CN107196263B - 集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的svg控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，实施步骤包括：以三相电网电压、SVG直流电压、融冰电流为输入量，计算稳定电网电压所需的并网无功电流、稳定SVG自身直流电压所需吸收的有功电流及补偿融冰电流中无功和谐波分量所需的补偿电流；将并网无功电流、有功电流及补偿电流三者叠加后作为SVG输出电流控制指令；通过电流环控制器调节SVG实时跟踪SVG输出电流控制指令。本发明使SVG不仅提供支撑电网电压，还能补偿融冰整流时产生的无功和谐波电流，充分发挥了SVG的无功调节和谐波治理功能，使集约型直流融冰装置同时兼有融冰、无功补偿和有源滤波功能，控制方法简单，保证了集约型直流融冰装置融冰期间的电压稳定和电能质量。

Description

集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法

技术领域

本发明涉及电气工程领域中的输电线路融冰技术，具体涉及一种集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法。

背景技术

我国冰雪灾害频发，输电线路覆冰后易引起断线倒杆，严重威胁到电网的安全运行和供电可靠性。为此，国内外开发了多种型号的直流融冰装置，为电网抗灾提供了技术手段。

根据结构原理，现有的直流融冰装置主要可分为三类：第一类是基于二极管的不控整流型直流融冰装置，结构简单可靠，如申请号为CN200810031940.1的中国专利文献公开的技术方案就属于此类。此类装置仅具有融冰功能且难以扩展，装置只能在冬季覆冰期使用，利用率较低。第二类是基于晶闸管的相控整流型直流融冰装置，如申请号为CN200810047959.5的中国专利文献记载的技术方案就属于此类。此类装置兼具有直流融冰和无功补偿两种功能，但相控整流并网谐波大，需配套多组大容量的滤波电容电抗器组才能满足并网谐波要求，整体占地面积大、造价高。第三种是基于IGBT等可关断器件的全控整流型直流融冰装置，如申请号为CN201210211925.1的中国专利文献公开的技术方案。此类装置可兼具有直流融冰、无功补偿、有源滤波等多种功能，并网谐波小，技术指标好；但其装置额定电压电流需按照最大融冰电流和最大工作电压来选取，导致变流器容量大，因全控型开关器件的单位容量造价远高于二极管和晶闸管，装置整体造价高，难以推广应用。

为克服前述装置的缺陷，论文《兼具无功补偿与有源滤波功能的新型融冰装置》(高电压技术，2016年第7期)和申请号为CN201510138254.4的中国专利文献提出了一种将SVG与二极管整流器并联连接到融冰变压器的集约型直流融冰装置结构，利用二极管整流器+融冰变压器实现融冰，并复用融冰变压器作为SVG的滤波电抗，从而使装置整体具有直流融冰、无功补偿和有源滤波功能，且SVG容量与融冰容量可独立优化配置。由于该结构中SVG的外部接线方式与典型SVG不同，已有的SVG运行控制方法不再适用，目前，该装置中SVG与二极管整流器只能分时运行而不能同时运行，即进行输电线路直流融冰时需要SVG退出运行，或SVG运行时二极管整流器需退出运行。这意味着该集约型直流融冰装置在融冰期间，将无法向电网提供无功补偿和有源滤波功能，SVG性能未能得到充分发挥。

因此，迫切需要研究集约型融冰装置中SVG与融冰整流器并联运行时的SVG控制方法。

发明内容

本发明的目的是，提供一种集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，能够解决集约型直流融冰装置SVG与融冰整流器不能同时运行的问题，使SVG不仅提供支撑电网电压，还能补偿融冰整流时产生的无功和谐波电流，充分发挥了SVG的无功调节和谐波治理功能，使集约型直流融冰装置同时兼有融冰、无功补偿和有源滤波功能，控制方法简单，保证了集约型直流融冰装置融冰期间的电压稳定和电能质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，所述集约型融冰装置包括融冰变压器、融冰整流器和SVG，融冰整流器和SVG并联连接到融冰变压器的副边，其SVG控制方法的实施步骤包括：

1)以三相电网电压U_gabc、SVG直流电压U_dc、融冰电流I_Icing为控制系统输入量，分别计算稳定电网电压所需的并网无功电流I_g ^*、稳定SVG自身直流电压所需吸收的有功电流I_Udc ^*以及补偿融冰电流中无功和谐波分量所需的补偿电流I_com ^*；

2)将前述的并网无功电流I_g ^*、有功电流I_Udc ^*以及补偿电流I_com ^*三者叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*；

