运行的时候,直流侧电容电压会因谐波和开关器件损耗的存在而波动,为使电压恒等于设定值,必须对直流侧的母线电压进行控制,于是采用PI调节的方法对直流侧的电压进行控制;因为补偿电流是直流侧的电容电压与交流侧电源电压的差值作用在连接电感上产生的,所以必须满足直流侧电压大于交流电压的峰值才能控制补偿电流的变化;
交流侧电压的峰值为:
V2US=^*380 « 537V (15)
因此,直流侧基准电压选取800V ;
给定一个直流侧的电压值ud。,Ud。与实际反馈回来的直流侧电压Uef进行比较,Udc-Uef的差值经PI调节器后,得到调节直流侧电压的指令信号Λ Ip ;将八ip输入到基波有功支路上,因此,主电路产生的补偿电流中就包含了一定的基波有功电流,使有静止无功发生器的直流侧与交流侧进行能量交换,从而将Uef调节至给定值。
有益效果:
1.本发明在瞬时无功功率理论的基础上采用零序电流分离法,不但能检测无功和谐波还能够检测出零序电流,从而使它应用较广。其主电路拓扑结构采用电压空间矢量调制(SVPWM)技术能减小负载电流的谐波含量、提高直流母线电压的利用率。增加的第四桥臂还能在负载不平衡的情况下仍能够很好地进行无功补偿,甚至在负载某相断路的情况下仍能够补偿各相电流。
[0009] 本发明提供一种稳定、节能、可靠的无功补偿装置,具有很宽的应用领域,能够很好地补偿无功、谐波、零序电流,并在缺相或单相故障的情况下,仍能够很好地进行补偿。此夕卜,系统还具有过压、欠压、过温保护功能,确保了系统安全、可靠运行。
[0010] 附图说明:
附图1是本发明的系统整体框图。图中,I为三相交流电源,2为三相四桥臂逆变器,3为隔离驱动电路,4为DSP2812芯片,5为电压霍尔模块,6为电流霍尔模块,7为负载,8为电压过零检测模块,9为a相线,10为b相线,11为c相线,12为中线,13为桥臂A,14为桥臂B, 15为桥臂C,16为桥臂D。
[0011] 附图2是本发明的计算无功和谐波电流的零序电流分离法原理图。
[0012] 附图3是本发明的滑动均值滤波器采样数据窗示意图。
[0013] 附图4是本发明的电压过零检测模块的电路原理图。
[0014] 附图5是本发明的电流霍尔模块的电流检测电路原理图。
[0015] 附图6是本发明的四桥臂逆变器与电网连接的电路原理图。
[0016] 附图7是本发明的三相隔离驱动电路的电路原理图。
[0017] 附图8是本发明的在α-β坐标系下电压与电流的矢量图。
[0018] 附图9是本发明的三相四桥臂逆变器的结构简图。
[0019] 附图10是本发明的ABC坐标系下3D-SVPWM的矢量图。
[0020] 附图11是本发明的指针变量N与四面体对应关系图。
[0021] 附图12是本发明的N=I时的开关排序示意图。
[0022] 附图13是本发明的系统主程序流程图。
[0023] 附图14是本发明的捕获中断子程序流程图。
[0024] 附图15是本发明的A/D中断子程序流程图。
[0025] 附图16是本发明的故障保护中断子程序流程图。
[0026] 附图17是3D-SVPWM程序流程图。
[0027] 附图18是补偿前A相电压与电流的波形图。
[0028] 附图19是补偿后A相电压与电流的波形图。
[0029] 附图20是直流侧母线电压图。
[0030] 附图21是不平衡负载补偿如二相电网电流图。
[0031] 附图22是不平衡负载补偿后二相电网电流图。
[0032] 附图23是不平衡负载补偿前零线电流的波形图。[0033] 附图24是不平衡负载补偿后零线电流的波形图。
[0034] 附图25是发生断路故障情况下三相电网电流补偿前波形图。
[0035] 附图26是发生断路故障情况下三相电网电流补偿后波形图。
[0036] 附图27是发生单相断路故障时故障相电压电流补偿前波形图。
[0037] 附图28是发生单相断路故障时故障相电压电流补偿后波形图。
[0038] 具体实施方式:
实施例1:
一种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,其组成包括:三相四桥臂逆变器,所述的三相四桥臂逆变器与三相交流电源连接,所述的三相四桥臂逆变器与隔离驱动电路连接,所述的隔离驱动电路与DSP2812芯片连接,所述的DSP2812芯片与电压霍尔模块连接,所述的DSP2812芯片与电流霍尔模块连接,所述的电流霍尔模块与所述的三相交流电源连接,所述的三相交流电源与负载连接,所述的三相交流电源与电压过零检测模块连接。
