CN104218592A - 一种svg功率单元直流电容电压控制方法 - Google Patents

一种svg功率单元直流电容电压控制方法 Download PDF

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朱阳
黄刚
李桂杰
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Abstract

本发明涉及一种链式SVG功率单元直流电容电压控制方法，包括以下步骤：1）采用三相换流链，每一相换流链包括若干串联链节功率单元；2）在上层控制中计算无功补偿电流；3）计算用于系统中总的有功和无功控制的调节电压矢量；4）在下层控制中计算各链节功率单元调节控制输出电压瞬时值；5）计算平衡控制输出电压微调量；6）叠加调节控制输出电压瞬时值和平衡控制输出电压微调量得到实际控制输出量。本发明的有益效果为：采用分层控制的方法，下层控制中同一相各链节功率单元平衡控制输出电压的微调量的代数和接近于零，不会影响到上层控制；与上层控制解耦，控制特性好，参数设计简单；直流电容电压一致性好，输出波形质量高。

Description

一种SVG功率单元直流电容电压控制方法
技术领域
本发明涉及无功补偿领域，尤其涉及一种SVG功率单元直流电容电压控制方法。
背景技术
链式结构SVG装置是基于H桥大功率逆变器串联的动态无功补偿装置，它的每一相都是由结构相同的H桥功率单元串联而成，三相链接采用星形连接，再经连接电抗器与电网相连。其具有如下优点：所需功率器件数量少，无须额外的钳位二极管或平衡电容；容易实现模块化，易于扩展，适用不同的电压等级。链式SVG可对中高压配电网中的非线性负载进行动态无功补偿和谐波治理，改善配电网电能质量。
在链式SVG中，功率单元直流电容彼此独立，而每个链节的并联损耗、开关损耗、调制比和脉冲延时等又存在差异，导致各个功率单元存在直流电容电压不平衡的问题。直流电容电压不平衡会带来许多不利的影响，电容电压的不平衡会使SVG输出电压的谐波畸变率增大，当其不平衡度较大时，某些链节的电容电压会偏高，影响到装置的安全运行，严重时会导致系统崩溃。
目前直流电容电压平衡控制多是通过外部的平衡控制电路来实现，通过外部平衡控制电路的方法可以简化控制程序的算法，但均需要额外的硬件电路和控制系统，增加了系统的成本和复杂性，降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种SVG功率单元直流电容电压控制方法，采用分层控制的自身平衡控制算法实现功率单元直流电容电压平衡控制，确保装置的安全运行，并且成本低，系统可靠性高，以解决现有技术多采用集中控制，而导致的控制目标量之间容易发生干扰、直流电容电压一致性差、输出波形质量低等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种链式SVG功率单元直流电容电压控制方法，其特殊之处在于：
1）采用三相换流链，三相换流链经电抗器与电网相连，每一相换流链由若干个链节功率单元串联而成，所述链节功率单元为单个H桥功率单元，H桥功率单元并联有直流电容支路；
2）经上层控制的主控制单元检测获得相应相的电网电压信号和电流信号，依据P-Q瞬时功率理论计算出瞬时补偿电流值；
3）上层控制的主控制单元通过电流调节算法将瞬时补偿电流转化为需要调节的各相换流链的电压，再与对应相的电网电压信号相加，得到用于系统中总的有功和无功控制的调节电压矢量；
4）依据上层控制的调节电压矢量计算下层控制的各链节功率单元的调节控制输出电压瞬时值；
5）以下层控制的链式SVG各链节功率单元电压的平均值作参考值，以链式SVG各链节功率单元的实际电压作为反馈值，计算用于调控各链节功率单元吸收有功的平衡控制输出电压微调量；
6）通过下层控制将链式SVG各链节功率单元的调节控制输出电压瞬时值叠加平衡控制输出电压微调量得到对应的链式SVG链节功率单元的实际控制输出量。
所述平衡控制输出电压微调量累积的结果是与SVG输出电流方向平行的矢量，即一个纯有功电压矢量，当链节功率单元的电压偏低时叠加一个与电流方向相同的矢量，当链节功率单元电压偏高时叠加一个与电流方向相反的矢量。
步骤5进一步包括：
1）检测链式SVG每相各链节功率单元的电容直流电压，计算每相直流电压的平均值与相应相各链节的电容直流电压的差值；
2）通过PI调节对差值进行调节；
3）调节结果与电容直流电压平均值相关的系数K相乘后，再除以SVG的输出电流，得到输出电压的微调量，K的取值为0.01。
所述链节功率单元为一个单相全桥逆变电路，包括左右两个桥臂和与之并联的一个直流电容支路，每个桥臂由两个功率器件串联组成，每个桥臂的串联功率器件的结点做为外电路的连接点。
本发明的有益效果为：采用分层控制的方法，上层控制采用主控制单元由瞬时电流跟踪以实现系统中总的有功和无功控制，下层通过调节各链节功率单元叠加电压矢量来实现链节间有功的合理分配，保证直流电容电压平衡，各链节功率单元平衡控制输出电压的微调量的代数和接近于零，因此可有效保证下层平衡控制仅是对链节功率单元间有功进行合理分配，不会影响到上层控制，解决了集中控制的控制目标量之间易出现干扰的问题；与上层控制解耦，控制特性好，参数设计简单；只改变链节单元的有功而不影响其无功，直流电容电压一致性好，输出波形质量高。
附图说明
图1是本发明实施例所述链式结构SVG主电路拓扑结构图；
图2是本发明实施例所述链式结构SVG的基于分层控制的电容电压平衡控制算法总图；
