CN110011316A - 基于瞬时空间矢量和双p-q理论的能量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于瞬时空间矢量和双P‑Q理论的能量控制方法，将补偿目标负载电压实际值和参考电压、电流分别经过Clarke变换并计算，通过瞬时空间矢量得到实际正负零序功率、参考正序功负零序功率，对两者差值采用双P‑Q理论进行解耦，同时依据最小能量补偿计算实际与参考负载电压的角度δ，最终得到DVR输出参考电压值后。该方法可以对负载电压进行更有效和精确的跟踪补偿，且具有广泛的适用性。

Description

基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子变换器控制的技术领域，尤其涉及一种基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量最优化DVR控制方法。

背景技术

社会的发展对电能质量的要求逐渐提高。电压跌落作为严重的电能质量对生产部门尤其是精密生产部门造成了很大的影响。储能型DVR是解决系统电压跌落的好方法。DVR接入电网补偿电压跌落的系统图如附图1所示。

储能型DVR系统成本与储能的配置有很大的关系。为了减小储能的配置，提升系统的经济性，如何在减少能量输出，提高能量利用效率的同时，完成对电压跌落的补偿，成为DVR控制方法研究的重中之重。

电压跌落情况多样，DVR最小能量输出的条件不同，造成控制策略的不适用，所以急需一个可以解决所有电压跌落问题的控制方法。本控制方法在保证DVR有功输出最优化的同时，既可以解决长期电压跌落问题，也可以解决短时电压闪变问题，目前本领域还没有提出一个适用所有电压跌落问题的控制策略。

发明内容

本发明的目的在于公开了一种基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量最优化DVR控制方法，在保证DVR有功输出最优化的同时，既可以补偿长期电压跌落问题，也可以补偿短时电压闪变问题。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，包括以下步骤：

步骤1：检测补偿对象敏感负荷侧三相电压以及电流，对其分别进行Clarke变换，基于αβ0坐标系计算电压跌落前负载额定功率分别为p_tαβ、q_tαβ与p_t0；

步骤2：发生电压跌落后，基于αβ0坐标系计算出电压跌落后的负荷瞬时功率分别为p_lαβ、q_lαβ与p_l0；

步骤3：将步骤1中得到的额定功率与步骤2中得到的电压跌落后的负荷瞬时功率相减，得到DVR的补偿目标功率与

步骤4：运用双P-Q理论对步骤3得到的补偿目标功率进行解耦，同时依据最小能量补偿控制计算实际负载电压与参考负载电压的夹角δ，得到DVR的目标参考电压与

步骤5：对步骤4得到的参考电压进行Clarke逆变换，得到abc坐标系上的参考电压与

步骤6：将步骤5得到的参考电压电压闭环控制。

所述的一种基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，运用基于Clarke变换的瞬时空间矢量方法，分别计算负载电压跌落前后的电压和电流，并计算功率，在瞬时空间矢量坐标下处理对功率进行处理。其中，基于Clarke变换瞬时空间矢量计算如下。

则在瞬时空间矢量坐标下的电压和电流分别为：

所述的一种基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，运用双P-Q理论，将DVR输出参考电压从功率中解耦出来，具体计算过程如下

所述的一种基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，在瞬时空间矢量坐标下，将负载实际跌落电压V_l与进行比较，以DVR输出最小能量补偿电压跌落为目标，计算得到实际负载电压与参考负载电压的角度δ。

有益效果：

本发明先让敏感负载电压和线路电流分别经过Clarke变换，再进行功率的计算，得到基于αβ0量的实际正序功率p_αβ、负序功率q_αβ和零序功率p₀，同时计算基于αβ0量敏感负荷参考功率，将两者的差进行比较，对差值采用双P-Q理论进行解耦后，得到使DVR有功输出最小的负载电压参考值。再进行Clarke逆变换，得到abc坐标系下的参考电压值后，进行电压闭环控制，达到DVR最小能量注入的目的。在保证DVR有功输出最优化的同时，既可以补偿长期电压跌落问题，也可以补偿短时电压闪变问题，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量最优化DVR控制框图。

图2为DVR接入电网补偿电压跌落的系统图

图3为参考电压信号计算图。

图4为实际负载电压与参考负载电压的夹角δ计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

结合图2所示，本发明以Clarke变换为基础的瞬时空间矢量可以用来完成监测电功率潮流、电网传输线路使用率等工作。根据Clarke变换，在abc和αβ0之间的转换矩阵如下所示。

