CN103580032A - 电网补偿系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电网补偿系统及其控制方法，不仅能够对各单相提供精确全范围无功、谐波补偿，还能够平衡电网电压。其中，电网补偿系统包括双向导通逆变器、控制器、监控模块、电池模块和电容，该方法包括以下步骤：根据采样电网的输出端、负载端的电压/电流以及双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流获得电网所处的状态，并生成控制信号；当电网处于第一状态时，通过控制双向导通逆变器反向导通，以使电池模块从电网吸收有功功率并进行储存；当电网处于第二状态时，通过控制双向导通逆变器正向导通，以使电池模块进行有功补偿和电容进行无功补偿，其中，电网在第一状态时的负载小于电网在第二状态时的负载。

Description

电网补偿系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电网补偿系统以及一种电网补偿系统的控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，非线性不平衡负载出现了大量应用。由于在局部电网中某相或某几相有功负荷或无功负荷过重，导致局部电网质量下降，出现电网电压不平衡、严重谐波及过大的中线电流，从而造成电网损耗加大，缩短各类电器的使用寿命。因此，必须采取有效措施以改善电能质量，当前常用措施是电容器投切、无源滤波、动态无功补偿器、有源电力滤波器等。

其中，采用三相四桥臂有源滤波器是一种较好的新型应用。电能质量综合补偿装置（专利申请号：200820078847.1），提供了一种运用三相四桥臂逆变器改善电能质量的装置。一种复合型的四桥臂并联有源电力滤波器控制方法（专利申请号：201110054678.4），也提供了一种三相四桥臂滤波器控制方法。

但是，当前采用三相四桥臂逆变器的电能补偿装置，其直流侧均采用连接电容形式。由于单相光伏并网逆变器、大功率单相负载等器件的大量应用，可能会使局部电网中各相吸收或释放有功功率严重不平衡（例如某两相吸收有功，另外一相释放有功）。普通的三相四桥臂逆变器的无功补偿器或电力滤波器由于其直流侧仅连接电容而没有储存有功能量的元件，无法很好地对与有功相关的电压不平衡、谐波进行补偿，因此，无法适应当前越来越复杂的电网环境与用电需求。同时，在运行过程中，由于负载变化、电网波动、损耗等因素会使直流侧电容电压出现波动，而直流侧电压稳定度直接影响补偿效果。

现有技术存在的缺点是，采用滞环控制开关频率的波动较大，稳态精度低，另外三相间的控制不独立容易造成相间的干扰；单周控制易受电路工作条件变化的影响，即使在器件参数误差很小的情况下，噪声干扰也会导致控制电路的条件发生变化，导致系统的稳态输出精度不高。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种电网补偿系统，不仅能够对各单相提供精确全范围无功、谐波补偿，同时还能够平衡电网电压。

本发明的第二个目的在于还提出一种电网补偿系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明实施例的第一方面提出了一种电网补偿系统，连接在电网输出端和负载端之间，包括：双向导通逆变器，所述双向导通逆变器的正向端分别与所述负载端和所述电网输出端相连；交流采样模块，所述交流采样模块分别与所述电网输出端和所述负载端相连，用于采样所述电网输出端和所述负载端的电压/电流；直流采样模块，所述直流采样模块与所述双向导通逆变器的反向端相连，用于采样所述双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流；并联的电池模块和电容，所述并联的电池模块和电容与所述双向导通逆变器的反向端相连；驱动模块，所述驱动模块与所述双向导通逆变器相连；控制器，所述控制器分别与所述交流采样模块、所述直流采样模块和所述驱动模块相连，用于根据所述交流采样模块和所述直流采样模块采样的所述电网输出端、所述负载端的电压/电流以及所述双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流获得所述电网所处的状态，并生成控制信号，其中，在所述电网处于第一状态下通过所述驱动模块控制所述双向导通逆变器反向导通，以使所述电池模块从所述电网吸收有功功率并进行储存，以及在所述电网处于第二状态下通过所述驱动模块控制所述双向导通逆变器正向导通，以使所述电池模块进行有功补偿和所述电容进行无功补偿，其中，所述电网在所述第一状态时的负载小于所述电网在所述第二状态时的负载。

