CN103545828A - 一种不平衡工况下星形链式svg分相控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，检测三相电网电压ua、ub、uc并分别进行锁相得到各相电压相角
Figure DDA0000407765760000011
各电压相角的正弦值与无功指令电流幅值相乘作为无功电流控制指令，各电压相角的余弦值与电压外环PI控制器的输出相乘为有功电流控制指令，相加得到三相总电流控制指令
Figure DDA0000407765760000012
三相总电流控制指令求和即为零序指令电流，再除以3得到各相所要去除的零序指令电流分量
Figure DDA0000407765760000013
三相总指令电流
Figure DDA0000407765760000014
减去零序指令电流得到不含零序分量的电流控制指令本发明的方法能够维持不平衡工况下SVG三相相间功率平衡，计算简单，易于工程实现，能提高SVG的不平衡适应能力。

Description

一种不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法
技术领域
本发明涉及一种不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法。 
背景技术
基于级联H桥多电平的SVG可不经过变压器直接接入中高压电网，得到了广泛的关注。采用星形连接的链式SVG具有比角形链式SVG承受电压低、所需模块少的优点，更适宜于中高压电网领域的无功补偿。作为一种电能质量控制装置，SVG的运行环境通常存在电网电压不平衡的情况。不同于共直流母线的变换器，级联型SVG直流侧电容相互独立。不平衡工况下，若不加入相间功率再平衡控制，各相吸收的功率不相等，装置最终会因为过压或欠压而退出运行。为实现不平衡工况下SVG的稳定运行，很多学者已进行了研究。其控制方法从原理上主要分为两类：零序电压注入法与负序电流注入法。零序电压注入法计算相对简单，但适应电压不平衡度的能力较差，当不平衡较大时计算得到的零序电压也很大，出现过调制导致直流电压升高或电流畸变。负序电流注入法能够适应不平衡的能力较强，根据功率平衡方程求解的负序电流受电压正负序分量限制且需要正负序两套电流控制，控制系统复杂。采用扇区矢量定位的零序指令分离方法计算复杂，工程上难以实现。 
不平衡工况下，由常规的双闭环控制不能保证三相间功率的平衡，研究一种维持不平衡工况下三相间的功率再平衡的星形链式SVG分相控制具有重要意义。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，解决电压不平衡工况下星形链式SVG由于相间功率不平衡而出现直流侧欠压或过压及过调制的问题，实现星形链式SVG三相功率再平衡，保证不平衡工况下星形SVG的稳定运行。 
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，星形链式SVG包括星形连接的三相桥臂，每一相桥臂由若干个H桥模块连接组成，所述每一相桥臂均通过电感接入三相电网，该方法为： 
1）检测三相电网电压ua、ub、uc，并将三相电网电压ua、ub、uc分别进行锁相得到各相电压相角
Figure BDA0000407765740000011
2）检测三相电网所接负载的电流，将所述负载的电流经过基于瞬时无功功率理论的ip-iq方法获得星形链式SVG的无功电流幅值指令； 
3）将星形链式SVG各相H桥模块直流侧的总电压送入PI控制器，得到星形链式SVG的有功电流幅值指令； 
4）将上述各相电压相角的正弦值与无功电流幅值指令相乘得到无功电流指令，将上述各相电压相角的余弦值与有功电流幅值指令相乘得到有功电流指令，将无功电流指令与有功电流指令相加，得到星形链式SVG的总电流参考指令
Figure BDA0000407765740000021