则在瞬时空间矢量坐标下的电压和电流分别为：

其中，v_α、v_β和i_α、i_β分别为在αβ0坐标下的三相电压和电流。

根据电流决定的功率损失，可知系统有效线路电流I_e如下所示：

I_e与瞬时空间矢量电流的关系如下所示：

根据电压决定的功率缺失，可知系统有效线电压V_e如下所示：

V_e与瞬时空间矢量电压的关系如下所示：

其中，τ为系统基础周期。

在双P-Q理论下，三相电流和正序、负序、零序的功率均为已知的，则瞬时正序功率p_αβ，负序功率q_αβ，零序功率p₀表达式矩阵形式如下所示：

由上式可得以双P-Q理论为基础的电压如下所示：

线路能输送的最大有功功率为：

S_l＝3V_lI_l (11)

其中，V_l为负载电压，I_l为线路电流。

负载实际有功功率P_t和负载参考功率P_l如下所示：

P_t＝3V_lI_lcosθ (12)

其中，θ为实际负载电压V_l和线路电流的夹角，为负载的功率因数。

为了使DVR输出的有功能量最小化，电网需要在稳态时输送负载需要的总功率。当电压出现扰动时，电网应该尽可能提供最大部分的有功功率，表达式如下所示：

minP_dvr(V_l,θ)＝P_l-P_t (14)

即

则有如下两种情况：

其中，为DVR零有功补偿的临界点。

设定负载不随时间变化，则为定值，θ可以通过DVR注入合适的电压来修正，则θ的表达式为：

引入δ作为实际负载电压与参考负载电压的夹角。具体计算流程图如附图3所示。

结合图4可知，瞬时负载零序正序功率、负序功率、零序功率计算公式如下所示：

p_t0＝v_t0i_t0

p_tαβ＝v_tαi_tα+v_tβi_tβ

q_tαβ＝v_tαi_tβ-v_tβi_tα (18)

运用锁相环获取电网负荷的相角ωt，实际负载电压和参考负载电压夹角δ，具体控制框图见附图4，则负载期望电压表达式如下所示：

u_l0＝0

根据参考负载电压v_lαβ0和线路电流l_lαβ0，计算出参考功率为：

p_l0＝v_l0i_l0

p_lαβ＝v_lαi_tα+v_lβi_lβ

q_lαβ＝v_lαi_lβ-v_lβi_lα (20)

则DVR需要补偿的功率为：

后经过双P-Q解耦计算得到αβ0坐标系下的DVR参考电压 过程如下：

再通过Clarke逆变换得到abc坐标系下的DVR参考电压值即为DVR最小有功注入电压。

Claims (6)

1.基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：检测补偿对象敏感负荷侧三相电压以及电流，对其分别进行Clarke变换，得到基于αβ0坐标系计算电压跌落前负载额定功率分别为p_tαβ、q_tαβ与p_t0；

步骤2：发生电压跌落后，基于αβ0坐标系计算出电压跌落后的负荷瞬时功率分别为p_lαβ、q_lαβ与p_l0；

步骤3：将步骤1中得到的电压跌落前负载额定功率与步骤2中得到的电压跌落后负荷瞬时功率相减，得到DVR的补偿目标功率与

步骤4：运用双P-Q理论对步骤3得到的补偿目标功率进行解耦，同时依据最小能量补偿控制计算实际负载电压与参考负载电压的夹角δ，得到DVR的目标参考电压与

步骤5：对步骤4得到的目标参考电压进行Clarke逆变换，得到abc坐标系上的参考电压与

步骤6：将步骤5得到的参考电压用于电压闭环控制。

2.基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，其特征在于：运用基于Clarke变换的瞬时空间矢量方法，分别计算负载电压跌落前后的电压和电流，并计算功率，在瞬时空间矢量坐标下处理对功率进行处理；其中，基于Clarke变换瞬时空间矢量计算如下：

则在瞬时空间矢量坐标下的电压和电流分别为：

其中，v_α、v_β和i_α、i_β分别为在αβ0坐标下的三相电压和电流。

3.如权利要求1所述的基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，其特征在于：与瞬时空间矢量电压的关系如下所示：根据电压决定的功率缺失，可知系统有效线电压V_e如下所示：

且V_e与瞬时空间矢量电压的关系如下所示：

其中，τ为系统基础周期。

4.如权利要求1所述的基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，其特征在于：

运用双P-Q理论，将DVR输出参考电压从功率中解耦出来，具体计算过程如下：

5.如权利要求1所述基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，其特征在于：线路能输送的最大有功功率为：

S_l＝3V_lI_l

其中，V_l为负载电压，I_l为线路电流。

负载实际有功功率P_t和负载参考功率P_l如下所示：

P_t＝3V_lI_lcosθ

其中，θ为实际负载电压V_l和线路电流的夹角，为负载的功率因数。

6.如权利要求1所述的基于瞬时空间矢量和双P-Q理论的能量控制方法，其特征在于：在瞬时空间矢量坐标下，将负载实际跌落电压V_l与V_s 进行比较，以DVR输出最小能量补偿电压跌落为目标，计算得到实际负载电压与参考负载电压的角度δ。