[0039] 实施例2:
根据实施例1所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,所述的三相交流电源的a相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂A通过电感连接,所述的三相交流电源的b相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂B通过电感连接,所述的三相交流电源的c相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂C通过电感连接,所述的三相交流电源的中线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂D连接,所述的a相线与所述的电压过零检测模块连接,所述的电流霍尔模块分别与所述的a相线、所述的b相线、所述的c相线连接。
[0040] 实施例3:
上述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG的控制方法,
(I)控制单元的控制方法:
在α-β坐标系中,将三相系统中各相电压的瞬时值分别设为匕、eA、ee,三相电流瞬时值为4、h、i,;首先将三维空间坐标系下的三个变量转换成α-β坐标系下的两个二维变量,二维坐标系下的瞬时电压和瞬时电流Α、、可由以下公式得到;
Figure CN103475004AD00111
Figure CN103475004AD00121
旋转矢量e和i分别由α-β平面上的矢量&、辟与Ϊ2、ί#合成:
Figure CN103475004AD00122
式⑷、(5)中,矢量1、i的模分别为e与i,其幅角分别为碑、笋;
三相系统的瞬时有功电流为^ cos φ ,瞬时无功电流为sm (65,且φ=„ ;则系统的瞬时有功功率P和瞬时无功功率q可表示为:
Figure CN103475004AD00123
Figure CN103475004AD00124
将式⑴和⑵代入(6)中有:
Figure CN103475004AD00125
(2)四桥臂逆变控制的工作方法:
首先检测三相负载电流i3、厶、A,再去除零序电流,再利用基于瞬时无功理论的电流检测法,经Clarke、Park变换计算出系统的有功电流ip、无功电流和零序补偿电流i#;有功分量经低通滤波器滤波后得断开&通道,再对进行坐标反变换得到基波有功分量iaf、ibf、icf,并用三相负载电流ia、ib、ic减去此基波有功分量,得到所需补偿的指令电流信号iah、ibh、ich,与补偿电流信号经PI调节,得到指令电压信号ϋ3、《Α、κ,最后通过3D-SVPWM调制、功率放大后驱动四桥臂逆变器的8个功率开关管,由逆变器输出所需要补偿的电流回馈电网;
为了补偿中线上的电流,三相四桥臂逆变器在三相三桥臂的基础上增加了一个与负载中性点相连的桥臂,因为三相四桥臂系统负载电流ia、iA、厶含有相同的零序电流分量J并且jfi?—0+ΐ&+ίέj/3,由此可知系统中的零序电流_ζ#为,将零序电流分量^从各相电流中去除,得到只有正序分量和负序分量的电流:
Figure CN103475004AD00131
且它们之和为零,即:
此时就可利用基于瞬时无功功率理论的&、&检测方法进行检测,得到基波正序分量如下:
Figure CN103475004AD00132
再用负载电流i3、ib、ic减去此基波正序电流分量,就得到包括无功、谐波、基波负序以及零序电流在内的补偿指令电流信号,即
Figure CN103475004AD00133
当某相发生缺相故障时,这里假设j相发生断路故障(从C相发生断路故障时情况与之相同),此时有i3=0,由于零向量可以分解成三个向量之和,则上述(9)~(12)式不变,式子(13)为:
Figure CN103475004AD00141
