CN112688339A - 一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法及装置 - Google Patents

一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法及装置，所述方法包括：采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值，将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零；本发明的优点在于：实现三相不平衡调节器在负载三相电流较不平衡情况下的稳定运行。

Description

一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法及装置
技术领域
本发明涉及补偿电流限幅技术领域，更具体涉及一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法及装置。
背景技术
三相不平衡调节器是一种用于动态治理配网三相不平衡、补偿无功的新型电力电子装置，它能够根据配网用户由于不同时间段或不同负荷导致的配网三相不平衡电流，利用控制算法分离出不平衡电流的正负零序及无功，通过触发功率器件IGBT，使逆变器发出与之相反的抵消电流，达到消除不平衡及补偿无功的作用。三相不平衡调节器在超出补偿范围后易出现补偿电流不平衡从而造成直流侧电压波动的问题。
三相不平衡调节器的工作部分主要包括主电路、驱动电路、指令电流运算电路和指令电流跟踪电路。其中指令电流运算电路是三相不平衡调节器最为关键的算法核心，调节器通过电流、电压霍尔元件对负载电流、网侧电压进行采样，然后将电流信号送入指令电流运算电路进行计算分析，提取获得所需要的参考指令电流；指令电流跟踪电路得到指令信号，采取适当合理的控制策略，对比实际电流信号和指令电流，控制实际电流跟踪指令信号，计算出合适的占空比信号，并发送给驱动电路模块；驱动电路对PWM信号进行放大和增加其驱动带载能力，传递给主电路的开关管；开关管根据驱动波形，控制电流通断，主电路输出补偿电流，完成对运算电路计算参考电流的实现。其中由指令电流运算模块计算，主电路输出的补偿电流与负载电流中的不平衡和谐波分量幅值相等，相位相反，所以根据电流叠加定理，补偿后入网电流只剩下正弦的基波电流分量，三相不平衡调节器实现了对非线性不平衡负载的不平衡电流调节和谐波分量的补偿，改善了其电能质量。三相不平衡调节器的调节能力有限，考虑到经济性和实际变电台区三相电流的不平衡度，不平衡调节器通常按照配电变压器容量的20％-25％进行容量选取，则由于谐波、无功和瞬时工况的变化，会出现需要补偿的电流超过调节器额定电流的情况，为避免调节器输出的补偿电流超过其调节能力，从而引发过流保护甚至对硬件造成损坏，通常需要对调节器输出的补偿电流进行限幅，使其不超过自身调节能力，例如中国专利申请号CN201210172255.7，公开了一种D-STATCOM的线电流不对称补偿的相电流平衡限幅方法，就是求取一组相电流向量，该组相电流向量在满足D-STATCOM装置的相电流不超过补偿极限，且相电流和线电流满足基尔霍夫电流定律的条件下，使该组相电流向量中的三相电流瞬时值的绝对值尽可能均衡，最终利用多电平PWM脉冲对D-STATCOM中的级联型变流器进行控制，以获得相应的平衡限幅相电流。首先其应用于静态同步补偿器，并不是应用于三相不平衡调节器，其次这种限幅没有考虑到三相之间的平衡而只是对单相总电流进行限幅，从而导致三相间转移电流和不为零，这会造成直流侧电容充电或放电，引发直流侧电压波动，使系统难以长时间稳定运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术的补偿电流限幅方法没有考虑到三相之间的平衡而只是对单相总电流进行限幅，导致系统难以长时间稳定运行，不适用于三相不平衡调节器。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，所述方法包括：采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值，将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零。
现有的补偿电流限幅方法仅考虑将各相补偿电流限制上限，而没有考虑三相间的平衡问题。在负载三相电流不平衡度较大的情况下，会出现某相输出电流超出限幅值，若仅简单将其限制在补偿范围内而对其他相输出电流不做处理，则会导致三相输出电流和不为零，直流侧电容电压会产生波动，从而使不平衡调节器无法长期稳定运行，甚至对硬件和电网造成影响。本发明通过将三相补偿电流进行同比例限制，使三相间转移的电流和始终为零，实现了三相不平衡调节器在负载三相电流较不平衡情况下的稳定运行，也提高了三相不平衡调节器对不同负载的适应能力。
进一步地，所述采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值，包括：
通过公式
Figure BDA0002840999260000031
获取三相电流平均值，其中，Iavg表示三相电流平均值，Ia表示A相电流峰值，Ib表示B相电流峰值，Ic表示C相电流峰值。
更进一步地，所述三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值为：
Figure BDA0002840999260000041
其中，Iadv表示A相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Ibdv表示B相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Icdv表示C相电流峰值与三相电流平均值之间的差值。
