CN112467743A - 一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，包括以下步骤：在锁相环回路的输入前添加SOGI相序分离模块，分离正序电压和负序电压，经过DSC滤波模块消除谐波对锁相环的影响；采用限波滤波器滤除由电压反馈回路采样得到的电压信息经过dq变换后产生的二倍频扰动信号，得到正序电压信息；电流反馈回路采样信号先经过Clark变换，然后经过SOGI相序分离，再经过Park变换得到分离后的正序电流信号和负序电流信号，消除负序电流信号。本发明消除了倍频扰动，提升了控制效果。
Description
技术领域
本发明属于配电网电力电子装置的稳态暂态控制策略及相关的电能质量治理领域，特别涉及一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法。
背景技术
随着各种分布式能源的高效消纳、电动汽车的灵活接入，以及用户侧的优质服务与灵活互动，发展面向未来综合能源体系的智能配电系统已成为世界各国的广泛共识。特别是在配电网层面，随着调控手段和电源类型的不断丰富，通过提高电源系统的利用率和配电网运行性能，对关键核心负荷的供电品质保障成为配电网的重要关注点。
随着分布式发电并网渗透率的提高，配电网原有结构对于功率传输配送的制约问题日益突出。传统配电网主要依靠分段器与联络开关实现网络重构并控制有功潮流，由于调整方式与开关动作次数的限制，难以应对分布式发电的不确定性。受制于分布式电源归属权问题和信息通信系统的局限性，很多用户侧分散接入的分布式电源仍处于不可控、不能控或不易控的状态，其调节能力无法支撑全局性运行优化。现有配电网正面临用电需求定制化和多样化、分布式电源接入规模化、潮流协调控制复杂化等多方面的巨大挑战。这些问题采用常规开关等传统调控手段难以同时得到有效解决。
柔性开关设备是一种可在配电网若干关键节点上替代传统联络开关的新型柔性一次设备。柔性多状态开关采用电力电子变手段，以背靠背式变流器为主体，与常规开关相比，不仅具备通和断两种状态，而且增加了功率连续可控状态，兼具运行模式柔性切换、控制方式灵活多样等特点，可避免常规开关倒闸操作引起的供电中断、合环冲击等问题，还能缓解电压骤降、三相不平衡现象，促进馈线负载分配的均衡化和电能质量改善，从而实现馈线间常态化柔性“软连接”，能够提供灵活、快速、精确的功率交换控制与潮流优化能力。同时还可以进行故障隔离和快恢复。
三相不平衡及谐波扰动是配电网比较常见的电能质量问题，三相不平衡及谐波对于控制回路的锁相环会造成比较大的影响，使得锁相环不能输出正确的正序电压相位，造成控制效果大打折扣。因此对于锁相环回路的改进是很有必要的，同时由于dq变换也使得反馈回路的电压电流信号产生二倍频波动，因此消除倍频扰动，是提升控制效果的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，可以解决现有技术中的对配网三相不平衡及谐波扰动下的控制策略问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在锁相环回路的输入前添加SOGI相序分离模块，分离正序电压和负序电压，经过DSC滤波模块消除谐波对锁相环的影响；
步骤2、采用限波滤波器滤除由电压反馈回路采样得到的电压信息经过dq变换后产生的二倍频扰动信号，得到正序电压信息；
步骤3、电流反馈回路采样信号先经过Clark变换，然后经过SOGI相序分离，再经过Park变换得到分离后的正序电流信号和负序电流信号，消除负序电流信号。
进一步的，所述的步骤1包括：
三相电压经过Clark变换后变为两相旋转分量，再经过正负序分离、DSC滤波后得到仅保留基波信息的正序分量和负序分量。
进一步的，所述的DSC滤波模块消除谐波的表达式为：
u(t)为需要进行滤波的信号，T则为该信号的周期。
进一步的，限波滤波器模块滤除二倍频扰动信号采用的公式为：
wn为无阻尼的自然频率，s为复频率，Q＝kωn，k为系数。
进一步的，所述的SOGI相序分离模块将正弦信号分离为同相信号及正交信号，其中：
同相信号传递函数为：
正交信号传递函数为：
其中，wn为无阻尼的自然频率，k为系数，s为复频率。
本发明通过在传统锁相环回路上增加相序分离模块，及其DSC滤波算法模块，用以获取正序基频电压相位信息。对于三相电压不平衡，采用双独立控制回路，将负序电流控制为0。其电压反馈回路中，采用陷波滤波器滤除二倍频扰动信号以获得精确的电压信息。可以很好地解决配电网针对三相不平衡及谐波等电能质量的问题，提高配电网的抵御能力。
附图说明
图1柔性开关双端基本控制策略示意图；
图2-1 Vf控制策略的基本控制框图；
图2-2 PQ控制策略的基本控制框图；
图2-3 VdcQ控制策略的基本控制框图；
图3锁相环改进回路控制框图；
图4电压外环改进回路控制框图；
图5电流内环改进回路控制框图；
图6谐波扰动下的仿真框图；
图7谐波扰动下的电压电流波形图；