由(14)式可看出,当J相发生断路故障时,A相的电流补偿信号变为基波正序电流的反
向〃#,由于A相断路,大小为-4ι/电流流向电网,相当于大小为4ι/电流从A相电网流出,
B、C相电网电流经补偿后仍只含有基波正序,可见,在某相发生短路故障情况下,经过补偿最终使各相只含有基波正序电流,A、B、C中不含零序电流,则中线电流i#=0,因此单相断路故障下仍能够进行很好的补偿。图25和图26给出了 A相在0.04s时刻突然断路情况下补偿前电网三相电流和补偿后电网三相电流波形。图27和图28给出了 A故障情况下补偿前电压电流波形和补偿后电网电压电流波形。
[0041] 实施例4:
根据实施例3所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG的控制方法,在SVG正常运行的时候,直流侧电容电压会因谐波和开关器件损耗的存在而波动,为使电压恒等于设定值,必须对直流侧的母线电压进行控制,于是采用PI调节的方法对直流侧的电压进行控制;因为补偿电流是直流侧的电容电压与交流侧电源电压的差值作用在连接电感上产生的,所以必须满足直流侧电压大于交流电压的峰值才能控制补偿电流的变化;
交流侧电压的峰值为:
Figure CN103475004AD00142
因此,直流侧基准电压选取800V ;
给定一个直流侧的电压值ud。,Ud。与实际反馈回来的直流侧电压Uef进行比较,Udc-Uef的差值经PI调节器后,得到调节直流侧电压的指令信号Λ Ip ;将八ip输入到基波有功支路上,因此,主电路产生的补偿电流中就包含了一定的基波有功电流,使有静止无功发生器的直流侧与交流侧进行能量交换,从而将Uef调节至给定值。
实施例5:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,计算无功电流时各相电流首先减去零序电流(ia+ib+ic)/3,再进行坐标变换,得到直流的有功分量进行滤波,采用改进的数字滑动均值滤波器,其计算简单,实时性较好,则最终变换得到的指令电流既能补偿无功电流、谐波电流,也能补偿电网中的零序电流,滤波器工作原理如图3所示。
[0042] 实施例6:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,如图4所示,为了进行坐标变换,需要知道任意时刻A相电压的相位,故需电网同步检测电路,此处采用电压过零检测模块CHV-25P把A相电压降为幅值为5V左右的与电网同频同相的低压正弦信号,该信号经过处理电路最终得到0-3.3V的方波信号,以满足DSP2812对输入电压的要求。通过DSP捕获单元CAP3捕获该方波信号的下降沿,即可得到电网电压的过零点。[0043] 实施例7:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,如图5所示,由于SVG对实时性要求较高,为了尽量减少采样环节引起的滞后,其电流采样都采用高速的电流霍尔模块CHB-25NP实现三相电流检测,以A相电流采样为例,霍尔传感器副边电流由电阻RM进行采样得到UM,经过隔离、偏置、低通滤波和嵌位处理后输入到DSP的A/D转换口进行处理。
[0044] 实施例8:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,如图6所示,为逆变器与电网连接图,图中的直流侧电压Udc为800V。静止无功发生器SVG大多采用GTO和IGBT这两种电力电子开关器件。本发明选用的开关器件是IGBT,由于负载不平衡时,第四桥臂要处理中线电流,IGBT的容量不但与SVG的容量有关,也与负载中线电流的大小有关,所以,可以适当提闻开关管的电流等级。
[0045] 实施例9:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,如图7所示,为了提高系统的抗干扰能力,将DSP发出的PWM信号经过74HC06进行电平转换之后,送给光耦TLP250芯片,信号经隔离放大来驱动功率管,光耦的使用,能够减少信号延迟,实现了强电和弱电的隔离,提高了可靠性。
