CN109802390A - 一种抑制svg谐波谐振的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制SVG谐波谐振的控制方法，该控制方法根据SVG并网侧的电压信号和电流信号确定电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率，进而确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率。通过最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率与第一预设阈值、第二预设阈值的比较，自动选择并切换SVG控制器参数，增大SVG控制系统的相角裕度，改变SVG系统的阻抗特性，从而抑制SVG与系统产生的谐波谐振，避免持续的谐波放大，提高电力系统的稳定性。本发明提供的控制方法实施简便，无需增加额外的硬件设备，能够满足SVG正常运行时的无功补偿调节响应速度，又能在发生谐波谐振时抑制谐波谐振，从而提高了SVG的运行可靠性。

Description

一种抑制SVG谐波谐振的控制方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种抑制SVG谐波谐振的控制方法。

背景技术

静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)是一种采用可关断电力电子器件组成的换流器来实现动态无功补偿的装置。SVG的作用相当于一个可控的无功电源，其无功电流能够快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，进而自动补偿电网系统所需无功功率，以实现对电网无功功率的动态无功补偿。相比其他无功补偿设备而言，SVG在容性和感性范围内具备了双向连续调节补偿电流的能力，同时，SVG还具有动态响应速度快、补偿电流谐波含量小的特点，因此，SVG广泛应用于新能源并网、输配电系统、机车牵引、金属冶炼等无功补偿应用场景。

当SVG应用于新能源并网无功补偿的应用场景中时，光伏、风机大多通过电力电子变流器进行并网，而电力电子并网变流器大多通过高频的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)技术来实现电能的变换，因此变换器交流侧会产生高频谐波。正常运行时，并网变流器装设有滤波装置，该滤波装置能够消除高频谐波的影响。但在某些特殊的工况，如新能源发电随机性改变或系统运行方式的改变的情况下，会导致SVG阻抗和系统阻抗在某个频率点发生谐振，谐振将导致谐波放大，SVG输出电压电流谐波含量增大，严重威胁到SVG设备及新能源电厂电力设备的安全运行。

目前，对于SVG和系统之间因阻抗不匹配而在某些特殊条件下发生的谐波谐振，可以通过减小SVG电流控制环的PI(proportional integral，比例积分)控制器的比例、积分系数，增加SVG控制系统的相角裕度的方式提高系统稳定性，进而避免谐波谐振。但是，由于控制系统始终只采用一组PI参数，若减小PI控制器的比例、积分系数，则会导致在正常运行时SVG动态补偿响应速度降低。

发明内容

本发明提供一种抑制SVG谐波谐振的控制方法，以解决SVG谐波谐振且SVG动态补偿响应速度较低的问题。

本发明提供一种抑制SVG谐波谐振的控制方法，包括：

采集SVG并网侧的三相电压信号和三相电流信号；

根据所述三相电压信号和所述三相电流信号分别确定每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率；

根据所述每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率；

根据所述最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率以及第一预设阈值、第二预设阈值确定SVG控制器参数。

优选地，根据所述三相电压信号和所述三相电流信号分别确定每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率包括：

根据所述电压信号和所述电流信号确定电压有效值和电流有效值；

根据所述电压信号和所述电流信号确定电压基波有效值和电流基波有效值；

根据所述电压有效值、所述电流有效值、所述电压基波有效值和所述电流基波有效值分别确定电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率。

优选地，A相电压相对应的所述电压总谐波畸变率的计算公式为：

其中，U_aTHD为A相电压总谐波畸变率；U_a为A相电压有效值；U_a1为A相电压基波有效值。

优选地，根据所述每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率包括：

选取每相中所述电压总谐波畸变率最大的为最大电压总谐波畸变率；

选取每相中所述电流总谐波畸变率最大的为最大电流总谐波畸变率。

优选地，根据所述最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率以及第一预设阈值、第二预设阈值确定SVG控制器参数包括：