3)以SVG实际端口电流I_SVG作为反馈输入量，通过电流环控制器调节SVG实时跟踪前述SVG输出电流控制指令I_SVG ^*。

优选地，步骤3)中通过电流环控制器调节SVG实时跟踪前述SVG输出电流控制指令I_SVG ^*时，以SVG的端口电流作为直接受控量，并采用直接电流控制。

优选地，步骤3)的详细步骤包括：

3.1)将SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的q轴电流指令i_sq ^*和SVG实际端口电流q轴分量i_{SVG_q}进行比较，再将比较结果利用电流环的PI控制器进行闭环实时调节，得到SVG端口电压的q轴分量；将SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的d轴电流指令i_sd ^*和SVG实际端口电流d轴分量i_{SVG_d}进行比较，再将比较结果利用电流环的PI控制器进行闭环实时调节，得到SVG端口电压的d轴分量；最终得到由q轴分量和d轴分量构成的SVG端口电压；

3.2)将SVG端口电压利用调制单元生成SVG各功率器件的驱动脉冲信号，控制SVG输出所需电压进而调节SVG端口输出电流。

优选地，步骤1)中并网无功电流I_g ^*的计算步骤包括：计算三相电网电压U_gabc的电网电压有效值U_g，将电网电压有效值U_g和目标电网电压U_g ^*之间的差值输入PI控制器，得到并网无功电流I_g ^*。

优选地，步骤1)中有功电流I_Udc ^*的计算步骤包括：将SVG直流电压U_dc和目标直流电压U_dc ^*之间的差值输入PI控制器，得到有功电流I_Udc ^*。

优选地，步骤1)中补偿电流I_com ^*的计算步骤包括：将融冰电流I_Icing经过Park变换得到d轴分量i_id和q轴分量i_iq，将q轴分量i_iq直接作为补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}，将d轴分量i_id经低通滤波得到基波有功电流，再将d轴分量i_id减去其中的基波有功电流得到补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}。

优选地，步骤2)的详细步骤包括：将并网无功电流I_g ^*、补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}进行线性叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的q轴电流指令i_sq ^*；将有功电流I_Udc ^*、补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}进行线性叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的d轴电流指令i_sd ^*。

与现有技术相比，本发明集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法具有下述优点：

1、本发明提出了集约型直流融冰装置中SVG与融冰整流器共用整流变压器结构下的SVG调控方法，使得SVG和融冰整流部件可以并联同时运行。

2、本发明使集约型直流融冰装置同时兼有直流融冰、无功补偿和有源滤波功能。本发明充分发挥了SVG的无功调节和谐波治理功能，不仅可以提供支撑电网电压所需的无功电流，而且还能补偿融冰整流时产生的无功和谐波电流，保证了集约型直流融冰装置融冰期间的电压稳定和电能质量。

3、本发明的控制方法简单，SVG各功能可独立调控。

附图说明

图1为现有集约型融冰装置的主电路结构图。

图2为本发明实施例的的控制原理示意图。

图3为本发明实施例的控制具体实现示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种集约型直流融冰装置中无功补偿和融冰整流并联运行时的SVG控制方法，重点是给出控制系统的结构配置和控制指令生产方式。

为使本发明的应用场合及技术方案更加清楚，下面将结合图1所示的集约型直流融冰装置的主电路结构图，对对本发明所提出的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行的SVG控制方法进行详细说明。如图1所示，该集约型融冰装置包括融冰变压器、融冰整流器和SVG，融冰整流器和SVG并联连接到融冰变压器的副边。

在图1中所示集约型直流融冰装置拓扑结构中，SVG端口电流、融冰整流器交流侧电流、融冰变压器副边电流三者之间存在式(1)所示关系：

I_Trans＝I_SVG-I_Icing (1)

式(1)中，I_Trans表示SVG端口电流，I_SVG表示融冰整流器交流侧电流，I_Icing表示融冰变压器副边电流。融冰整流器交流侧电流I_SVG主要取决于变压器副边输出电压和融冰线路参数两个参数而受SVG运行状态的影响较小，且其中包括基波有功、基波无功和谐波电流等多种分量；SVG端口电流可由SVG在较大范围内自由调控，且其中可以包括基波无功、少量基波有功、高频谐波电流等多种分量；融冰变压器副边电流是根据负载情况被动生成，其数值和含量取决于两者前述两个电流合成时相互叠加或相互抵消后的结果。

