CN112134296A - 具有辅助均压的三电平静止无功发生器及其均压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电网无功补偿设备，具体涉及一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器及其均压方法，以解决现有三电平静止无功发生器大容量负载突变时，正负直流母线电压值会出现短时不均衡而影响静止无功发生器的补偿效果，甚至会造成母线电压过压故障的技术问题。本发明包括三电平电路、辅助均压电路及系统控制器，其中辅助均压电路包括第一辅助电源、第二辅助电源、第一输出二极管以及第二输出二极管；系统控制器包括辅助均压控制器，辅助均压控制器可获得正直流母线与负直流母线电压的偏差校正值，叠加到辅助电源的电压控制端，辅助电源电压升高使直流母线消耗的功率升高，迫使该直流母线电压降低，实现辅助均压。

Description

具有辅助均压的三电平静止无功发生器及其均压方法
技术领域
本发明涉及电网无功补偿设备，具体涉及一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器及其均压方法。
背景技术
电力电子设备中，静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)是一种先进的动态无功补偿装置，其调节速度快，运行范围宽。静止无功发生器采用多电平技术可大大减少补偿电流中的谐波含量，三电平静止无功发生器是目前高频化、模块化低压静止无功发生器的主流技术之一。
在现有三电平静止无功发生器中，其直流母线由相对零线(N)的正负直流电压组成，两组母线电压值通过软件控制能够进行均压。但在大容量负载突变时，正负直流母线电压值会出现短时不均衡，影响静止无功发生器的补偿效果，严重时甚至会造成母线电压过压故障。
发明内容
本发明目的是解决现有三电平静止无功发生器在大容量负载突变时，正负直流母线电压值会出现短时不均衡而影响静止无功发生器的补偿效果，甚至会造成母线电压过压故障的技术问题，提出一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器及其均压方法，采用三电平SVG内部辅助电源电路进行辅助均压控制，既不增加成本，又能够实现直流母线均压。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器，包括三电平电路5及其系统控制器，其特殊之处在于：还包括辅助均压电路；
所述辅助均压电路包括第一辅助电源1、第二辅助电源2、第一输出二极管3以及第二输出二极管4；
所述第一辅助电源1的输入高端连接三电平电路5的正直流母线，输入低端连接零线N；输出高端连接第一输出二极管3的阳极；输出低端连接内部负载6地端；
所述第二辅助电源2的输入高端连接零线N，输入低端连接三电平电路5的负直流母线；输出高端连接第二输出二极管4的阳极；输出低端连接内部负载6地端；
所述第一输出二极管3的阴极与第二输出二极管4的阴极连接，同时连接到内部负载6的电源输入端；
所述系统控制器还包括辅助均压控制器；
所述辅助均压控制器的输入端连接三电平电路(5)的正直流母线和负直流母线，其输出端连接第一辅助电源(1)的电压控制端，或者连接第二辅助电源(2)的电压控制端；所述辅助均压控制器用于将三电平电路5的正直流母线电压与负直流母线电压进行减法运算，从而获得正直流母线与负直流母线之间的电压偏差，并将所述电压偏差进行比例积分调节，获得正直流母线与负直流母线电压的偏差校正值。
进一步地，为了达到较好的均压控制效果，所述第一辅助电源1和第二辅助电源2的电路结构及参数一致；所述第一输出二极管3和第二输出二极管4的参数一致。
进一步地，所述内部负载6为散热风机；所述辅助均压控制器输出端连接散热风机的调速控制端，可以通过控制散热风机全速运行来加大能量消耗，从而加快正负直流母线电压的均衡。
同时，本发明还提出了一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，其中，辅助均压控制器的输出端连接第一辅助电源1的电压控制端，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、将三电平电路的正直流母线电压Vdc1与负直流母线电压Vdc2进行减法运算，获得电压偏差ΔVdc＝Vdc1-Vdc2；
步骤2、将电压偏差进行比例积分调节，得到偏差校正值em；
步骤3、将偏差校正值em叠加到第一辅助电源的电压控制端；
