CN112909957A - 一种串联有源电压质量治理系统及控制方法 - Google Patents

一种串联有源电压质量治理系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112909957A
CN112909957A CN201911218872.4A CN201911218872A CN112909957A CN 112909957 A CN112909957 A CN 112909957A CN 201911218872 A CN201911218872 A CN 201911218872A CN 112909957 A CN112909957 A CN 112909957A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
signal
current
series
power grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911218872.4A
Other languages
English (en)
Inventor
王森
刘咏妮
王萍
荣为青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Actionpower Power Supply Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Actionpower Power Supply Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Actionpower Power Supply Technology Co ltd filed Critical Suzhou Actionpower Power Supply Technology Co ltd
Priority to CN201911218872.4A priority Critical patent/CN112909957A/zh
Publication of CN112909957A publication Critical patent/CN112909957A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种串联有源电压质量治理系统及控制方法，该系统包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元置于交流电网与负载间，主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，该控制方法采用DSP和FPGA双CPU控制，使并联部分、串联部分可进行独立控制，延迟小、性能优，可对电网电压做出及时、可靠的补偿处理，提高了电网电压质量，同时解决了并联部分电流受电网电压畸变影响导致直流母线电压不稳定的技术问题，消除了串联部分交流信号的静态误差，实现了交流信号的无差跟踪。

