CN105896554B - 一种三相四线制svg装置输出限幅方法 - Google Patents

一种三相四线制svg装置输出限幅方法 Download PDF

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Abstract

一种三相四线制SVG装置输出限幅方法，所述方法通过对无功、负序、零序及各次谐波进行限幅，达到各补偿量容量分配的效果；同时在补偿量叠加后对三相四线指令进行有效值限幅，达到装置在容量限值范围内以给定的方式对电网进行无功、负序、零序及谐波补偿。本发明所提出的三相四线制SVG装置输出限幅方法有效地对各补偿量进行了容量限制，而且以单个采样周期数据实现了包含谐波在内三相四线的有效值限幅，可以实时地对补偿方案进行修改，且在任何时候装置均不会产生过流，保障了装置的安全稳定运行。

Description

一种三相四线制SVG装置输出限幅方法
技术领域
本发明涉及一种三相四线制SVG装置输出限幅方法，属电力电子装置控制技术领域。
背景技术
三相四线制SVG装置因其能实时无差地对无功、三相不平衡及谐波进行有效补偿在厂矿企业、配变出口等场合应用越来越广泛，对于线路和配变的节能降损以及提高三相供电电压质量起到了很好的作用。但由于功率开关器件及主回路器件的限制，补偿装置的容量有一定的限值。由于三相不平衡补偿量会造成补偿装置输出不平衡，有可能导致装置某一相或两相过负荷，因此有必要对三相四线输出指令进行综合限幅来使装置各相线及零线输出不超过限值。
一般的SVG装置限幅方法比较传统的而且也是最简单的方法即是得到三相指令后进行截断限幅。截断限幅虽然控制简单，处理器资源消耗少，但是过流截断引进了谐波指令，使装置输出了不需要的谐波电流，造成了谐波污染。
公开号CN104009486公开了一种三相三线制SVG的非对称补偿限流方法，该专利中所提到的限流方法克服了截断限流引入谐波的问题，但采用四分之一工频周期滑动窗的方法计算指令有效值具有一定的时滞，动态性能有待提升。
发明内容
本发明的目的是，为了解决传统的SVG装置限幅方法存在的问题，本发明提出一种三相四线制SVG装置输出限幅方法。
实现本发明的技术方案是，通过对无功、负序、零序及各次谐波进行限幅，达到各补偿量容量分配的效果，同时在补偿量叠加后对三相四线指令进行有效值限幅，达到装置在容量限值范围内以给定的方式对电网进行无功、负序、零序及谐波补偿。
本发明方法对无功、负序、零序及谐波进行限幅主要包括以下几个步骤：
(1)获取电网电压的同步信号ωt及各谐波次倍频信号nωt；
(2)获取三相负载电流ia ib ic，对负载电流以三相正序、负序、零序及各谐波次同步信号进行同步变换获取各补偿量同步分量id及同步正交分量iq；
(3)对各补偿量同步分量及同步正交分量进行低通滤波，获取其中的直流量和
(4)将上一步最终的同步直流量和同步正交直流量求均方根得到负载电流中各需要补偿量的幅值
(5)将各补偿量幅值与各补偿量设定有效值Iref的1.414倍进行比较，获得补偿系数ki(i代表各补偿量)，如幅值<设定有效值Iref*1.414，则ki＝1，如幅值>设定有效值Iref*1.414，则ki＝设定有效值Iref*1.414/幅值
(6)将各补偿量的同步直流量和同步正交直流量乘以ki得到限幅之后的同步直流量和同步正交直流量
本发明方法对三相四线电流进行限幅需要包括以下步骤：
(1)通过限幅之后的同步直流量和同步正交直流量求得无功、负序、零序及谐波相量；
(2)以无功、负序、零序相量和叠加的方式获的ABC三相及零线的基波相量，求三相四线基波幅值和有效值，并通过谐波相量和基波相量求得ABC三相及零线的有效值，注意零序、三次及三的倍数次谐波在零线中是相线中的三倍；
(3)以ABC三相及零线的有效值的最大值Imax与各相输出电流给定值Iref进行比较，如最大值Imax<给定值Iref，则L＝1，如最大值Imax>给定值Iref，则L＝给定值Iref/最大值Imax；然后三相及零线指令均乘以该系数L，进行同步逆变换(包括基波逆变换和各次谐波逆变换)叠加后得到各相及零线指令。
本发明的有益效果是，本发明所提出的三相四线制SVG装置输出限幅方法有效地对各补偿量进行了容量限制，而且以单个采样周期数据实现了包含谐波在内三相四线的有效值限幅，可以实时地对补偿方案进行修改，且在任何时候装置均不会产生过流，保障了装置的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明三相四线制SVG装置输出限幅方法框图；