根据本发明实施例的电网补偿系统，不仅能够进行精确、快速、全范围的无功补偿、谐波补偿，还可针对局部电网各单相的实际电压、功率情况进行有功功率补偿，能够适应并改善各种复杂恶劣电网环境。同时，还可作为小型储能电站应用，起到优化电网电源结构，改善电网运行条件，提高系统运行的经济性。

为达到上述目的，本发明实施例的第二方面还提出一种电网补偿系统的控制方法，其中，所述电网补偿系统包括双向导通逆变器、控制器、监控模块、电池模块和电容，所述方法包括以下步骤：

根据采样电网的输出端、负载端的电压/电流以及所述双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流获得所述电网所处的状态，并生成控制信号；

当所述电网处于第一状态时，通过控制所述双向导通逆变器反向导通，以使所述电池模块从所述电网吸收有功功率并进行储存；

当所述电网处于第二状态时，通过控制所述双向导通逆变器正向导通，以使所述电池模块进行有功补偿和所述电容进行无功补偿，其中，所述电网在所述第一状态时的负载小于所述电网在所述第二状态时的负载。

根据本发明实施例的电网补偿系统的控制方法，不仅能够进行精确、快速、全范围的无功补偿、谐波补偿，还可针对局部电网各单相的实际电压、功率情况进行有功功率补偿，达到全面补偿的目的。此外，该方法控制更为准确、精细。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电网补偿系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的电网补偿系统的电路结构图；

图3为根据本发明实施例的电网补偿系统的控制示意图；和

图4为根据本发明实施例的电网补偿系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电网补偿系统和电网补偿系统的控制方法。

如图1所示，本发明实施例的第一方面提出的电网补偿系统，连接在电网输出端1和负载端2之间，也就是说，连接于局部电网与主电网接口处，与负载并联。该系统包括双向导通逆变器101、交流采样模块102、直流采样模块103、并联的电池模块104和电容C、驱动模块105和控制器106。

其中，双向导通逆变器101的正向端分别与负载端2和电网输出端1相连。具体地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，双向导通逆变器101为三相四桥臂逆变器，包括4个桥臂a、b、c、n，每相桥臂包括两个串联的开关管（T1/T2、T3/T4、T5/T6、T7/T8），两个串联开关管的连接点作为各桥臂的输出端。前三个桥臂a、b、c连接在电网和负载的A、B、C三相之间，中性桥臂n连接在电网和负载的中性线N之间。三相四桥臂逆变器101还包括与前三桥臂a、b、c相连的三个滤波电感La、Lb、Lc，与中线桥臂n相连的滤波电感Ln。三个滤波电感La、Lb、Lc分别连接于前三桥臂a、b、c输出端与电网（或负载）三相之间。4个桥臂a、b、c、n上下端点分别连接在一起作为直流母线，上端为正极，下端为负极。开关管（T1至T8）可以为IGBT（Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或IPM（Intelligent Power Module，智能功率模块）类电力电子器件，还包括与之反向并联的二极管。

交流采样模块102分别与电网输出端1和负载端2相连，用于采样电网输出端1和负载端2的电压/电流，以及采样电网输出端1和负载端2的频率相位。其中，交流采样模块102可以包括电压互感器、电流霍尔、电压过零检测电路。

直流采样模块103与双向导通逆变器101的反向端相连，用于采样双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流。其中，直流采样模块103可以包括电压互感器、电流变换器。

电池模块104和电容C并联连接，并与双向导通逆变器101的反向端相连；驱动模块105与双向导通逆变器101相连，用于驱动双向导通逆变器101的开关管（T1/T2、T3/T4、T5/T6、T7/T8）工作。