图8另一侧的电压电流波形图；
图9三相不平衡扰动下的仿真框图；
图10柔性开关交流两端电压电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
本发明的一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、在锁相环回路的输入前添加SOGI相序分离模块，分离正序电压和负序电压，经过DSC算法滤波模块滤波，消除谐波对锁相环的影响。
电网侧交流电压的锁相环如图3所示，锁相环可以确定交流系统的实时相位与频率，为控制策略中所要用到的dq变换提供实时相位，如图2-1所示控制框图中的vcd、vcq、isd、isq等。三相电压va、vb、vc经过Clark变换后变为两相旋转分量，即vα、vβ，之后经过正负序分离以及DSC滤波得到仅保留基波信息的正序和负序分量，即vαβ +、vαβ —，然后仅对正序基波分量进行锁相，得到基频正序电压的频率与相位。
其中相序分离模块采用SOGI，正弦信号经过SOGI可得到同相信号及正交信号，其中：
同相信号传递函数为：
正交信号传递函数为：
(1)式和(2)式中，wn为无阻尼的自然频率，k为系数，k的大小则影响着系统的带宽，v为输入电压，v’为输出电压，s为复频率。
DSC滤波模块消除谐波的表达式为：
其中u(t)为需要进行滤波的信号，T则为该信号的周期。
步骤2、采用限波滤波器滤除由电压反馈回路采样得到的电压信息经过dq变换后产生的二倍频扰动信号，得到正序电压信息。
电压采样信号经过dq正序变换会产生二倍频波动，对控制回路的效果造成很大的影响，因此采用陷波滤波器法，消除二倍频波动。图4所示为电压外环的控制框图，在图2-1的基础上加入了二倍频的陷波滤波器，即图中的N(s)模块，采样得到的实际电压与电流通过该模块进行滤波，消除二倍频波动，然后再进行经过PI控制模块进行控制。
限波滤波器模块滤除二倍频扰动信号采用的公式为：
其中：wn为无阻尼的自然频率，s为复频率，Q＝kωn，k为系数。
步骤3、电流反馈回路采样信号先经过Clark变换，然后经过SOGI相序分离，再经过Park变换得到分离后的dq轴正序电流信号和负序电流信号。最后采用正序电流信号和负序双独立控制回路，负序电流控制为0，消除负序电流。
为了更好地说明本发明的有益效果，以下结合试验数据对本发明进一步说明。
图6所示为VSC1侧带有谐波的双端柔性开关仿真框图，其中VSC1侧带有较高的5次与7次的谐波电压，如图7所示。采用改进型的控制策略，VSC2侧的电压电流满足电网要求，5次与7次谐波均得到有效隔离，如图8所示。
图9所示为VSC1侧带有三相不平衡的双端柔性开关仿真框图，其中VSC1侧电源电压三相不平衡。如图10所示，0.19s时电源开始出现三相不平衡，未采用改进型控制策略时，VSC1侧交流电流也出现三相不平衡。0.23s时采用改进型的控制策略，VSC1侧的负序电流得到消除，VSC2侧的交流电压电流均满足电网要求，但略有一点点畸变。柔性开关可以抵御一定程度的三相不平衡与谐波等电能质量问题，若一侧电能质量问题过于严重，需要闭锁严重一侧的变流器，隔离电能质量问题，防止传递到另一侧。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在锁相环回路的输入前添加SOGI相序分离模块，分离正序电压和负序电压，经过DSC滤波模块消除谐波对锁相环的影响；
步骤2、采用限波滤波器滤除由电压反馈回路采样得到的电压信息经过dq变换后产生的二倍频扰动信号，得到正序电压信息；
步骤3、电流反馈回路采样信号先经过Clark变换，然后经过SOGI相序分离，再经过Park变换得到分离后的正序电流信号和负序电流信号，消除负序电流信号。
2.根据权利要求1所述的一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，其特征在于，所述的步骤1包括：
三相电压经过Clark变换后变为两相旋转分量，再经过正负序分离、DSC滤波后得到仅保留基波信息的正序分量和负序分量。
3.根据权利要求1所述的一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，其特征在于，所述的DSC滤波模块消除谐波的表达式为：
u(t)为需要进行滤波的信号，T则为该信号的周期。
4.根据权利要求1所述的一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，其特征在于，限波滤波器模块滤除二倍频扰动信号采用的公式为：
wn为无阻尼的自然频率，s为复频率，Q＝kωn，k为系数。
5.根据权利要求1所述的一种抵御三相不平衡及谐波的柔性开关的控制方法，其特征在于，所述的SOGI相序分离模块将正弦信号分离为同相信号及正交信号，其中：
同相信号传递函数为：
正交信号传递函数为：
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