判断所述最大电压总谐波畸变率是否大于第一预设阈值；

若大于，则第一比较器的输出为1；

若等于或小于，则所述第一比较器的输出为0；

判断所述最大电流总谐波畸变率是否大于第二预设阈值；

若大于，则第二比较器的输出为1；

若等于或小于，则所述第二比较器的输出为0；

将所述第一比较器和所述第二比较器的输出进行或逻辑运算；

若所述第一比较器或所述第二比较器的输出为1，则或门的输出为1；

若所述第一比较器和所述第二比较器的输出均为0，则或门的输出为0；

所述或门经过预设延时作为SVG预设PI控制参数的选择信号；

当所述或门经过所述预设延时后的输出为1时，所述SVG选择预设的PI控制参数K_p2、K_i2作为电流内环的控制器参数；

当所述或门经过所述预设延时后的输出为0时，所述SVG选择预设的PI控制参数K_p1、K_i1作为电流内环的控制器参数。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种抑制SVG谐波谐振的控制方法，该控制方法根据SVG并网侧的三相电压信号和三相电流信号确定每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率，进而确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率。通过最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率以及第一预设阈值、第二预设阈值的比较，自动选择并切换SVG控制器参数，增大SVG控制系统的相角裕度，改变SVG系统的阻抗特性，从而抑制SVG与系统产生的谐波谐振，避免持续的谐波放大，提高电力系统的稳定性。本发明提供的控制方法实施简便，无需增加额外的硬件设备，能够满足SVG正常运行时的无功补偿调节响应速度，又能在发生谐波谐振时抑制谐波谐振，从而提高了SVG的运行可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的典型的SVG控制原理框图；

图2为本发明实施例提供的抑制SVG谐波谐振的控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的抑制SVG谐波谐振的控制原理图。

具体实施方式

请参考附图1，附图1示出了本申请实施例提供的一种现有的典型的SVG控制原理框图。如附图1所示，现有典型的SVG控制原理为：SVG控制器采集SVG并网侧的电压电流信号u_a、u_b、u_c、i_a、i_b、i_c，通过锁相环(PLL，Phase Locked Loop)对电压信号进行锁相，确定SVG并网点的电压相位θ。根据电压相位θ，对三相电流信号进行3S/2S坐标变换，将三相静止坐标系下的电流量i_a、i_b、i_c变换成两相旋转坐标系下的电流i_d、i_q，以用于SVG控制器的电流内环控制。电流内环控制采用PI控制器形成闭环反馈控制，q轴的电流参考值一般通过补偿无功指令计算得到，d轴的电流参考指令一般通过SVG电容电压控制环节计算得到。将通过采集计算得到的d轴、q轴反馈电流i_d、i_q与d轴、q轴电流参考值进行比较，得到反馈电流与参考电流的差值。将差值送到PI控制器的输入端，PI控制器将根据差值的大小调整d轴、q轴输出电压参考值SVG控制器再将d轴、q轴输出电压参考值经过2S/3S坐标变换，将两相旋转坐标系下的电压参考值变换为三相静止坐标系下的电压参考值最后，SVG控制器根据三相电压参考值进行PWM调制，并将得到的控制信号传送给SVG每相电力电子开关器件，控制SVG的输出电压，从而控制SVG注入交流系统的无功电流，实现动态无功补偿。

基于上述典型的SVG控制原理，本申请实施例提供一种抑制SVG谐波谐振的控制方法，附图2示出了本申请实施例提供的抑制SVG谐波谐振的控制方法的流程示意图，该方法的控制原理图如附图3所示。由附图2、3可知，本申请实施例提供的抑制SVG谐波谐振的控制方法具体包括：

S01：采集SVG并网侧的三相电压信号和三相电流信号。

总谐波计算模块采集SVG并网侧的三相电压信号Ua、Ub和Uc，以及三相电流信号Ia、Ib和Ic。

S02：根据所述三相电压信号和所述三相电流信号分别确定每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率。