控制器106分别与交流采样模块102、直流采样模块103和驱动模块105相连，用于根据交流采样模块102和直流采样模块103采样的电网输出端1、负载端2的电压/电流以及双向导通逆变器101反向端的直流输入电压/电流获得电网所处的状态，并生成控制信号，其中，在电网处于第一状态下通过驱动模块105控制双向导通逆变器101反向导通，以使电池模块104从电网吸收有功功率并进行储存，以及在电网处于第二状态下通过驱动模块105控制双向导通逆变器正向导通，以使电池模块104进行有功补偿和电容C进行无功补偿，其中，电网在第一状态时的负载小于电网在第二状态时的负载。也就是说，在电网处于第一状态例如夜间或用电低谷期时，由于负载使得需要补偿的功率变小，该系统可以控制电池模块104从电网吸收有功功率并储存，并在电网处于第二状态例如用电高峰期时，该系统再控制将电池模块104中储存的能量释放回电网补偿有功功率缺额，起到类似储能电站的作用，同时电容C进行无功补偿、谐波补偿。

其中，控制器106为三相四桥臂逆变器控制器，可以采用能够对电压电流信息进行高速实时处理的处理器，例如DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）等。

在本发明的一个实施例中，并联的电池模块104和电容C还用于维持双向导通逆变器101的反向端的电压稳定，并且电池模块还包括电池控制器（图中未示出），用于监控电池模块104的电量、电压和电流。

进一步地，如图1所示，上述电网补偿系统还包括监控模块107。其中，监控模块107分别与控制器106、交流采样模块102和直流采样模块103相连，用于实时获取电网各相电压/电流、有功/无功功率、谐波含量、告警故障信息等，并且各个模块之间通讯采用CAN、RS485或TCP\IP协议，以实现准确快速的信息交互。

在本发明的一个实施例中，当局部电网中出现各相分别吸收或释放有功功率且功率严重不平衡时，采用传统的直流侧电容结构时，由于其直流侧没有储存有功能量的元器件，无法很好地对与有功相关的电压不平衡、谐波进行补偿。而在时变abc坐标系中，所有变量的稳定状态为正弦量，无法建立控制环的小信号模型，且补偿的动态过程与稳态过程均不清晰，若采用不基于小信号模型的滞环控制，则容易发生相补偿的冲突。此外，根据现有成熟理论可知，对于三相四桥臂拓扑结构，只要四桥臂控制恰当，就可以通过三相独立调节达到解耦控制的效果。前三相桥臂用于提供无功有功补偿电流、中线桥臂用于提供零序补偿电流。根据对称分量法，任意一组不对称的三相系统电量（例如电压、电流或电抗），都可以将其分解为正序、负序、零序三组对称分量。而补偿的目的是使局部电网与主电网之间的输入输出电流为三相对称的正序有功分量，不包含零序和负序分量，中线电流基本为零，同时保证局部电网三相电压平衡。

因此，本发明实施例通过控制电网补偿系统产生补偿电流，补偿电流与负载电流中需要补偿的无功、中线、谐波电流相抵消，同时提供有功电流补偿三相有功缺额，实现对电网的全面补偿。

具体地，如图3所示，监控模块107根据获取的电网各相电压/电流、有功/无功功率等信息，进行综合计算处理以获取需有功/无功补偿的目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj并传递到控制器106，还实时获取双向导通逆变器101的实际输出电流Ia、Ib、Ic并传递到控制器106。

控制器106还用于对所述目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述实际输出电流Ia、Ib、Ic分别进行对称分量法处理以获得目标电流正序（Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj）、目标电流负序（Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qobj）和目标电流零序（Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj）三组分量以及实际输出电流正序（Ia_P、Ib_P、Ic_P）、实际输出电流负序（Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q）和实际输出电流零序（Ia_0、Ib_0、Ic_0）三组分量。

并且，控制器106还用于对所述电网进行锁相获取电压相位信号sinwt、coswt，并在正序同步旋转坐标系对所述目标电流正序和所述实际输出电流正序进行Park坐标转换，将正序基波交流分量变为第一直流分量（Id_Pobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P），以及在负序同步旋转坐标系对所述目标电流负序和所述实际输出电流负序进行所述Park坐标转换，将负序基波交流分量变为第二直流分量（Id_Qobj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q）。