步骤4、当em>0，第一辅助电源的输出电压升高，高于第二辅助电源电压，内部负载电流使正直流母线的消耗功率高于负直流母线，迫使正直流母线电压降低，实现辅助均压；
当em<0，第一辅助电源输出电压降低，低于第二辅助电源电压，内部负载电流使负直流母线的消耗功率高于正直流母线，迫使负直流母线电压降低，实现辅助均压。
进一步地，为防止辅助电源输出电压波动，步骤2中还包括设置em上限值的步骤：em的上限值取第一输出二极管或第二输出二极管的压降。
进一步地，内部负载电流主要由散热风机产生，步骤4中还包括通过调节散热风机的转速增大内部负载电流的步骤：
4.1)将步骤3中得到的偏差校正值em取绝对值；
4.2)设定比较阈值s；
4.3)进行均压偏差判断
当|em|≥s时，输出调整指令叠加到散热风机转速控制信号上，控制散热风机全速运行，通过控制散热风机全速运行来加大能量消耗，从而加快正负直流母线电压的均衡；
当|em|<s时，散热风机维持原运行状态。
本发明还提出了另一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，其中，辅助均压控制器的输出端连接第二辅助电源的电压控制端，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、将三电平电路的正直流母线电压Vdc1与负直流母线电压Vdc2进行减法运算，获得电压偏差ΔVdc＝Vdc2-Vdc1；
步骤2、将电压偏差进行比例积分调节，得到偏差校正值em；
步骤3、将偏差校正值em叠加到第二辅助电源的电压控制端；
步骤4、当em>0，第二辅助电源输出电压升高，高于第一辅助电源电压，内部负载电流使负直流母线的消耗功率高于正直流母线，迫使负直流母线电压降低，实现辅助均压；
当em<0，第二辅助电源输出电压降低，低于第一辅助电源电压，内部负载电流使正直流母线的消耗功率高于负直流母线，迫使正直流母线电压降低，实现辅助均压。
进一步地，步骤2中还包括设置em上限值的步骤：em的上限值取第一输出二极管或第二输出二极管的压降。
进一步地，内部负载电流主要由散热风机产生，步骤4中还包括通过调节散热风机的转速增大内部负载电流的步骤，具体为：
4.1)将步骤3中得到的偏差校正值em取绝对值；
4.2)设定比较阈值s；
4.3)进行均压偏差判断
当|em|≥s时，输出调整指令叠加到散热风机转速控制信号上，控制散热风机全速运行；
当|em|<s时，散热风机维持原运行状态。
本发明的有益效果是：
1)本发明提出的具有辅助均压的三电平静止无功发生器使用内部辅助电源电路进行辅助均压，配合三电平SVG系统控制器的电压环进行均压控制，既不增加成本，又能够实现直流母线均压。
2)本发明将三电平SVG内部供电辅助电源分为两路，分别从正母线和负母线上进行取电，两路辅助电源的电路结构和参数一致，其输出通过二极管并联在一起，为内部负载供电，每路辅助电源具有独立的反馈控制回路，可通过控制辅助电源的反馈控制回路电压改变辅助电源的输出电压，通过为内部负载供电消耗辅助电源功率，进而消耗直流母线功率以达到强制降低直流母线电压的目的，控制方式简单，工作可靠。
3)在三电平静止无功发生器设备中，内部供电辅助电源最大的负载为散热风机，本发明通过风机全速运行来加大功率消耗，可以快速进行正负直流母线的均压，同时可以促进系统散热，保证三电平静止无功发生器的工作可靠性。
附图说明
图1为本发明具有辅助均压的三电平静止无功发生器拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例一中直流母线辅助均压原理示意图；
图3为本发明实施例一中风机转速控制框图；
图4为本发明实施例二中直流母线辅助均压原理示意图。
附图标记说明：
1-第一辅助电源，2-第二辅助电源，3-第一输出二极管，4-第二输出二极管，5-三电平电路，6-内部负载。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
本发明提出的具有辅助均压的三电平静止无功发生器是使用三电平静止无功发生器的内部供电电源进行控制，达到均压目的，如图1所示，为该具有辅助均压的三电平静止无功发生器的拓扑电路结构示意图，包括现有的三电平电路5和辅助均压电路，辅助均压电路包括第一辅助电源1和第二辅助电源2，第一辅助电源1和第二辅助电源2分别通过第一输出二极管3和第二输出二极管4后并联输出，为三电平静止无功发生器的内部负载6提供电源，该辅助均压电路配合系统控制器内部的电压环进行均压控制。
