CN105811440B - 一种配电网多功能电力元件及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种配电网多功能电力元件及其控制方法：采用三相桥式变流器作为主电路，通过控制电路实现不同的功能。首先对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的正负序分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，实现配电网的不平衡治理和单位功率因数运行。当低压侧中存在谐波时，通过测量电网的谐波并获得电流指令，使谐波得到完全补偿，消除中压侧的谐波；当电网中含有分布式电源时，接入变流器的直流侧，实现分布式电源的并网。

Description

一种配电网多功能电力元件及其控制方法
【技术领域】
本发明涉及一种配电网多功能电力元件及其控制方法。
【背景技术】
配电网是直接和用户联系的环节，随着我国智能电网的建设，配电网的电能质量得到越来越多的关注，同时新能源的高效率利用也是智能配电网建设的重要组成部分。
近年来，随着电弧炉、轧钢机、电动机车等在电力系统中的大量应用，电网的不平衡问题日益严重，电网不对称时会对电力设备的运行产生严重威胁，比如发电机、变压器等会产生机械振动。
电力系统中的元件主要是感性的，在运行中需要消耗无功功率，当无功功率远距离传输时会产生较大的损耗，为了避免这种情况，合理的方法是在需要消耗无功功率的地方就地发无功功率。
电力电子设备的大量应用给电网注入了大量谐波，谐波会使电能的生产、传输和利用效率下降，加速设备绝缘老化，缩短使用寿命，甚至引发故障或者设备损坏。谐波也会使继电保护误动作、电能计量出现偏差等问题，因此有必要对其进行抑制。
新能源发电系统并网方式主要有集中式和分布式两种，分布式接入方式因运行灵活、可有效提高新能源的利用率，将在配电网中得到广泛应用。
综上分析，在配电网中研究具有不平衡治理、无功补偿、谐波治理、分布式电源接入等多种功能的配电网电力元件具有重要意义。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种配电网多功能电力元件及其控制方法，用于配电网的不平衡治理、无功补偿、谐波治理和分布式电源接入。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种配电网多功能电力元件，采用三相桥式变流器作为主电路，通过控制电路实现不平衡治理、无功补偿、谐波治理、分布式电源接入功能；所述控制电路包括直流母线电压外环以及正负序dq轴电流环。
进一步的，三相桥式变流器由6个IGBT和6个二极管构成。
进一步的，控制电路对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的dq轴分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，此时电网电流三相对称且功率因数为1。
进一步的，当配电网存在谐波时，控制电路通过测量电网的谐波电流并通过派克变换得到dq轴分量，将dq轴谐波分量作为电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除配电网中的谐波。进一步的，当电网中含有分布式电源时，将分布式电源接入变流器的直流侧，实现分布式电源的并网。
一种配电网多功能电力元件的控制方法，包括：
首先控制电路对电网电压和电流进行正负序分离，然后进行派克变换，求得正负序电压和电流的dq轴分量，分别为：将作为负序电流环的参考值，然后通过式(1)求得正序电流环的参考值。
其中p0为有功功率的平均值，q0为无功功率的平均值。此时变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，电网电流三相对称且功率因数为1。
进一步的，当负荷电流中存在谐波时，对负荷电流中的谐波分量进行派克变换，得到谐波电流的dq轴分量并作为电流环的参考值，从而使变流器发出的谐波完全补偿负荷电流中的谐波，消除电网电流中谐波。
进一步的，当电网中含有分布式电源时，将分布式电源接入变流器的直流侧，实现分布式电源的并网。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用三相桥式变流器作为主电路，配电网，通过控制电路实现不同的功能。其控制电路主要由直流母线电压外环以及正负序dq轴电流内环构成。首先对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的dq轴分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而实现配电网的不平衡治理和单位功率因数运行。当低压侧中存在谐波时，通过测量电网的谐波并获得电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除中压侧的谐波；当电网中含有分布式电源时，接入变流器的直流侧，从而实现分布式电源的并网。
【附图说明】
图1为配电网多功能电力元件接入示意图；
图2为配电网多功能电力元件控制框图。
【具体实施方式】
下面结合附图对配电网多功能电力元件做进一步说明。
请参阅图1所示，本发明是一种配电网多功能电力元件，采用三相桥式变流器作为主电路，通过控制电路实现不同的功能。其控制电路主要由直流母线电压外环以及正负序dq轴电流环构成4个电流环。
本发明一种配电网多功能电力元件的控制方法：
首先对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的正负序分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而实现配电网的不平衡治理和单位功率因数运行。当低压侧中存在谐波时，通过测量电网的谐波并获得电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除中压侧的谐波；当电网中含有分布式电源时，接入变流器的直流侧，从而实现分布式电源的并网。
本发明一种配电网多功能电力元件的主电路见附图1中的虚线框。电容C并联于直流母线侧，6个IGBT和6个二极管构成三相桥式变流器，开关器件的编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6，通过滤波器实现并网，滤波器的等效阻抗为R和L。
本发明一种配电网多功能电力元件的控制电路如附图2所示。主要包括直流母线电压外环以及正负序电流dq轴分量组成的4个电流环。
本发明的控制过程为：
首先对电网电压和电流进行正负序分离，然后进行派克变换，求得正负序电压和电流的dq轴分量，分别为：将作为负序电流环的参考值，然后通过式(1)求得正序电流环的参考值。
其中，上标为P代表正序，上标为N代表负序；分别为正负序电压的d轴和q轴分量；分别为正负序电流的d轴和q轴分量；p0为有功功率的平均值，q0为无功功率的平均值。
此时表示a、b、c三相，表示电网电流，表示变流器的输出电流，表示负荷电流，因为变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，从而电网电流三相对称且单位功率因数为1。
本发明中负荷电流中存在谐波时，对负荷电流中的谐波分量进行派克变换，得到谐波电流的dq轴分量并作为电流环的参考值，从而使变流器发出的谐波完全补偿负荷电流中的谐波，消除电网电流中谐波。
本发明中当电网中含有分布式电源时，可将分布式电源接入变流器的直流侧(ab端口)，从而实现分布式电源的并网。

Claims (3)

1.一种配电网多功能电力元件的控制方法，其特征在于，所述配电网多功能电力元件，采用三相桥式变流器作为主电路，通过控制电路实现不平衡治理、无功补偿、谐波治理或分布式能源接入；所述控制电路包括直流母线电压外环以及正负序dq轴电流内环；
三相桥式变流器由6个IGBT和6个二极管构成；
控制电路对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的dq轴分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，此时从电网侧看到加装配电网多功能电力元件后的负荷电流三相对称且功率因数为1；
当配电网存在谐波时，控制电路通过测量电网的谐波电流并通过派克变换得到dq轴分量，将dq轴谐波分量作为电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除配电网中的谐波；
所述控制方法包括：
首先采集负荷侧的电压电流并进行正负序分量，然后进行派克变换，求得正、负序电压和电流的dq轴分量，分别为并将作为负序电流环的参考值，然后通过式(1)求得正序电流环的参考值；
其中p0为有功功率的平均值，q0为无功功率的平均值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对负荷电流中的谐波分量进行派克变换，得到谐波电流的dq轴分量并作为电流环的参考值，从而使变流器发出的谐波完全补偿负荷电流中的谐波，消除电网电流中谐波。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当电网中含有分布式电源时，将分布式电源接入变流器的直流侧，实现分布式电源的并网。
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