根据每相的电压信号分别计算每相电压的电压有效值，同时，根据每相的电流信号分别计算每相电流的电流有效值。上述电压有效值和电流有效值的计算均根据现有计算方法确定。分别对每相的电压信号和电流信号进行快速傅里叶变换分析，进而计算每相的电压基波有效值和电流基波有效值。其中，电压基波有效值和电流基波有效值的计算均根据现有计算方法确定。

电压有效值、电流有效值、电压基波有效值和电流基波有效值确定后，分别根据上述数值确定电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率。如以A相电压为例，A相电压相对应的电压总谐波畸变率的计算公式为：

其中，U_aTHD为A相电压总谐波畸变率；U_a为A相电压有效值，该电压有效值包括基波和谐波；U_a1为A相电压基波有效值，其中，基波的工频为50Hz。

其余相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率的计算方法同上，由此通过计算可以得到三相电压的电压总谐波畸变率为U_aTHD、U_bTHD和U_cTHD，三相电流的电流总谐波畸变率为I_aTHD、I_bTHD和I_cTHD。

S03：根据所述每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率。

对于确定的三相电压的电压总谐波畸变率，选取每相中电压总谐波畸变率最大的为最大电压总谐波畸变率。如U_THD＝max(U_aTHD,U_bTHD,U_cTHD)。同样的，对于确定的三相电流的电流总谐波畸变率最大的为最大电流总谐波畸变率。如I_THD＝max(I_aTHD,I_bTHD,I_cTHD)。

S04：根据所述最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率以及第一预设阈值、第二预设阈值确定SVG控制器参数。

为通过最大电压总谐波畸变率U_THD或最大电流总谐波畸变率I_THD确定SVG控制器参数，本申请中，可以通过最大电压总谐波畸变率U_THD与第一预设阈值Δ₁进行比较确定，也可以通过最大电流总谐波畸变率I_THD与第二预设阈值Δ₂进行比较确定。其中，Δ₁、Δ₂的取值可根据SVG装设的应用场景背景谐波来确定，原则上保证SVG正常运行时产生的谐波总畸变率不应引起本申请中控制参数的切换。最大电压总谐波畸变率U_THD与第一预设阈值Δ₁的比较结果以及最大电流总谐波畸变率I_THD与第二预设阈值Δ₂的比较结果连接到或门，以通过或门的输出确定SVG电流内环的控制器参数，即或门的输出经过一定的预设延时t，作为控制参数切换的控制信号S。其中，或门的输出经过预设延时的原因为避免由于偶然因素导致SVG电压电流谐波含量突然增加，SVG控制器频繁切换控制参数。

具体的，判断最大电压总谐波畸变率U_THD是否大于第一预设阈值Δ₁。若最大电压总谐波畸变率U_THD大于第一预设阈值Δ₁，则第一比较器的输出为1。若最大电压总谐波畸变率U_THD等于或小于第一预设阈值Δ₁，则第一比较器的输出为0。同样的，判断最大电流总谐波畸变率I_THD是否大于第二预设阈值Δ₂。若最大电流总谐波畸变率I_THD大于第二预设阈值Δ₂，则第二比较器的输出为1。若最大电流总谐波畸变率I_THD等于或小于第二预设阈值Δ₂，则第二比较器的输出为0。

将第一比较器和第二比较器的输出进行或逻辑运算。若第一比较器或第二比较器的输出为1，则或门的输出为1。若第一比较器和第二比较器的输出均为0，则或门的输出为0。或门经过预设延时作为SVG预设PI控制参数的选择信号，当或门经过预设延时后的输出为1时，SVG选择预设的PI控制参数K_p2、K_i2作为电流内环的控制器参数。当或门经过预设延时后的输出为0时，SVG选择预设的PI控制参数K_p1、K_i1作为电流内环的控制器参数。其中，本申请中的PI控制参数K_p1、K_i1、K_p2、K_i2为预先设定的两组PI控制参数。两组PI控制参数的选取，原则上K_p1、K_i1的选取应在保证正常运行时系统稳定的基础上，尽量提高SVG的补偿响应速度；K_p2、K_i2的选取应能在发生谐波谐振时抑制谐波谐振，可以适当牺牲SVG的控制响应速度。