[0046] 实施例10:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,系统的核心控制单元采用TI公司DSP处理芯片TMS320F2812,最高频率可达150MHz,该芯片外设包括16路12位精度ADC、2路SCI以及两个事件管理模块(EVA和EVB)等。每个事件管理模块包括6路PWM/CMP、2路QEP和3路CAP。
[0047] 实施例11:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,三相四桥臂逆变器结构简图如图9所示,逆变器的相中点电压为仏#、%#、仏#。为了使开关电压矢量的表达清晰简明,这里先对UAp Ubn、Ucn的值进行标准化(令%。=1),用标么值表示电压空间矢量。
[0048] 假定&、SB、Sc, &分别表示四个桥臂儿从G #的开关状态,每个桥臂上管导通(下管关断)为I,上管关断(下管导通)为0,这样一共有16个开关状态;每个开关状态对应的一个合成的开关矢量,这里令Uq到U货为这16个开关矢量,其中U0和U货为零矢量,其对应关系如表1所不。
[0049] 表1三相四桥臂逆变器开关状态表
Figure CN103475004AD00151
Figure CN103475004AD00161
将这16个合成的开关电压矢量在静止坐标系坐标系)下画成空间矢量图就得到了一个空间十二面体,如图10所示。以状态13为例有,此时&、&、5^、&分别为1、0、1、1 ;U- υΒΝ、υα.% 0、-1、0 ;这表示的是A G #桥臂上管导通,下管关断W桥臂上管关断,下管导通。开关电压矢量为R3,位于静止坐标系中(0,-1,0)坐标处。
[0050] 对于开关矢量图10,我们可用平面Ua =0、Ub =0、Ue =0和Va - Ub =0、Ub - Uc
=0、UA - TJc =0将控制区域分割成24个小的空间四面体,并且每一个四面体由三个非零开
关电压矢量和两个零开关电压矢量构成,这样只要确定了参考电压矢量所在空间四面体就可以利用对应的开关电压矢量来进行拟合。例如,某一时刻的参考电压矢量在坐标系中的坐标为(),并且有 〉0、〉0、〉0、~ 〉0、_ TJc >0、t/j1-1h >0,则能判断出它所在的小空间四面体,从而确定合成它的三个非零开关电压矢量为
m
[0051] 为了简化这种判断,我们定义了之到A6这六个变量,这六个变量代表着六个平面的划分方向,只要确定了它们是O还是I就能判断出参考电压矢量所在位置。六个变量的表达式如下
Figure CN103475004AD00162
式中,、Ucmt为标准化参考电压矢量。
[0052] 定义指针函数:
Figure CN103475004AD00171
将勾到4这六个变量的符号和唯一的指针变量Λ/联系起来,通过计算Λ/共有24个值,
正好与24个四面体一一对应。图11给出了指针变量#所对应的四面体位置以及三个非零开关电压矢量。
[0053] 判断出参考电压矢量所在四面体的位置,确定了用于合成其的三个非零开关电压矢量后,就可以由伏秒面积相等原理计算出每个非零开关电压矢量及零矢量所对应的占空t匕。由于要把参考电压矢量用三个非零开关电压矢量和两个零矢量来合成等效,那么参考电压矢量大小等于当前时刻对应的每个开关电压矢量与其占空比的乘积之和,如式(22)所示。为了得到占空比的值,对式(23)作变换,得到式(24)和(25)。
Figure CN103475004AD00172
式中,Utef为参考电压矢量必、d2、d,分别为三个非零开关电压矢量所对应的占空比;Ui5i k' 。为开关电压矢量在坐标系下的投影值(X=1、2、3) ; 4则是零矢量的占
空比(这个零矢量可以是U0和U15两个零矢量中的任意一个,也可以是两者的组合)。以#=1为例,非零开关电压矢量为%、%、ί/π,根据式(23)计算它们的占空比为
Figure CN103475004AD00173
用同样的方法,可以得到Λ/等于其它23个值时所对应的情况,如表2所示给出了指针变量ΛΖ与非零开关电压矢量以及其占空比的对应关系。
[0055] 表2指针变量#与矢量组、占空比的对应关系
Figure CN103475004AD00181