5）去除总的电流参考指令
Figure BDA0000407765740000022
中的零序成分，得到电流参考指令
6）将电流参考指令
Figure BDA0000407765740000024
与星形链式SVG实际输出电流ia、ib、ic经电流跟踪控制，得到星形链式SVG各相所需调制信号vra、vrb、vrc； 
7）将星形链式SVG各相所需调制信号vra、vrb、vrc经单极倍频载波移相调制，得到控制星形链式SVG各相桥臂开关管所需的PWM控制信号。 
所述步骤3）中，电流参考指令
Figure BDA0000407765740000025
的计算过程如下：将总的电流参考指令
Figure BDA0000407765740000026
Figure BDA0000407765740000027
求和得到总的零序电流指令，总的零序电流指令除以3得到各相需去除的零序电流指令
Figure BDA0000407765740000028
总的电流参考指令减去
Figure BDA00004077657400000210
得到电流控制指令
Figure BDA00004077657400000211
所述步骤4）中，星形链式SVG各相所需调制信号vra、vrb、vrc的计算过程如下：将电流控制指令
Figure BDA00004077657400000212
与星形链式SVG实际输出电流ia、ib、ic比较，将比较后的误差乘以比例系数K，然后分别与三相电网电压ua、ub、uc叠加，再将叠加后的值与各相直流侧电压相除，得到调制信号vra、vrb、vrc。 
所述步骤5）中，单极倍频载波移相调制的移相角为
Figure BDA00004077657400000213
其中n为星形链式SVG每相所含的H桥模块数量。 
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的方法能够维持不平衡工况下SVG三相相间功率平衡，计算简单，易于工程实现，能提高SVG的不平衡适应能力，解决了电压不平衡工况下星形链式SVG由于相间功率不平衡而出现直流侧欠压或过压及过调制的问题，保证不平衡工况下星形SVG的稳定运行。 
附图说明
图1为基于级联H桥的星形链式SVG主电路示意图； 
图2为本发明指令电流提取计算原理图； 
图3为本发明不平衡工况下星形链式SVG分相控制框图； 
图4为本发明不平衡工况下星形链式SVG仿真波形图；图4(a)电网电压波形；图4(b)常规双闭环控制时SVG三相直流侧电压波形；图4(c)分相控制时SVG三相直流侧电压波形；图4(d)常规双闭环控制时SVG三相输出电流波形；图4(e)分相控制时SVG三相输出电流波形。 
具体实施方式
如图1所示，基于级联H桥的星形链式SVG接于三相三线制电网中用于补偿负载无功。链式SVG的三相链节采用星形方式连接，各桥臂由N个H桥模块级联组成。链式SVG经电感直接接入高压电网（电阻R可忽略不计）。电网电压ua、ub、uc包含正序电压和负序电压，其中负序电压与正序电流产生有功功率，造成三相相间功率不平衡，引发直流侧电压过欠压等问题，威胁系统稳定运行。星形链式SVG相电流ia、ib、ic包含正负序分量。星形链式SVG相电流与电网电压作用实现三相间功率的再平衡，维持直流侧电压稳定，保障装置的正常运行。 
图2为指令电流提取计算原理图。 
三相三线制系统中，三相电流控制指令不应含有零序成分，通过去除电流中的零序电流，实现三相功率的再平衡。三相总电流控制指令
Figure BDA0000407765740000031
由有功电流指令与无功电流指令叠加得到。三相总电流控制指令相加得到零序指令电流，再除以3得到各相要去除的零序指令电流分量
Figure BDA0000407765740000032
三相总电流指令减去零序指令分量得到电流控制指令
Figure BDA0000407765740000035
i b * , i c * .