当SVG正常运行时，SVG电压电流谐波含量远低于预设阈值，即最大电压总谐波畸变率U_THD小于第一预设阈值Δ₁，最大电流总谐波畸变率I_THD小于第二预设阈值Δ₂，此时，或门的输出为0，即PI参数切换的控制信号S为0。此时，应以动态补偿响应速度为优化目标，SVG控制器选择K_p1、K_i1作为电流内环的控制器参数。

当SVG发生谐波谐振时，SVG电压电流谐波含量增大，超过预设阈值，即最大电压总谐波畸变率U_THD大于第一预设阈值Δ₁，最大电流总谐波畸变率I_THD大于第二预设阈值Δ₂，此时，或门的输出为1，即PI参数切换的控制信号S为1。此时，应以抑制谐波谐振为优化目标，SVG控制器选择K_p2、K_i2作为电流内环的控制器参数。

由此，通过预设两组电流内环PI控制参数的方式，本申请能够在系统运行方式发生变化，导致SVG与系统发生谐波谐振时，自动切换SVG电流环控制参数，增大SVG控制系统的相角裕度，改变SVG系统的阻抗特性，从而抑制SVG与系统产生的谐波谐振，进而避免持续的谐波放大，提高电力系统的稳定性。本申请中的控制方法不仅能够满足SVG正常运行时的无功补偿调节响应速度，还能够在发生谐波谐振时抑制谐波谐振，从而提高了SVG的运行可靠性。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种抑制SVG谐波谐振的控制方法，其特征在于，包括：

采集SVG并网侧的三相电压信号和三相电流信号；

根据所述三相电压信号和所述三相电流信号分别确定每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率；

根据所述每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率；

根据所述最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率以及第一预设阈值、第二预设阈值确定SVG控制器参数。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述三相电压信号和所述三相电流信号分别确定每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率，包括：

根据所述电压信号和所述电流信号确定电压有效值和电流有效值；

根据所述电压信号和所述电流信号确定电压基波有效值和电流基波有效值；

根据所述电压有效值、所述电流有效值、所述电压基波有效值和所述电流基波有效值分别确定电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，A相电压相对应的所述电压总谐波畸变率的计算公式为：

其中，U_aTHD为A相电压总谐波畸变率；U_a为A相电压有效值；U_a1为A相电压基波有效值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述每相的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率确定最大电压总谐波畸变率和最大电流总谐波畸变率包括：

选取每相中所述电压总谐波畸变率最大的为最大电压总谐波畸变率；

选取每相中所述电流总谐波畸变率最大的为最大电流总谐波畸变率。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述最大电压总谐波畸变率、最大电流总谐波畸变率以及第一预设阈值、第二预设阈值确定SVG控制器参数包括：

判断所述最大电压总谐波畸变率是否大于第一预设阈值；

若大于，则第一比较器的输出为1；

若等于或小于，则所述第一比较器的输出为0；

判断所述最大电流总谐波畸变率是否大于第二预设阈值；

若大于，则第二比较器的输出为1；

若等于或小于，则所述第二比较器的输出为0；

将所述第一比较器和所述第二比较器的输出进行或逻辑运算；

若所述第一比较器或所述第二比较器的输出为1，则或门的输出为1；

若所述第一比较器和所述第二比较器的输出均为0，则或门的输出为0；

所述或门经过预设延时作为SVG预设PI控制参数的选择信号；

当所述或门经过所述预设延时后的输出为1时，所述SVG选择预设的PI控制参数K_p2、K_i2作为电流内环的控制器参数；

当所述或门经过所述预设延时后的输出为0时，所述SVG选择预设的PI控制参数K_p1、K_i1作为电流内环的控制器参数。