得出各开关电压矢量的占空比后,乘以周期时间即可得到它们的导通时间,下面只需要对各开关电压矢量的导通顺序进行排列,合理的安排开关顺序。为了减小输出电压谐波含量、开关动作次数及其损耗,本文采用插入两零矢量的中心对称排序方式。以指针变量Λ^Ι时为例,仏、仏、V11为此时对应的非零开关电压矢量,排序方式如图12所示。
[0056] 最后根据这种中心对称排序方式给出其开关切换点计算公式如式(27)所示,TvT2, Tv Ti依次为四桥臂中占空比从大到小的上管导通时刻。
Figure CN103475004AD00182
实施例12:
根据实施例1或2或3或4所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,SVG系统软件的整体规划是通过主程序设计来完成的,其主要对DSP系统的工作环境进行配置、系统中相关变量的初始化、各中断的初始化、判断是否开启中断子程序等,接着进入接收和发送数据的循环中,同时等待中断事件的发生。当中断被开启,暂时停止主循环,进入到相应的中断服务子程序中进行各种运算和配置PWM控制信号。当中断完成后,返回主循环,继续等待下一次中断的发生。主程序流程图如图13所示。
[0058] 捕获中断子程序主要检测电网频率,完成数字锁相环,过零检测电路通过检测相电压信号的过零点来开启捕获中断子程序,当捕获中断子程序被开启,读取当前计数器的值同时在此中断子程序中启动定时器Tl,并将预置的正弦表指针清零。捕获中断如图14所
/Jn ο[0059] 三相四桥臂SVG系统所有的控制算法均在A/D中断子程序中完成,其中包括采样电压和电流信号、零序电流分离、无功指令电流提取、均值滤波、3D-SVPWM算法实现等等。如图15所示为A/D中断子程序的流程图,由于系统的开关频率设为18kHz,所以,执行A/D中断子程序的时间不能超过55 W?,否则还未执行完上一次中断子程序,就已经进入到下一次中断,会导致系统紊乱。
[0060] 故障保护中断子程序流程图如图16所示。当系统出现过流现象时,能及时将故障信号反馈给核心控制器DSP,通过过流保护电路封锁所有脉冲信号来保护系统硬件电路。[0061 ] 图17为3D-SVPWM算法流程图。 [0062] 为验证系统无功补偿效果,图18和图19是电网补偿之前A相电压、电流波形和补偿之后A相电压电流波形,从图中可以看出,补偿前电流明显滞后于电压,补偿之后,电流与电压同相位。图21和图22是偿前与补偿后三相电流波形,明显看出,对于不平衡负载补偿效果令人满意。图23和图24是补偿前后中线电流波形,补偿前中线电流很大,补偿后中线电流接近于零。

Claims (4)

1.一种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,其组成包括:三相四桥臂逆变器,其特征是:所述的三相四桥臂逆变器与三相交流电源连接,所述的三相四桥臂逆变器与隔离驱动电路连接,所述的隔离驱动电路与DSP2812芯片连接,所述的DSP2812芯片与电压霍尔模块连接,所述的DSP2812芯片与电流霍尔模块连接,所述的电流霍尔模块与所述的三相交流电源连接,所述的三相交流电源与负载连接,所述的三相交流电源与电压过零检测模块连接。
2.根据权利要求1所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG,其特征是:所述的三相交流电源的a相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂A通过电感连接,所述的三相交流电源的b相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂B通过电感连接,所述的三相交流电源的c相线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂C通过电感连接,所述的三相交流电源的中线与所述的三相四桥臂逆变器的桥臂D连接,所述的a相线与所述的电压过零检测模块连接,所述的电流霍尔模块分别与所述的a相线、所述的b相线、所述的c相线连接。