三电平静止无功发生器设备中，内部供电辅助电源一般从直流母线上取电。本发明将供电辅助电源分为两路，即第一辅助电源1和第二辅助电源2，分别从正直流母线和负直流母线上进行取电。第一辅助电源1和第二辅助电源2的电路结构和参数一致，其输出端通过第一输出二极管3和第二输出二极管4后，并联在一起输出，每路电源具有独立的反馈控制回路。
本发明的设计思路是通过调整两路辅助电源的输出功率，迫使电压高的直流母线输出大功率来强制进行直流母线的电压平衡。
当检测到正负直流母线电压值不均衡时，将二者电压值相减，并经过PI调节器得到均压校正值em，将em叠加到第一辅助电源1的反馈控制的给定中，来控制第一辅助电源1的输出电压。当正直流母线电压值高时，均压校正值em为正，则第一辅助电源1输出电压升高，正直流母线上消耗的能量高于负直流母线，强制使正母线电压降低；反之，则正直流母线上消耗的能量小于负直流母线，强制使负直流母线电压降低。
由于三电平静止无功发生器设备中，内部供电辅助电源最大的内部负载6为散热风机，当正负直流母线电压偏差过高时，可通过散热风机全速运行来加大功率消耗，快速进行正负直流母线的均压。
对直流母线辅助均压电路的控制过程如下：
1)三电平SVG系统控制器检测到正负直流母线电压值，二者相减得到正负直流母线的电压偏差ΔVdc。
2)电压偏差ΔVdc经过均压控制器的PI调节器后得到偏差校正值em，当正直流母线电压值高于负直流母线电压值时，em为正；反之em为负。
3)为防止辅助电源输出电压波动，偏差校正值em设置上限值，由于第一辅助电源1和第二辅助电源2分别通过第一输出二极管3和第二输出二极管4并联输出，因此取em的上限为二极管的压降，一般设置为0.5～1V。
4)将em叠加到辅助电源1的电压控制回路，和电压给定相加，当em为正时，第一辅助电源1的输出将会升高，高于第二辅助电源2的输出。
5)第一辅助电源1输出电压升高后，三电平SVG内部供电电流大部分通过第一辅助电源1提供，正直流母线消耗的功率将高于负直流母线，迫使正直流母线电压降低，达到均压功能；反之三电平SVG内部供电电流通过第二辅助电源2提供，迫使负直流母线电压降低，达到均压功能。
三电平SVG内部散热风机一般采用调速功能，在正负直流母线偏差较大时，通过控制散热风机全速运行来加大能量消耗，从而加快正负直流母线电压的均衡。通常，三电平静止无功发生器系统内部散热风机根据采样的功率器件或散热器温度进行调速，速度越高风机消耗的功率越大。如图3所示，本发明中，在散热风机调速电路中加入均压信号来调节散热风机转速，具体调节过程为：将正负母线的电压偏差校正值em取绝对值，当|em|大于设定值s时，输出调整指令叠加到风机转速控制信号上，控制风机全速运行来加快母线均压调节。其中，设定值s的取值与系统的稳定性和快速反应要求有关，可在软件程序中设定调整。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：当检测到正负直流母线电压值不均衡时，将二者电压值相减，并经过PI调节器得到均压校正值em，将em叠加到第二辅助电源2的反馈控制的给定中，来控制第二辅助电源2的输出电压。
当负直流母线电压值高时，均压校正值em为正，则第二辅助电源2输出电压升高，负直流母线上消耗的能量高于正直流母线，强制使负直流母线电压降低；反之，则负直流母线上消耗的能量小于正直流母线，强制使正直流母线电压降低。对直流母线辅助均压电路的控制与实施例一同理。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并非对本发明技术方案的限制，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (9)

1.一种具有辅助均压的三电平静止无功发生器，包括三电平电路(5)及其系统控制器，其特征在于：还包括辅助均压电路；
所述辅助均压电路包括第一辅助电源(1)、第二辅助电源(2)、第一输出二极管(3)以及第二输出二极管(4)；
所述第一辅助电源(1)的输入高端连接三电平电路(5)的正直流母线，输入低端连接零线N；输出高端连接第一输出二极管(3)的阳极；输出低端连接内部负载(6)地端；
所述第二辅助电源(2)的输入高端连接零线N，输入低端连接三电平电路(5)的负直流母线；输出高端连接第二输出二极管(4)的阳极；输出低端连接内部负载(6)地端；
所述第一输出二极管(3)的阴极与第二输出二极管(4)的阴极连接，同时连接到内部负载(6)的电源输入端；
所述系统控制器还包括辅助均压控制器；