然后，控制器106还用于将第一直流分量（Id_Pobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P）中的（Id_Pobj、Iq_Pobj）和（Id_P、Iq_P）对应的分量分别进行差分并分别通过比例积分PI调节以获得第一电压分量Vd_P’、Vq_P’。同理，控制器106将第二直流分量（Id_Qobj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q）中的（Id_Qobj、Iq_Qobj）和（Id_Q、Iq_Q）对应的分量分别进行差分并分别通过比例积分PI调节以获得第二电压分量Vd_Q’、Vq_Q’。

通过对直流量的PI调节即可以实现对电流正负序分量的快速无静差跟踪控制。

根据现有成熟理论可知，因同步旋转坐标变换而引入的d、q轴之间的耦合项，会使系统d轴的电流变化通过耦合项ωLid而引起q轴电流的变化，q轴的电流变化通过耦合项ωLiq而引起d轴电流的变化，耦合作用强弱与电感大小、输出电流大小和频率成正比。

为了消除耦合项对输出电流的影响，需要加入电网反馈交叉解耦。因此，控制器106还用于对所述第一电压分量Vd_P’、Vq_P’和所述第二电压分量Vd_Q’、Vq_Q’分别进行电感电流解耦以获得第三电压分量Vd_P、Vq_P和第四电压分量Vd_Q、Vq_Q。也就是说，通过电感电流解耦处理得到：Vd_P=Vd_P＇-ωLIq_P，Vq_P=Vq_P＇+ωLId_P，Vd_Q=Vd_Q＇-ωLIq_Q，Vq_Q=Vq_Q＇+ωLId_Q。

控制器106将完全解耦的第三电压分量Vd_P、Vq_P和第四电压分量Vd_Q、Vq_Q分别进行dq/abc坐标转换以获得三相正序电压Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相负序电压Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q。控制器106并对三相正序电压Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相负序电压Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q每相求和以获得三相调制波Uaexe、Ubexe、Ucexe。

此外，控制器106还用于对目标电流零序（Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj）和实际输出电流零序（Ia_0、Ib_0、Ic_0）分别求和以获得中线目标电流Inobj和中线实际输出电流In，并对其进行延时以获得相位差为90°的分量，再通过Clack变换以获得第三直流分量In_Pobj、In_P。控制器再对第三直流分量In_Pobj、In_P进行差分并通过比例积分PI调节以获得中线调制波Unexe。也就是说，中线桥臂提供补偿电流零序分量，即中线电流目标Inobj=Ia_0obj+Ib_0obj+Ic_0obj。零序分量为三个方向相同的向量，零序分量和为一正弦变化的量，为实现对零序分量的无静差跟踪，一般采用单相逆变器中常用的虚拟正交变换的方法构建一个与其相位差为90°的分量，再通过αβ/dq（Clack）变换将其转换为直流量并进行PI调节，进而获得中线调制波Unexe。

最后，控制器106还用于对三相调制波Uaexe、Ubexe、Ucexe和中线调制波Unexe分别与三角波进行比较以获得用来控制双向导通逆变器101正向或反向导通的控制信号。具体地说，Uaexe、Ubexe、Ucexe、Unexe分别与三角波进行比较得到四路控制脉冲，由于同一桥臂上下开关管互补导通，需要对前述四个控制脉冲取反而获得八路控制脉冲，八路控制脉冲通过驱动模块105分别驱动开关管T1至T8工作。

其中，需要说明的是，abc/dq（Park）坐标变换是指三相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换，αβ/dq（Clack）坐标变换是指两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换。

根据本发明实施例的电网补偿系统，不仅能够进行精确、快速、全范围的无功补偿、谐波补偿，还可针对局部电网各单相的实际电压、功率情况进行有功功率补偿，能够适应并改善各种复杂恶劣电网环境。同时，还可作为小型储能电站应用，起到优化电网电源结构，改善电网运行条件，提高系统运行的经济性。

图4为本发明实施例的第二方面提出的电网补偿系统的控制方法流程图。其中，电网补偿系统包括双向导通逆变器、控制器、监控模块、电池模块和电容。该控制方法包括以下步骤：

S101，根据采样电网的输出端、负载端的电压/电流以及双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流获得电网所处的状态，并生成控制信号。