图3是本发明实施例所述链节内平衡控制算法框图。
具体实施方式
本发明的基本思想是采用分层控制的方法，上层控制依据P-Q瞬时功率理论计算出瞬时补偿电流以实现系统中总的有功和无功控制，下层通过调节各链节功率单元叠加电压矢量来实现链节功率单元间有功的合理分配，保证直流电容电压平衡。
直流电容电压平衡控制的本质是实现链节间的有功的合理分配，必须遵循二个原则：1）直流电容电压平衡控制自身是稳定的；2）直流电容电压平衡控制不影响上层控制。
下面结合附图对本发明做详细说明：
如图1-图3所示，本发明实施例所述链式SVG功率单元直流电容电压控制方法如下：
1）本发明实施例所述的链式结构SVG每一相是由N个链节功率单元串联而成换流链，三相换流链连接采用星形连接，再经电抗器la、lb、lc与电网A、B、C相连。
每个链节功率单元是结构相同的H桥功率单元，它是一个单相全桥逆变电路，包括左右两个桥臂和与之并联的一个直流电容支路，每个桥臂由两个功率器件串联组成，每个桥臂的串联功率器件的结点做为外电路的连接点。H桥功率单元可以通过接收调节电压矢量转化为两路控制系统的信号，每路控制信号转化为两个互斥电平信号，来控制同一桥臂的功率器件的通断，同一时刻每一桥臂只有一个功率器件导通；功率单元可以输出直流电容电压信号。
2）经上层控制的主控制单元检测获得电网电压信号Usa、Usb、Usc和电流信号isa、isb、isc，依据P-Q瞬时功率理论计算出将要补偿的电流Ia、Ib、Ic；
3）通过电流调节器将要补偿的电流Ia、Ib、Ic转化为需要调节的各相换流链的电压，再加上电网电压信号Usa、Usb、Usc，得到用于系统中总的有功和无功控制的调节电压矢量Ura、Urb、Urc；
4）依据上层控制的调节电压矢量计算下层控制的各链节功率单元的调节控制输出电压瞬时值；
5）计算用于调控每相各链节功率单元吸收的有功的下层控制的平衡控制输出电压微调量：以C相换流链为例，检测换流链各链节功率单元的电容直流电压（Vdcc1…VdccN，计算电压总和的平均值与本链节（设为i节）的电容直流电压Vci做差，通过PI调节器调节，调节值与直流侧电压平均值相关的系数K相乘后，K的取值为0.01，再除以SVG的输出电流，所得的结果为平衡控制输出电压微调量△Vi。
6）由SVG各链节功率单元计算的平衡控制输出电压微调量△Vi与调节控制输出电压瞬时值叠加，得到对应每个SVG链节功率单元的实际控制输出电压Ura1…Uran、Urb1…Urbn、Urc1…Urcn。
由于步骤5）中同一时刻各链节功率单元计算时使用相同的电容电压的平均值和SVG的输出电流，同时链节功率单元的系数K及PI调节系数都相等，会使各链节功率单元的平衡控制输出电压微调量的代数和接近于零，因此可有效保证下层平衡控制仅是对链节间有功进行合理分配，不会影响到上层控制。
本发明为了只调控各链节单元吸收的有功而不改变其无功，采用叠加有功电压矢量的直流电容电压平衡控制策略，以各链节电压的平均值作参考值，以链节的实际电压作为反馈值，经过PI控制器后，与直流侧电压相关系数K相乘后，再除以SVG的实际电流，所得的结果为平衡控制输出电压微调量，加上上层控制对各链节功率单元的调节控制输出电压瞬时值为实际控制输出量。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种链式SVG功率单元直流电容电压控制方法，其特征在于：
1）采用三相换流链，三相换流链经电抗器与电网相连，每一相换流链由若干个链节功率单元串联而成，所述链节功率单元为单个H桥功率单元，H桥功率单元并联有直流电容支路；
2）经上层控制的主控制单元检测获得相应相的电网电压信号和电流信号，依据P-Q瞬时功率理论计算出瞬时补偿电流值；
3）上层控制的主控制单元通过电流调节算法将瞬时补偿电流转化为需要调节的各相换流链的电压，再与对应相的电网电压信号相加，得到用于系统中总的有功和无功控制的调节电压矢量；
4）依据上层控制的调节电压矢量计算下层控制的各链节功率单元的调节控制输出电压瞬时值；
5）以下层控制的链式SVG各链节功率单元电压的平均值作参考值，以链式SVG各链节功率单元的实际电压作为反馈值，计算用于调控各链节功率单元吸收有功的平衡控制输出电压微调量；
6）通过下层控制将链式SVG各链节功率单元的调节控制输出电压瞬时值叠加平衡控制输出电压微调量得到对应的链式SVG链节功率单元的实际控制输出量。
2.根据权利要求1所述的链式SVG功率单元直流电容电压控制方法，其特征在于：所述平衡控制输出电压微调量累积的结果是与SVG输出电流方向平行的矢量，即一个纯有功电压矢量，当链节功率单元的电压偏低时叠加一个与电流方向相同的矢量，当链节功率单元电压偏高时叠加一个与电流方向相反的矢量。
3.根据权利要求1所述的链式SVG功率单元直流电容电压控制方法，其特征在于:步骤5进一步包括：
1）检测链式SVG每相各链节功率单元的电容直流电压，计算每相直流电压的平均值与相应相各链节的电容直流电压的差值；
2）通过PI调节对差值进行调节；
3）调节结果与电容直流电压平均值相关的系数K相乘后，再除以SVG的输出电流，得到输出电压的微调量，K的取值为0.01。
4.根据权利要求1所述的链式SVG功率单元直流电容电压控制方法，其特征在于：所述链节功率单元为一个单相全桥逆变电路，包括左右两个桥臂和与之并联的一个直流电容支路，每个桥臂由两个功率器件串联组成，每个桥臂的串联功率器件的结点做为外电路的连接点。
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