根据上述特点，本实施例集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法选择SVG端口电流作为直接的被控对象，首先根据控制目标生成合适的控制指令，再控制实际电流跟踪该指令。如图2所示，本实施例集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法的实施步骤包括：

1)以三相电网电压U_gabc、SVG直流电压U_dc、融冰电流I_Icing为控制系统输入量，分别计算稳定电网电压所需的并网无功电流I_g ^*、稳定SVG自身直流电压所需吸收的有功电流I_Udc ^*以及补偿融冰电流中无功和谐波分量所需的补偿电流I_com ^*；

2)将前述的并网无功电流I_g ^*、有功电流I_Udc ^*以及补偿电流I_com ^*三者叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*；

3)以SVG实际端口电流I_SVG作为反馈输入量，通过电流环控制器调节SVG实时跟踪前述SVG输出电流控制指令I_SVG ^*。

考虑到图2中的电压电流各量都为基于复矢量的单相等效模型，为便于控制系统实际实施，本实施例集约型融冰装置无功补偿与融冰并行的SVG控制方法采用三相系统中常用的dq轴分解模型，如图3所示。控制系统由锁相单元、并网电流计算单元、融冰电流补偿计算单元、直流稳压计算单元、电流指令叠加合成单元、电流控制器、调制单元构成。

本实施例中，步骤3)中通过电流环控制器调节SVG实时跟踪前述SVG输出电流控制指令I_SVG ^*时，以SVG的端口电流作为直接受控量，并采用直接电流控制。

本实施例中，步骤3)的详细步骤包括：

3.1)将SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的q轴电流指令i_sq ^*和SVG实际端口电流q轴分量i_{SVG_q}进行比较，再将比较结果利用电流环的PI控制器进行闭环实时调节，得到SVG端口电压的q轴分量；将SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的d轴电流指令i_sd ^*和SVG实际端口电流d轴分量i_{SVG_d}进行比较，再将比较结果利用电流环的PI控制器进行闭环实时调节，得到SVG端口电压的d轴分量；最终得到由q轴分量和d轴分量构成的SVG端口电压；

3.2)将SVG端口电压利用调制单元生成SVG各功率器件的驱动脉冲信号，控制SVG输出所需电压进而调节SVG端口输出电流。

如图2所示，步骤1)中并网无功电流I_g ^*的计算步骤包括：计算三相电网电压U_gabc的电网电压有效值U_g，将电网电压有效值U_g和目标电网电压U_g ^*之间的差值输入PI控制器，得到并网无功电流I_g ^*。本实施例中采用PI控制器可实现无静差跟踪，即让实际电压等于设定目标值。

如图3所示，步骤1)中有功电流I_Udc ^*的计算步骤包括：将SVG直流电压U_dc和目标直流电压U_dc ^*之间的差值输入PI控制器，得到有功电流I_Udc ^*，因PI控制器中既有比例项又有积分项，可实现直流母线电压的无静差跟踪。

如图3所示，步骤1)中补偿电流I_com ^*的计算步骤包括：将融冰电流I_Icing经过Park变换得到d轴分量i_id和q轴分量i_iq，将q轴分量i_iq直接作为补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}，将d轴分量i_id经低通滤波得到基波有功电流，再将d轴分量i_id减去其中的基波有功电流得到补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}。

如图3所示，步骤2)的详细步骤包括：将并网无功电流I_g ^*、补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}进行线性叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的q轴电流指令i_sq ^*；将有功电流I_Udc ^*、补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}进行线性叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的d轴电流指令i_sd ^*。

本实施例集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法具有下述特点：

1、根据SVG的功能要求，SVG须首先保持自身正常运行、再治理融冰过程中的无功和谐波问题、并提供电压无功支撑。为简化控制算法，本实施例的SVG控制方法设计并实现三个功能的独立调控，将三个功能先解耦再合成，故设计了三个计算单元分别求解并网无功电流I_g ^*、有功电流I_Udc ^*以及补偿电流I_com ^*，再线性叠加求和。

2、为维持SVG正常运行，SVG各功率模块单体及整体的直流母线电压必须被维持在一定范围内。但为避免配置额外硬件设备，本实施例的SVG控制方法利用稳定SVG自身直流电压所需吸收的有功电流I_Udc ^*线性叠加求和，采用让SVG从电网吸收一定有功功率的方式来调控直流电压，即让SVG端口电流中含有一定的有功分量，根据直流电压实际值与设定值间的偏差来实时调节该有功分量的大小和正负，从而稳定直流电压。