图2为负序限幅方式示意图；
图3为三相锁相环结构；
图4为负序变换中与及的关系示意图；
图5为正负零序叠加造成三相不平衡示意图；
图6为A相无功、负序、零序相量叠加矢量图。
具体实施方式
本发明实施例从两个方面说明本发明具体如何实施，即，一是对无功、负序、零序、谐波进行限幅达到容量分配的效果，二是对叠加之后的各相进行限幅使装置输出限定在给定值之内，如图1所示。
1、对无功、负序、零序、谐波进行限幅
由于对无功、负序、零序及谐波进行限幅采用的方式基本一致，故以负序限幅进行说明，其余补偿量的限幅均可在此方法上稍作改动或简化进行实现，负序限幅方式如图2所示。
对负序限幅主要包括以下步骤：
(1)通过三相锁相环获取电网电压同步信号。
图3所示为三相锁相环结构，鉴相器获取电网电压信号与同步信号之间的相位差，将其作为压控震荡器的输入调整同步信号的频率与相位，使其保持与电网电压信号同步。
(2)将三相负载电流进行三相同步坐标变换得到d轴和q轴分量，负序DQ变换矩阵式(1)所示
(3)将d轴q轴分量id iq进行数字低通滤波得到其中的直流量和通过平方根运算得到负载电流中负序分量的幅值由dq变换的性质可知，d轴和q轴直流量分别代表了负载电流中与电网电压同步和正交的分量，因此d轴和q轴直流量数值包含了负载电流的幅值和相位信息。负序变换中与及的关系如图4所示，其中为负序电流相量，为A相负序电流相量，为电网A相电压相量，为以A相电压相量为基准的初相角。
(4)将负序电流幅值与给定值I2ref*1.414进行比较，如果则补偿系数如果则k＝1。将d轴和q轴直流量乘以k即可得到限幅后的d轴q轴分量
无功、零序及谐波等均可以按照上述方法进行容量限制，所不同的是，无功限幅中的DQ变换为正序变换，即变换矩阵的B相和C相进行调换，同时只需要对q轴进行滤波限幅操作即可，正序DQ变换矩阵如式(2)所示；
零序限幅中的DQ变换为零序变换，零序变换矩阵如式(3)所示(因为零序变换特殊性，零序变换可以通过三相负载电流相加再分别乘以sinwt和coswt，以便使运算得以简化)；
谐波限幅中的DQ变换为n次谐波变换，即变换矩阵中的wt±2π/3为n(wt±2π/3)；
至此，对无功、负序、零序及谐波的限幅已经实现。
2、对叠加之后的各相进行限幅
(1)由于负序及零序分量的特殊性，将其叠加至各相上时会造成三相不平衡，且有可能造成零线过载，如图5所示为正负零序叠加造成三相不平衡示意图。
同时，谐波的叠加也会增大ABC三相的有效值，各相总有效值＝基波有效值的平方及各次谐波有效值的平方之和的平方根。
获取各相指令的总有效值之后才能对各相进行有效值限幅，达到装置输出不过载的目标。
在对无功、负序、零序、谐波进行限幅的第(3)步已经提及了各序同步变换滤波之后得到的d轴q轴直流量已经包含了各序A相电流的幅值和相位信息，因此可以通过相量叠加获得A相基波指令电流相量如图6所示为A相无功、负序、零序相量叠加矢量图，其中下标1代表无功、2代表负序、0代表零序。BC两相可以通过A相各序相量的相位超前或滞后来获得，最终得到ABC三相电流的幅值和相位。
(2)通过上一步得到各相及零线的基波电流有效值(通过相量幅值获得)之后，还需要计算叠加谐波之后的各相及零线电流总有效值。总有效值等于基波及各次谐波有效值的平方之和开平方根。注意3及3的倍数次谐波在零线中是相线中的3倍。
(3)以ABC三相及零线的有效值的最大值Imax与各相输出电流给定值Iref进行比较，如最大值Ima<给定值Iref，则L＝1，如最大值Imax>给定值Iref，则L＝给定值Iref/最大值Imax；然后三相及零线基波各序限幅之后的相量及谐波相量均乘以该系数L；
(4)将上一步骤比例限幅之后的相量进行同步逆变换(包括基波各序分量逆变换和各次谐波逆变换，逆变换矩阵如式(5)-式(8)所示)叠加后得到各相及零线实时指令参与电流跟踪控制闭环。
正序逆变换矩阵：
负序逆变换矩阵：
零序逆变换矩阵：
n次谐波逆变换矩阵：
因为基波相量计算时已经考虑了无功、负序、零序在各相上的叠加，本步骤的计算也可以采用基波相量直接进行正序逆变换得到实时基波指令，再通过谐波逆变换得到各次谐波实时指令，叠加后得到三相四线总的实时指令，即如图5中所示，本步骤前一方法为分别进行逆变换后叠加，而第二种方法为直接对进行正序逆变换，得到的实时基波指令一致。