更进一步地，所述将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零，包括：
取三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值中绝对值最大值Idvmax，
若Idvmax≤Imax，则
Figure BDA0002840999260000042
其中，Iao为A相补偿电流值，Ibo为B相补偿电流值，Ico为C相补偿电流值，Imax为补偿电流上限；
此时，三相间转移的电流和为Iao+Ibo+Ibo＝Ia+Ib+Ic-3Iavg＝0。
更进一步地，所述若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零，包括：
若Idvmax＞Imax，则
Figure BDA0002840999260000043
此时，三相间转移的电流和为
Figure BDA0002840999260000044
本发明还提供一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，所述装置包括：
三相电流平均值获取模块，用于采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值；
第一限幅比较模块，用于将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；
第二限幅比较模块，用于若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零。
进一步地，所述三相电流平均值获取模块，还用于：
通过公式
Figure BDA0002840999260000051
获取三相电流平均值，其中，Iavg表示三相电流平均值，Ia表示A相电流峰值，Ib表示B相电流峰值，Ic表示C相电流峰值。
更进一步地，所述三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值为：
Figure BDA0002840999260000052
其中，Iadv表示A相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Ibdv表示B相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Icdv表示C相电流峰值与三相电流平均值之间的差值。
更进一步地，所述第一限幅比较模块，还用于：
取三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值中绝对值最大值Idvmax，
若Idvmax≤Imax，则
Figure BDA0002840999260000053
其中，Iao为A相补偿电流值，Ibo为B相补偿电流值，Ico为C相补偿电流值，Imax为补偿电流上限；
此时，三相间转移的电流和为Iao+Ibo+Ibo＝Ia+Ib+Ic-3Iavg＝0。
更进一步地，所述第二限幅比较模块，还用于：
若Idvmax＞Imax，则
Figure BDA0002840999260000061
此时，三相间转移的电流和为
Figure BDA0002840999260000062
本发明的优点在于：现有的补偿电流限幅方法仅考虑将各相补偿电流限制上限，而没有考虑三相间的平衡问题。在负载三相电流不平衡度较大的情况下，会出现某相输出电流超出限幅值，若仅简单将其限制在补偿范围内而对其他相输出电流不做处理，则会导致三相输出电流和不为零，直流侧电容电压会产生波动，从而使不平衡调节器无法长期稳定运行，甚至对硬件和电网造成影响。本发明通过将三相补偿电流进行同比例限制，使三相间转移的电流和始终为零，实现了三相不平衡调节器在负载三相电流较不平衡情况下的稳定运行，也提高了三相不平衡调节器对不同负载的适应能力。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法中负载电流较不平衡情况下采用传统补偿电流限幅方法的三相补偿电流波形；
图3为本发明实施例所提供的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法在负载电流较不平衡情况下采用三相补偿电流同比例限幅方法的三相补偿电流波形；
图4为本发明实施例所提供的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法中负载电流较不平衡情况下采用传统补偿电流限幅方法的直流侧电压波形；
图5为本发明实施例所提供的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法在负载电流较不平衡情况下采用三相补偿电流同比例限幅方法的直流侧电压波形。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例1提供一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，所述方法包括：
步骤S1：采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值；具体过程为：
通过公式
Figure BDA0002840999260000071
获取三相电流平均值，其中，Iavg表示三相电流平均值，Ia表示A相电流峰值，Ib表示B相电流峰值，Ic表示C相电流峰值。
步骤S2：将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；具体过程为：