3、为使融冰装置的并网特性友好，需避免融冰整流器交流侧电流中的无功分量和谐波分量流入融变变压器进而流向电网。为此，本实施例的SVG控制方法通过将融冰电流I_Icing经过Park变换得到d轴分量i_id和q轴分量i_iq，将q轴分量i_iq直接作为补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}，将d轴分量i_id经低通滤波得到基波有功电流，再将d轴分量i_id减去其中的基波有功电流得到补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}，补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}包含基波无功分量和谐波q轴分量，补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}包含谐波d轴分量，从而实现检测并提取融冰整流器交流侧端口电流的基波无功和谐波分量，再控制SVG输出上述电流分量，相当于这些基波无功和谐波分量由SVG提供也就避免了融冰变压器中流过这些分量。

4、为使SVG可发挥其无功补偿的基本功能，本实施例的SVG控制方法：将SVG直流电压U_dc和目标直流电压U_dc ^*之间的差值输入PI控制器，得到有功电流I_Udc ^*进而进行线性叠加求和，从而快速调节SVG输入电网中无功电流的大小和极性，继而稳定电网电压。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，所述集约型融冰装置包括融冰变压器、融冰整流器和SVG，融冰整流器和SVG并联连接到融冰变压器的副边，其特征在于SVG控制方法的实施步骤包括：

1)以三相电网电压U_gabc、SVG直流电压U_dc、融冰电流I_Icing为控制系统输入量，分别计算稳定电网电压所需的并网无功电流I_g ^*、稳定SVG自身直流电压所需吸收的有功电流I_Udc ^*以及补偿融冰电流中无功和谐波分量所需的补偿电流I_com ^*；

2)将前述的并网无功电流I_g ^*、有功电流I_Udc ^*以及补偿电流I_com ^*三者叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*；

3)以SVG实际端口电流I_SVG作为反馈输入量，通过电流环控制器调节SVG实时跟踪前述SVG输出电流控制指令I_SVG ^*。

2.根据权利要求1所述的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，其特征在于：步骤3)中通过电流环控制器调节SVG实时跟踪前述SVG输出电流控制指令I_SVG ^*时，以SVG的端口电流作为直接受控量，并采用直接电流控制。

3.根据权利要求1或2所述的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，其特征在于，步骤3)的详细步骤包括：

3.1)将SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的q轴电流指令i_sq ^*和SVG实际端口电流q轴分量i_{SVG_q}进行比较，再将比较结果利用电流环的PI控制器进行闭环实时调节，得到SVG端口电压的q轴分量；将SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的d轴电流指令i_sd ^*和SVG实际端口电流d轴分量i_{SVG_d}进行比较，再将比较结果利用电流环的PI控制器进行闭环实时调节，得到SVG端口电压的d轴分量；最终得到由q轴分量和d轴分量构成的SVG端口电压；

3.2)将SVG端口电压利用调制单元生成SVG各功率器件的驱动脉冲信号，控制SVG输出所需电压进而调节SVG端口输出电流。

4.根据权利要求1所述的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，其特征在于，步骤1)中并网无功电流I_g ^*的计算步骤包括：计算三相电网电压U_gabc的电网电压有效值U_g，将电网电压有效值U_g和目标电网电压U_g ^*之间的差值输入PI控制器，得到并网无功电流I_g ^*。

5.根据权利要求1所述的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，其特征在于，步骤1)中有功电流I_Udc ^*的计算步骤包括：将SVG直流电压U_dc和目标直流电压U_dc ^*之间的差值输入PI控制器，得到有功电流I_Udc ^*。

6.根据权利要求1所述的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，其特征在于，步骤1)中补偿电流I_com ^*的计算步骤包括：将融冰电流I_Icing经过Park变换得到d轴分量i_id和q轴分量i_iq，将q轴分量i_iq直接作为补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}，将d轴分量i_id经低通滤波得到基波有功电流，再将d轴分量i_id减去其中的基波有功电流得到补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}。

7.根据权利要求6所述的集约型融冰装置无功补偿与融冰并行时的SVG控制方法，其特征在于，步骤2)的详细步骤包括：将并网无功电流I_g ^*、补偿电流I_com ^*的q轴分量I_{com_q}进行线性叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的q轴电流指令i_sq ^*；将有功电流I_Udc ^*、补偿电流I_com ^*的d轴分量I_{com_d}进行线性叠加后作为SVG输出电流控制指令I_SVG ^*的d轴电流指令i_sd ^*。