以上计算可在DSP中实现。 
图3为不平衡工况下星形链式SVG分相控制框图。包括有功电流指令计算模块、无功电流指令模块、指令电流提取计算模块、电流跟踪控制部分和PWM调制部分。每相H桥模块直流侧电压相加得到该相直流侧总电压值，直流侧电压参考指令与实际直流侧总电压值的偏差经PI控制器调节得到有功电流指令幅值，与电压相位的余弦值相乘得到有功电流指令。无功指令由给定的无功电流幅值与电压相位的正弦值相乘得到。有功电流指令与无功电流指令相加得到总电流控制指令，经图2所述的指令电流计算得到电流控制指令
Figure BDA0000407765740000037
Figure BDA0000407765740000038
电流参考指令
Figure BDA0000407765740000039
与各相输出电流瞬时值比较，误差经比例环节K，并与三 相电网电压前馈量ua、ub、uc叠加再除以三相直流侧电压Udca、Udcb、Udcc，得到三相调制信号vra、vrb、vrc，其中K可取L/Ts，其中L为连接电抗器的电感值，Ts为DSP控制周期。 
对三相调制信号vra、vrb、vrc进行PWM调制。PWM调制采用单极倍频载波移相调制方式得到控制各H桥开关管的通断的PWM信号。所述载波移相角为
Figure BDA0000407765740000041
其中n为SVG每相链节所含H桥模块数。 
以上控制策略可在DSP+FPGA中实现。 
图4为不平衡工况下星形链式SVG仿真波形。SVG工作于10kV电网，容量为10Mvar；设定电网负序电压角度：A相负序电压与正序电压角度为0，此时SVG承受电压应力最大。仿真中电网电压负序电压幅值为3500V，此时电压不平衡度变成42.8%。电网电压波形如图4(a)所示。常规SVG双闭环控制与不平衡工况下SVG分相控制得到三相直流侧电压分别如图4(b)和4c)所示。常规控制与分相控制时SVG输出电流波形分别如图4(d)和4(e)所示。不平衡工况下，采用常规控制的SVG三相直流侧电压发散，电流波形畸变，而采用分相控制的SVG三相直流侧电压稳定，平均值等于给定值，电流波形良好。仿真结果说明采用所提不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法能够在不平衡工况下维持系统三相功率平衡，保证装置的稳定运行。 
以上仿真在PSIM9.0中实现。 

Claims (4)

1.一种不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，星形链式SVG包括星形连接的三相桥臂，每一相桥臂由若干个H桥模块连接组成，所述每一相桥臂均通过电感接入三相电网，其特征在于，该方法为：
1）检测三相电网电压ua、ub、uc，并将三相电网电压ua、ub、uc分别进行锁相得到各相电压相角
Figure FDA0000407765730000011
2）检测三相电网所接负载的电流，将所述负载的电流经过基于瞬时无功功率理论的ip-iq方法获得星形链式SVG的无功电流幅值指令；
3）将星形链式SVG各相H桥模块直流侧的总电压送入PI控制器，得到星形链式SVG的有功电流幅值指令；
4）将上述各相电压相角的正弦值与无功电流幅值指令相乘得到无功电流指令，将上述各相电压相角的余弦值与有功电流幅值指令相乘得到有功电流指令，将无功电流指令与有功电流指令相加，得到星形链式SVG的总电流参考指令
Figure FDA0000407765730000012
5）去除总的电流参考指令中的零序成分，得到电流参考指令
Figure FDA0000407765730000014
6）将电流参考指令
Figure FDA0000407765730000015
与星形链式SVG实际输出电流ia、ib、ic经电流跟踪控制，得到星形链式SVG各相所需调制信号vra、vrb、vrc；
7）将星形链式SVG各相所需调制信号vra、vrb、vrc经单极倍频载波移相调制，得到控制星形链式SVG各相桥臂开关管所需的PWM控制信号。
2.根据权利要求1所述的不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，其特征在于，所述步骤3）中，电流参考指令
Figure FDA0000407765730000016
的计算过程如下：将总的电流参考指令
Figure FDA0000407765730000017
求和得到总的零序电流指令，总的零序电流指令除以3得到各相需去除的零序电流指令
Figure FDA0000407765730000018
总的电流参考指令减去
Figure FDA00004077657300000110
得到电流控制指令
Figure FDA00004077657300000111
3.根据权利要求1或2所述的不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，其特征在于，所述步骤4）中，星形链式SVG各相所需调制信号vra、vrb、vrc的计算过程如下：将电流控制指令
Figure FDA00004077657300000112
与星形链式SVG实际输出电流ia、ib、ic比较，将比较后的误差乘以比例系数K，然后分别与三相电网电压ua、ub、uc叠加，再将叠加后的值与各相直流侧电压相除，得到调制信号vra、vrb、vrc。
4.根据权利要求3所述的不平衡工况下星形链式SVG分相控制方法，其特征在于，所述步骤5）中，单极倍频载波移相调制的移相角为
Figure FDA0000407765730000021
其中n为星形链式SVG每相所含的H桥模块数量。
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