三相电流峰值与三相电流峰值平均值Iavg的差值分别为
Figure BDA0002840999260000081
其中，Iadv表示A相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Ibdv表示B相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Icdv表示C相电流峰值与三相电流平均值之间的差值。
取三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值中绝对值最大值Idvmax，
若Idvmax≤Imax，则
Figure BDA0002840999260000082
其中，Iao为A相补偿电流值，Ibo为B相补偿电流值，Ico为C相补偿电流值，Imax为补偿电流上限；
此时，三相间转移的电流和为Iao+Ibo+Ibo＝Ia+Ib+Ic-3Iavg＝0。
步骤S3：若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零，具体过程为：
若Idvmax＞Imax，即有某一相甚至多相电流均超出调节器的补偿范围，则
Figure BDA0002840999260000083
此时，三相间转移的电流和为
Figure BDA0002840999260000084
综上，现有技术中的三相不平衡调节器实现的是将各相补偿电流限制上限，而没有考虑三相间的平衡问题。当指令电流运算电路计算出的某相输出电流超出限幅值时，通过PWM脉宽调制方式将其输出电流控制在限幅值以内，显然由于没有考虑三相间平衡问题，很容易影响装置的稳定运行。
而本实施例中三相不平衡调节器补偿电流限幅方法是：首先由指令电流运算电路计算初步的三相补偿电流，判断其中最大值是否超出限幅值，若不超出则将初步计算得出的三相补偿电流作为输出电流；若超出则缩小至限幅值，并将其他相初步计算得出的三相补偿电流按同等比例缩小后作为输出电流。与现有技术中的补偿电流限幅方法相比可以保证装置在负载三相电流较不平衡情况下稳定运行，提高装置对不同负载的适应能力。
图2和图3分别为负载电流较不平衡情况下采用传统补偿电流限幅方法和本发明限幅方法的三相补偿电流波形。图2中每条曲线表示三相中一相的电流波形，图3中每条曲线表示三相中一相的电流波形。图2采用传统补偿电流限幅方法，由于其中一相负载所需的补偿电流超出限幅值，导致此相输出电流波形在波峰和波谷附近被削顶，显然此时三相间电流和不为零。图3采用本发明三相补偿电流同比例限幅方法，三相补偿电流均被按比例缩小至限幅值以内，三相电流和为0。
图4和图5分别为负载电流较不平衡情况下采用传统补偿电流限幅方法和本发明限幅方法的直流侧电压波形。图4采用传统补偿电流限幅方法，可以看出其直流侧电压波动大于图5中采用本发明三相补偿电流同比例限幅方法的直流侧电压波动，且传统补偿电流限幅方法易造成直流侧电压始终低于目标值，从而影响系统的稳定运行。
通过以上技术方案，本发明实施例1提供的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，通过将三相补偿电流进行同比例限制，使三相间转移的电流和始终为零，实现了三相不平衡调节器在负载三相电流较不平衡情况下的稳定运行，也提高了三相不平衡调节器对不同负载的适应能力。
实施例2
与本发明实施例1相对应的，本发明实施例2还提供一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，所述装置包括：
三相电流平均值获取模块，用于采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值；
第一限幅比较模块，用于将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；
第二限幅比较模块，用于若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零。
具体的，所述三相电流平均值获取模块，还用于：
通过公式
Figure BDA0002840999260000101
获取三相电流平均值，其中，Iavg表示三相电流平均值，Ia表示A相电流峰值，Ib表示B相电流峰值，Ic表示C相电流峰值。
具体的，所述三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值为：
Figure BDA0002840999260000102
其中，Iadv表示A相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Ibdv表示B相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Icdv表示C相电流峰值与三相电流平均值之间的差值。
具体的，所述第一限幅比较模块，还用于：
取三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值中绝对值最大值Idvmax，
若Idvmax≤Imax，则
Figure BDA0002840999260000111
其中，Iao为A相补偿电流值，Ibo为B相补偿电流值，Ico为C相补偿电流值，Imax为补偿电流上限；
此时，三相间转移的电流和为Iao+Ibo+Ibo＝Ia+Ib+Ic-3Iavg＝0。
具体的，所述第二限幅比较模块，还用于：
若Idvmax＞Imax，则
Figure BDA0002840999260000112
此时，三相间转移的电流和为
Figure BDA0002840999260000113