所述辅助均压控制器的输入端连接三电平电路(5)的正直流母线和负直流母线，其输出端连接第一辅助电源(1)的电压控制端，或者连接第二辅助电源(2)的电压控制端；所述辅助均压控制器用于将三电平电路(5)的正直流母线电压与负直流母线电压进行减法运算，从而获得正直流母线与负直流母线之间的电压偏差，并将所述电压偏差进行比例积分调节，获得正直流母线与负直流母线电压的偏差校正值。
2.根据权利要求1所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器，其特征在于：所述第一辅助电源(1)和第二辅助电源(2)的电路结构及参数一致；
所述第一输出二极管(3)和第二输出二极管(4)的参数一致。
3.根据权利要求1或2所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器，其特征在于：所述内部负载(6)为散热风机；
所述辅助均压控制器输出端连接散热风机的调速控制端。
4.一种权利要求1至3任一所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，其中，辅助均压控制器的输出端连接第一辅助电源(1)的电压控制端，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将三电平电路的正直流母线电压Vdc1与负直流母线电压Vdc2进行减法运算，获得电压偏差ΔVdc＝Vdc1-Vdc2；
步骤2、将电压偏差进行比例积分调节，得到偏差校正值em；
步骤3、将偏差校正值em叠加到第一辅助电源的电压控制端；
步骤4、当em>0，第一辅助电源的输出电压升高，高于第二辅助电源电压，内部负载电流使正直流母线的消耗功率高于负直流母线，迫使正直流母线电压降低，实现辅助均压；
当em<0，第一辅助电源输出电压降低，低于第二辅助电源电压，内部负载电流使负直流母线的消耗功率高于正直流母线，迫使负直流母线电压降低，实现辅助均压。
5.根据权利要求4所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，其特征在于，步骤2中还包括设置em上限值的步骤：em的上限值取第一输出二极管或第二输出二极管的压降。
6.根据权利要求4或5所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，内部负载电流主要由散热风机产生，其特征在于，步骤4中还包括通过调节散热风机的转速增大内部负载电流的步骤：
4.1)将步骤3中得到的偏差校正值em取绝对值；
4.2)设定比较阈值s；
4.3)进行均压偏差判断
当|em|≥s时，输出调整指令叠加到散热风机转速控制信号上，控制散热风机全速运行；
当|em|<s时，散热风机维持原运行状态。
7.一种权利要求1至3任一所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，其中，辅助均压控制器的输出端连接第二辅助电源(2)的电压控制端，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将三电平电路的正直流母线电压Vdc1与负直流母线电压Vdc2进行减法运算，获得电压偏差ΔVdc＝Vdc2-Vdc1；
步骤2、将电压偏差进行比例积分调节，得到偏差校正值em；
步骤3、将偏差校正值em叠加到第二辅助电源的电压控制端；
步骤4、当em>0，第二辅助电源输出电压升高，高于第一辅助电源电压，内部负载电流使负直流母线的消耗功率高于正直流母线，迫使负直流母线电压降低，实现辅助均压；
当em<0，第二辅助电源输出电压降低，低于第一辅助电源电压，内部负载电流使正直流母线的消耗功率高于负直流母线，迫使正直流母线电压降低，实现辅助均压。
8.根据权利要求7所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，其特征在于，步骤2中还包括设置em上限值的步骤：em的上限值取第一输出二极管或第二输出二极管的压降。
9.根据权利要求7或8所述具有辅助均压的三电平静止无功发生器的均压方法，内部负载电流主要由散热风机产生，其特征在于，步骤4中还包括通过调节散热风机的转速增大内部负载电流的步骤，具体为：
4.1)将步骤3中得到的偏差校正值em取绝对值；
4.2)设定比较阈值s；
4.3)进行均压偏差判断
当|em|≥s时，输出调整指令叠加到散热风机转速控制信号上，控制散热风机全速运行；
当|em|<s时，散热风机维持原运行状态。
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