S102，当电网处于第一状态时，通过控制双向导通逆变器反向导通，以使电池模块从电网吸收有功功率并进行储存。

S103，当电网处于第二状态时，通过控制双向导通逆变器正向导通，以使电池模块进行有功补偿和电容进行无功补偿，其中，电网在第一状态时的负载小于电网在第二状态时的负载。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，上述控制方法包括：

监控模块根据获取的电网各相电压/电流、有功/无功功率等信息，进行综合计算处理以获取需有功/无功补偿的目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj并传递到控制器，还实时获取双向导通逆变器的实际输出电流Ia、Ib、Ic并传递到控制器。控制器对所述目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述实际输出电流Ia、Ib、Ic分别进行对称分量法处理以获得目标电流正序（Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj）、目标电流负序（Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qobj）和目标电流零序（Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj）三组分量以及实际输出电流正序（Ia_P、Ib_P、Ic_P）、实际输出电流负序（Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q）和实际输出电流零序（Ia_0、Ib_0、Ic_0）三组分量。并且，控制器还对所述电网进行锁相获取电压相位信号sinwt、coswt，并在正序同步旋转坐标系对所述目标电流正序和所述实际输出电流正序进行Park坐标转换，将正序基波交流分量变为第一直流分量（Id_Pobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P），以及在负序同步旋转坐标系对所述目标电流负序和所述实际输出电流负序进行所述Park坐标转换，将负序基波交流分量变为第二直流分量（Id_Qobj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q）。

然后，控制器106将第一直流分量（Id_Pobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P）中的（Id_Pobj、Iq_Pobj）和（Id_P、Iq_P）对应的分量分别进行差分并分别通过比例积分PI调节以获得第一电压分量Vd_P’、Vq_P’。同理，控制器106将第二直流分量（Id_Qobj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q）中的（Id_Qobj、Iq_Qobj）和（Id_Q、Iq_Q）对应的分量分别进行差分并分别通过比例积分PI调节以获得第二电压分量Vd_Q’、Vq_Q’。

通过对直流量的PI调节即可以实现对电流正负序分量的快速无静差跟踪控制。

根据现有成熟理论可知，因同步旋转坐标变换而引入的d、q轴之间的耦合项，会使系统d轴的电流变化通过耦合项ωLid而引起q轴电流的变化，q轴的电流变化通过耦合项ωLiq而引起d轴电流的变化，耦合作用强弱与电感大小、输出电流大小和频率成正比。

为了消除耦合项对输出电流的影响，需要加入电网反馈交叉解耦。因此，控制器106还对所述第一电压分量Vd_P’、Vq_P’和所述第二电压分量Vd_Q’、Vq_Q’分别进行电感电流解耦以获得第三电压分量Vd_P、Vq_P和第四电压分量Vd_Q、Vq_Q。也就是说，通过电感电流解耦处理得到：Vd_P=Vd_P＇-ωLIq_P，Vq_P=Vq_P＇+ωLId_P，Vd_Q=Vd_Q＇-ωLIq_Q，Vq_Q=Vq_Q＇+ωLId_Q。

控制器将完全解耦的第三电压分量Vd_P、Vq_P和第四电压分量Vd_Q、Vq_Q分别进行dq/abc坐标转换以获得三相正序电压Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相负序电压Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q，并对三相正序电压Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相负序电压Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q每相求和以获得三相调制波Uaexe、Ubexe、Ucexe。

此外，控制器对目标电流零序（Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj）和实际输出电流零序（Ia_0、Ib_0、Ic_0）分别求和以获得中线目标电流Inobj和中线实际输出电流In，并对其进行延时以获得相位差为90°的分量，再通过Clack变换以获得第三直流分量In_Pobj、In_P。然后控制器再对第三直流分量In_Pobj、In_P进行差分并通过比例积分PI调节以获得中线调制波Unexe。也就是说，中线桥臂提供补偿电流零序分量，即中线电流目标Inobj=Ia_0obj+Ib_0obj+Ic_0obj。零序分量为三个方向相同的向量，零序分量和为一正弦变化的量，为实现对零序分量的无静差跟踪，一般采用单相逆变器中常用的虚拟正交变换的方法构建一个与其相位差为90°的分量，再通过αβ/dq（Clack）变换将其转换为直流量并进行PI调节，进而获得中线调制波Unexe。