Claims (2)

1.一种三相四线制SVG装置输出限幅方法，其特征在于，所述方法通过对无功、负序、零序及各次谐波进行限幅，达到各补偿量容量分配的效果；同时在补偿量叠加后对三相四线指令进行有效值限幅，达到装置在容量限值范围内以给定的方式对电网进行无功、负序、零序及谐波补偿；
所述方法对无功、负序、零序及谐波进行限幅主要包括以下几个步骤：
(1)获取电网电压的同步信号ωt及各谐波次倍频信号nωt；
(2)获取三相负载电流ia ib ic，对负载电流以三相正序、负序、零序及各谐波次同步信号进行同步变换获取各补偿量同步分量id及同步正交分量iq；
(3)对各补偿量同步分量及同步正交分量进行低通滤波，获取其中的直流量和
(4)将上一步最终的同步直流量和同步正交直流量求均方根得到负载电流中各补偿量的幅值
(5)将各补偿量幅值与各补偿量设定有效值Iref的1.414倍进行比较，获得补偿系数ki，i代表各补偿量；如果幅值则ki＝1，如果幅值则
(6)将各补偿量的同步直流量和同步正交直流量乘以ki得到限幅之后的同步直流量和同步正交直流量
2.根据权利要求1所述一种三相四线制SVG装置输出限幅方法，其特征在于，所述方法对三相四线电流进行限幅需要包括以下步骤：
(1)通过限幅之后的同步直流量和同步正交直流量求得无功、负序、零序及谐波相量；
(2)以无功、负序、零序相量和叠加的方式获的ABC三相及零线的基波相量，求三相四线基波幅值和有效值，并通过谐波相量和基波相量求得ABC三相及零线的有效值，注意零序、三次及三的倍数次谐波在零线中是相线中的三倍；
(3)以ABC三相及零线的有效值的最大值Imax与各相输出电流给定值Iref进行比较，当最大值Imax＜给定值Iref，则L＝1，当最大值Imax>给定值Iref，则L＝给定值Iref/最大值Imax；然后三相及零线指令均乘以该系数L，进行同步逆变换叠加后得到各相及零线指令。
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