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，其特征在于，所述方法包括：采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值，将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零。
2.根据权利要求1所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，其特征在于，所述采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值，包括：
通过公式
Figure FDA0002840999250000011
获取三相电流平均值，其中，Iavg表示三相电流平均值，Ia表示A相电流峰值，Ib表示B相电流峰值，Ic表示C相电流峰值。
3.根据权利要求2所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，其特征在于，所述三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值为：
Figure FDA0002840999250000012
其中，Iadv表示A相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Ibdv表示B相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Icdv表示C相电流峰值与三相电流平均值之间的差值。
4.根据权利要求3所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，其特征在于，所述将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零，包括：
取三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值中绝对值最大值Idvmax，
若Idvmax≤Imax，则
Figure FDA0002840999250000021
其中，Iao为A相补偿电流值，Ibo为B相补偿电流值，Ico为C相补偿电流值，Imax为补偿电流上限；
此时，三相间转移的电流和为Iao+Ibo+Ibo＝Ia+Ib+Ic-3Iavg＝0。
5.根据权利要求4所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅方法，其特征在于，所述若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零，包括：
若Idvmax＞Imax，则
Figure FDA0002840999250000022
此时，三相间转移的电流和为
Figure FDA0002840999250000023
6.一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，其特征在于，所述装置包括：
三相电流平均值获取模块，用于采集三相电流峰值，并取平均值获得三相电流平均值；
第一限幅比较模块，用于将三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值与补偿电流上限进行比较，若差值中绝对值最大值不超出补偿电流上限，则此差值直接作为补偿电流值输出，与此同时三相间转移的电流和为零；
第二限幅比较模块，用于若差值中绝对值最大值超出补偿电流上限，则按照比例将差值缩小至补偿范围内，与此同时三相间转移的电流和为零。
7.根据权利要求6所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，其特征在于，所述三相电流平均值获取模块，还用于：
通过公式
Figure FDA0002840999250000031
获取三相电流平均值，其中，Iavg表示三相电流平均值，Ia表示A相电流峰值，Ib表示B相电流峰值，Ic表示C相电流峰值。
8.根据权利要求7所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，其特征在于，所述三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值为：
Figure FDA0002840999250000032
其中，Iadv表示A相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Ibdv表示B相电流峰值与三相电流平均值之间的差值，Icdv表示C相电流峰值与三相电流平均值之间的差值。
9.根据权利要求8所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，其特征在于，所述第一限幅比较模块，还用于：
取三相电流峰值与三相电流平均值之间的差值中绝对值最大值Idvmax，
若Idvmax≤Imax，则
Figure FDA0002840999250000033
其中，Iao为A相补偿电流值，Ibo为B相补偿电流值，Ico为C相补偿电流值，Imax为补偿电流上限；
此时，三相间转移的电流和为Iao+Ibo+Ibo＝Ia+Ib+Ic-3Iavg＝0。
10.根据权利要求9所述的一种三相不平衡调节器的补偿电流限幅装置，其特征在于，所述第二限幅比较模块，还用于：
若Idvmax＞Imax，则
Figure FDA0002840999250000041
此时，三相间转移的电流和为
Figure FDA0002840999250000042
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