最后，控制器对三相调制波Uaexe、Ubexe、Ucexe和中线调制波Unexe分别与三角波进行比较以获得用来控制双向导通逆变器正向或反向导通的控制信号。具体地说，Uaexe、Ubexe、Ucexe、Unexe分别与三角波进行比较得到四路控制脉冲，由于同一桥臂上下开关管互补导通，需要对前述四个控制脉冲取反而获得八路控制脉冲，八路控制脉冲通过驱动模块分别驱动开关管T1至T8工作。

根据本发明实施例的电网补偿系统的控制方法，不仅能够进行精确、快速、全范围的无功补偿、谐波补偿，还可针对局部电网各单相的实际电压、功率情况进行有功功率补偿，达到全面补偿的目的。此外，该方法控制更为准确、精细。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (21)

1.一种电网补偿系统，其特征在于，连接在电网输出端和负载端之间，包括：

双向导通逆变器，所述双向导通逆变器的正向端分别与所述负载端和所述电网输出端相连；

交流采样模块，所述交流采样模块分别与所述电网输出端和所述负载端相连，用于采样所述电网输出端和所述负载端的电压/电流；

直流采样模块，所述直流采样模块与所述双向导通逆变器的反向端相连，用于采样所述双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流；

并联的电池模块和电容，所述并联的电池模块和电容与所述双向导通逆变器的反向端相连；

驱动模块，所述驱动模块与所述双向导通逆变器相连；

控制器，所述控制器分别与所述交流采样模块、所述直流采样模块和所述驱动模块相连，用于根据所述交流采样模块和所述直流采样模块采样的所述电网输出端、所述负载端的电压/电流以及所述双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流获得所述电网所处的状态，并生成控制信号，其中，在所述电网处于第一状态下通过所述驱动模块控制所述双向导通逆变器反向导通，以使所述电池模块从所述电网吸收有功功率并进行储存，以及在所述电网处于第二状态下通过所述驱动模块控制所述双向导通逆变器正向导通，以使所述电池模块进行有功补偿和所述电容进行无功补偿，其中，所述电网在所述第一状态时的负载小于所述电网在所述第二状态时的负载。

2.如权利要求1所述的电网补偿系统，其特征在于，所述并联的电池模块和电容还用于维持所述双向导通逆变器的反向端的电压稳定。

3.如权利要求2所述的电网补偿系统，其特征在于，所述电池模块还包括：

电池控制器，用于监控所述电池模块的电量、电压和电流。

4.如权利要求1所述的电网补偿系统，其特征在于，还包括：

监控模块，所述监控模块分别与所述控制器、所述交流采样模块和所述直流采样模块相连，用于实时获取所述电网各相电压/电流和有功/无功功率以及所述双向导通逆变器的实际输出电流Ia、Ib、Ic，并进行处理以获取各相需补偿的目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj。

5.如权利要求4所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述实际输出电流Ia、Ib、Ic分别进行对称分量法处理以获得目标电流正序（Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj）、目标电流负序（Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qobj）和目标电流零序（Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj）以及实际输出电流正序（Ia_P、Ib_P、Ic_P）、实际输出电流负序（Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q）和实际输出电流零序（Ia_0、Ib_0、Ic_0）。

6.如权利要求5所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述电网进行锁相获取电压相位信号，并在正序同步旋转坐标系对所述目标电流正序和所述实际输出电流正序进行Park坐标转换以获得第一直流分量（Id_Pobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P），以及在负序同步旋转坐标系对所述目标电流负序和所述实际输出电流负序进行所述Park坐标转换以获得第二直流分量（Id_Qobj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q）。

7.如权利要求6所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于将所述第一直流分量和所述第二直流分量中对应的分量进行差分并分别通过比例积分PI调节以获得第一电压分量Vd_P’、Vq_P’和第二电压分量Vd_Q’、Vq_Q’。

8.如权利要求7所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述第一电压分量和所述第二电压分量分别进行电感电流解耦以获得第三电压分量Vd_P、Vq_P和第四电压分量Vd_Q、Vq_Q。