3.一种抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG的控制方法,其特征是: (I)控制单元的控制方法: 在α-β坐标系中,将三相系统中各相电压的瞬时值分别设为ea、eb、e。,三相电流瞬时值为ia、ib、i。;首先将三维空间坐标系下的三个变量转换成α - β坐标系下的两个二维变量,二维坐标系下的瞬时电压ea、ee和瞬时电流ia、ie可由以下公式得到;
Figure CN103475004AC00021
旋转矢量e和i分别由α - β平面上的矢量ea、ee与ia、ie合成:
Figure CN103475004AC00022
式⑷、(5)中,矢量S、ΐ的模分别为e与i,其幅角分别为碑 ^ 三相系统的瞬时有功电流为iHc0印,瞬时无功电流为時,且P=Af ;则系统的瞬时有功功率P和瞬时无功功率q可表示为:
Figure CN103475004AC00031
将式⑴和⑵代入(6)中有:
Figure CN103475004AC00032
(2)四桥臂逆变控制的工作方法: 首先检测三相负载电流ia、ib、i。,再去除零序电流,再利用基于瞬时无功理论的电流检测法,经Clarke、Park变换计算出系统的有功电流ip、无功电流i,和零序补偿电流iN,;有功分量ip经低通滤波器滤波后得ip,,断开i,通道,再对ip,进行坐标反变换得到基波有功分量iaf、ibf、irf,并用三相负载电流ia、ib、i。减去此基波有功分量,得到所需补偿的指令电流信号iah、ibh、与补偿电流信号经PI调节,得到指令电压信号ua、ub、u。,最后通过3D-SVPWM调制、功率放大后驱动四桥臂逆变器的8个功率开关管,由逆变器输出所需要补偿的电流回馈电网; 为了补偿中线上的电流,三相四桥臂逆变器在三相三桥臂的基础上增加了一个与负载中性点相连的桥臂,因为三相四桥臂系统负载电流ia、ib、i。含有相同的零序电流分量ia,并且iQ=(ia+ib+i。)/ 3,由此可知系统中的零序电流iN为将零序电流分量iQ从各相电流中去除,得到只有正序分量和负序分量的电流:
Figure CN103475004AC00041
且它们之和为零,即: V +ib/ +ic' =0 (11) 此时就可利用基于瞬时无功功率理论的ip、i,检测方法进行检测,得到基波正序分量如下:
Figure CN103475004AC00042
再用负载电流ia、ib、i。减去此基波正序电流分量,就得到包括无功、谐波、基波负序以及零序电流在内的补偿指令电流信号,即
Figure CN103475004AC00043
当某相发生缺相故障时,这里假设A相发生断路故障(B、C相发生断路故障时情况与之相同),此时有ia=0,由于零向量可以分解成三个向量之和,则上述(9)~(12)式不变,式子(13)为:
Figure CN103475004AC00051
由(14)式可看出,当A相发生断路故障时,A相的电流补偿信号变为基波正序电流的反向-‘,由于A相断路,大小为-j#电流流向电网,相当于大小为电流从A相电网流出,B、C相电网电流经补偿后仍只含有基波正序,可见,在某相发生短路故障情况下,经过补偿最终使各相只含有基波正序电流,A、B、C中不含零序电流,则中线电流iN=0,因此单相断路故障下仍能够进行很好的补偿。
4.根据权利要求3所述的抑制不平衡负载的静止无功发生器SVG的控制方法,其特征是:在SVG正常运行的时候,直流侧电容电压会因谐波和开关器件损耗的存在而波动,为使电压恒等于设定值,必须对直流侧的母线电压进行控制,于是采用PI调节的方法对直流侧的电压进行控制;因为补偿电流是直流侧的电容电压与交流侧电源电压的差值作用在连接电感上产生的,所以必须满足直流侧电压大于交流电压的峰值才能控制补偿电流的变化;交流侧电压的峰值为:ν2ϋ3=λ/2ψ380« 537V (15) 因此,直流侧基准电压选取800V ; 给定一个直流侧的电压值ud。,Ud。与实际反馈回来的直流侧电压Uef进行比较,Udc-Uef的差值经PI调节器后,得到调节直流侧电压的指令信号Aip;将Aip输入到基波有功支路上,因此,主电路产生的补偿电流中就包含了一定的基波有功电流,使有静止无功发生器的直流侧与交流侧进行能量交换,从而将Uef调节至给定值。
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