9.如权利要求8所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述第三电压分量和所述第四电压分量分别进行dq/abc坐标转换以获得三相正序电压和三相负序电压，所述控制器并对所述三相正序电压和三相负序电压每相求和以获得三相调制波Uaexe、Ubexe、Ucexe。

10.如权利要求5所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述目标电流零序和所述实际输出电流零序分别求和以获得中线目标电流Inobj和中线实际输出电流In，并对其进行延时以获得相位差为90°的分量，再通过Clack变换以获得第三直流分量In_Pobj、In_P。

11.如权利要求10所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述第三直流分量进行差分并通过比例积分PI调节以获得中线调制波Unexe。

12.如权利要求9或11所述的电网补偿系统，其特征在于，所述控制器还用于对所述三相调制波和所述中线调制波分别与三角波进行比较以获得用来控制所述双向导通逆变器正向或反向导通的控制信号。

13.一种电网补偿系统的控制方法，其特征在于，所述电网补偿系统包括双向导通逆变器、控制器、监控模块、电池模块和电容，所述方法包括以下步骤：

根据采样电网的输出端、负载端的电压/电流以及所述双向导通逆变器反向端的直流输入电压/电流获得所述电网所处的状态，并生成控制信号；

当所述电网处于第一状态时，通过控制所述双向导通逆变器反向导通，以使所述电池模块从所述电网吸收有功功率并进行储存；

当所述电网处于第二状态时，通过控制所述双向导通逆变器正向导通，以使所述电池模块进行有功补偿和所述电容进行无功补偿，其中，所述电网在所述第一状态时的负载小于所述电网在所述第二状态时的负载。

14.如权利要求13所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，在所述电池模块进行有功补偿和所述电容进行无功补偿之前，还包括：

所述监控模块实时获取所述电网各相电压/电流和有功/无功功率以及所述双向导通逆变器的实际输出电流Ia、Ib、Ic，并进行处理以获取各相需补偿的目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj；

所述监控模块将所述实际输出电流和所述目标电流传递到所述控制器。

15.如权利要求14所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器对所述目标电流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述实际输出电流Ia、Ib、Ic分别进行对称分量法处理以获得目标电流正序（Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj）、目标电流负序（Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qobj）和目标电流零序（Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj）以及实际输出电流正序（Ia_P、Ib_P、Ic_P）、实际输出电流负序（Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q）和实际输出电流零序（Ia_0、Ib_0、Ic_0）。

16.如权利要求15所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器对所述电网进行锁相获取电压相位信号，并在正序同步旋转坐标系对所述目标电流正序和所述实际输出电流正序进行Park坐标转换以获得第一直流分量（Id_Pobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P），以及在负序同步旋转坐标系对所述目标电流负序和所述实际输出电流负序进行所述Park坐标转换以获得第二直流分量（Id_Qobj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q）。

17.如权利要求16所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器将所述第一直流分量和所述第二直流分量中对应的分量进行差分并分别通过比例积分PI调节以获得第一电压分量Vd_P’、Vq_P’和第二电压分量Vd_Q’、Vq_Q’；

所述控制器对所述第一电压分量和所述第二电压分量分别进行电感电流解耦以获得第三电压分量Vd_P、Vq_P和第四电压分量Vd_Q、Vq_Q。

18.如权利要求17所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器对所述第三电压分量和所述第四电压分量分别进行dq/abc坐标转换以获得三相正序电压和三相负序电压；

所述控制器并对所述三相正序电压和三相负序电压每相求和以获得三相调制波Uaexe、Ubexe、Ucexe。

19.如权利要求15所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器对所述目标电流零序和所述实际输出电流零序分别求和以获得中线目标电流Inobj和中线实际输出电流In；

对所述中线目标电流Inobj和中线实际输出电流In进行延时以获得相位差为90°的分量，并通过Clack变换以获得第三直流分量In_Pobj、In_P。

20.如权利要求19所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器对所述第三直流分量进行差分并通过比例积分PI调节以获得中线调制波Unexe。

21.如权利要求18或20所述的电网补偿系统的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器对所述三相调制波和所述中线调制波分别与三角波进行比较以获得用来控制所述双向导通逆变器正向或反向导通的控制信号。

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