Description

一种串联有源电压质量治理系统及控制方法
技术领域
本发明涉及涉及电能质量治理领域，具体涉及一种串联有源电压质量治理系统及控制方法。
背景技术
目前，电能质量问题受到了越来越多的关注，随着非线性电力电子装置和冲击性、波动性负荷在现代工业中的广泛应用，导致电网电压存在过压、欠压、电压暂降及谐波等电压质量问题，这些问题将导致一些重要的负载或对电能质量敏感的设备性能降低、寿命缩短。
针对这一问题，一种直接有效的措施是在电网和敏感负荷之间加装串联有源电压质量治理系统(active voltage quality regulator, AVQR)，通过向电网注入补偿电压来保证用户端的电压质量。由于串联装置只需要补偿系统电压的畸变和与额定值相差部分，而大部分能量还是直接由电网提供给负载，所以通常它们具有更高的效率。
由于串联有源电压质量治理系统（AVQR）是串联在电网与敏感负荷之间，所以系统的硬件部分由并联部分、串联部分及旁路三部分组成。现有串联有源电压质量治理系统（AVQR）的并联、串联部分均采用单相全桥两电平结构，且常规控制方式是单CPU控制。该结构存在的问题是：两电平结构桥臂之间存在耦合，系统效率低，单CPU控制无法对电网电压做出及时、可靠的补偿处理，电网电压质量差。
如何解决上述问题，是本领域技术人员致力于解决的事情。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种串联有源电压质量治理系统，该系统体积小、损耗小，稳定性强，能够确保电网电压质量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种串联有源电压质量治理系统，包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，所述旁路单元置于交流电网与负载间，所述主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，所述LCL无源滤波器包括电容Cfc、电感Lfg及电感Lf2，所述储能单元包括并联的储能电容C1与储能电容C2，单相三电平半桥整流器及单相三电平半桥逆变器均包含多个串联的IGBT单管，所述LC滤波器包括串联的电感Lf3及电容Cf，所述控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，其中：
采样单元用于实时监测系统运行情况，获得采样数据，所述采样数据包括电容C1两端的电压Udcl、电容C2两端的电压Udc2、电网电压Us、电感Lf2的电流i3、电容Cfc的电流i4、电容Cf两端的电压U0、电感Lf3的输出电流IL及负载ZL的电流IZ；
FPGA分别与数据交互缓冲单元、采样单元连接，从采样单元中读取采样数据存储至数据交互缓冲单元；
DSP，与数据交互缓冲单元相连，将从上位机获取的控制参数存储至数据缓冲单元，并通过读取数据交互缓冲单元中的采样数据与获取的控制参数进行对比，发送并联部分输出信号及串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
FPGA根据从数据交互缓冲单元中读取的并联部分输出信号及串联部分输出信号，输出并联部分驱动信号及串联部分驱动信号给主路单元，对主路单元进行控制。
优选地，所述LCL无源滤波器中，电容Cfc、电感Lfg及电感Lf2的一端相连，电容Cfc的另一端与电网的N线连接，电感Lfg的另一端与电网的相线连接；
所述单相三电平半桥整流器包括依次串联的4个IGBT单管V1、V2、V3、V4，4个IGBT单管的栅极受并联部分驱动信号的控制；
所述储能电容中，储能电容C1的负极与储能电容C2的正极连接，储能电容C1的正极与IGBT单管V1的源极连接，储能电容C2的负极与IGBT单管V4的漏极连接，储能电容C1的负端、储能电容C2的正端还与电网的N线连接；
所述单相三电平半桥逆变器包括依次串联的4个IGBT单管V5、V6、V7、V8，4个IGBT单管的栅极受串联部分驱动信号的控制；
所述LC滤波器中电容Cf的一端与电网的N线连接、另一端与电感Lf3的一端及负载ZL连接，电感Lf3的另一端与IGBT单管V6的漏极连接。
作为一种具体的实施方式，所述单相三电平半桥整流器中还包括2个二极管T1、T2，二极管T1、T2串联后两端接入IGBT单管V2、V3的两侧，电感Lf2的另一端接入IGBT单管V2与V3间；所述单相三电平半桥逆变器中还包括2个二极管T3、T4，二极管T3、T4串联后两端接入IGBT单管V6、V7的两侧，所述二极管T1的正端、二极管T2的负端、二极管T3的正端及二极管T4的负端还与电网的N线连接。
本发明的另一个目的是提供一种串联有源电压质量治理系统的控制方法，包括以下步骤：
1)DSP上电、初始化并从上位机获取控制参数，将控制参数存储至数据交互缓冲单元；
FPGA上电运行，实时读取数据交互缓冲单元及采样单元，采样单元采集数据并通过FPGA将采样数据存储至数据交互缓冲单元；
2）DSP使硬件电路单元处于旁路状态，读取数据交互缓冲单元中的采样数据，与控制参数进行对比，判断电网电压Us是否合格，如果合格，继续处于旁路状态；如果不合格，发送并联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
3）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到并联部分输出信号时，输出并联部分驱动信号以进行并联部分直流母线稳压控制；
4）并联部分直流母线稳压后，DSP将系统从旁路切换到主路；
5）DSP发送串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
6）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到串联部分输出信号时，输出串联部分驱动信号进行串联部分逆变输出。
优选地，步骤1) 并联部分驱动信号的产生过程如下：
1.1）电压环调节
1.1.1）将电压Udcl及电压Udc2做差，通过PI调节器，得到电流信号i1；
对电压Udcl及电压Udc2求和，将储能电容C1及储能电容C2电压目标值的和Udcref与电压Udcl与电压Udc2 的和求差，经过PI调节器得到电流信号i2的幅值；
将电网电压Us通过PLL进行锁相得到电网电压的相位；
将电流信号i2的幅值与电网电压的相位相乘即可得到一个与电网电压同相位的电流信号i2；
1.1.2）将电流信号i1、电流信号i2求和后与电感Lf2电流i3求差得到电流误差信号；
1.2）电流环调节
将步骤1.1.2）中得到的电流误差信号依次经重复控制器、比例控制器处理，得到电流信号i′，将电流信号i′与电流信号i4分别乘以比例参数后与电网电压Us三者求和，得到基频的正弦调制信号；
1.3）根据并联部分IGBT单管的工作频率，生成并联部分的载波信号；
1.4）将步骤1.2）所得到的正弦调制信号与步骤1.3）所得到的载波信号通过比较器进行比较得到单相三电平半桥整流器的SPWM脉冲驱动信号，即并联部分驱动信号。
优选地，步骤1) 串联部分驱动信号的产生过程如下：
1.5）电压环调节
将输出信号U0与电压补偿目标值Uoref求差，求差信号依次经重复控制器、P调节器得到电流给定信号i5；
1.6）电流环调节
将电流给定信号i5与IL求差，经P控制器，得到基频正弦调制信号；
1.7）根据串联部分IGBT单管的工作频率，生成串联部分的载波信号；
1.8）将步骤1.6）所得到的基频正弦调制信号与将步骤1.7）所得到的载波信号进行比较，得到逆变器开关管的脉冲驱动信号，即串联部分驱动信号。
优选地，在步骤2）DSP读取数据交互缓冲单元的采样数据后，DSP采用TTA算法对电网电压Us中的电网谐波进行检测同时采用瞬时无功理论算法提取电流IZ中的无功电流，发出电网谐波信号及无功电流信号给数据交互缓冲单元；
FPGA在实时读取数据交互缓冲单元中控制参数的同时，将读取到的电网谐波信号的反信号叠加至电压补偿目标值Uoref，叠加后的信号记为Uoref′，同时将读取到的无功电流的反信号叠加至i′，叠加后的信号记为i″。
由于上述技术方案的运用，本发明的串联有源电压质量治理系统及控制方法与现有技术相比具有下列优点：
1）其采用的控制器中包含了DSP、FPGA双CPU，该控制器综合利用DSP做数字处理，具有时序逻辑强的特点，结合FPGA控制快、延迟小的优点，其性能可与模拟系统相媲美，可以对电网电压做及时、可靠的补偿处理，提高电网电压质量，同时采用三电平半桥结构较两电平桥式结构具有桥臂数量少，桥臂之间不存在耦合的特点，降低了IGBT单管上的电压应力，减小了系统的体积及损耗，提高了系统的稳定性；
2）本发明的串联有源电压质量治理系统的控制方法，并联部分、串联部分由FPGA进行独立控制，并联部分采用电压环调节、电流环调节双闭环控制，以输出稳定的直流母线电压；其中并联部分的电压环调节采用有源阻尼算法抑制LCL滤波器的谐振峰，解决了电网侧由于LCL型滤波器对并网逆变器系统带来谐振峰以及无源阻尼方法产生的系统损耗大的技术问题；并联部分的电流环调节采用电网电压前馈抑制电网电压扰动，解决了并联部分电流受电网电压畸变影响导致直流母线电压不稳定的技术问题。串联部分采用电压、电流双闭环控制，串联部分的电压环调节采用重复控制+比例控制，利用重复控制的内膜原理可以消除交流信号的静态误差，实现输出信号对输入信号的无差跟踪；电流环调节采用比例控制，来提高系统的开环增益；
3）本发明的串联有源电压质量治理系统的控制方法，在电网存在过压、欠压、谐波及无功时，输出一定的基波电压、谐波电压及无功电流对电网电压进行补偿，从而保证电网电压的质量。
附图说明
图1是本发明所述的串联有源电压质量治理系统的结构图；
图2为本发明基于DSP和FPGA的双CPU控制器框图；
图3为本发明实施例中DSP执行流程图；
图4为本发明实施例中FPGA执行流程图；
图5为本发明实施例中FPGA进行并联部分控制的原理框图；
图6为本发明实施例中FPGA进行串联部分控制的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
一种串联有源电压质量治理系统，包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，旁路单元置于交流电网与负载间，参见图1所示，主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，LCL无源滤波器包括电容Cfc、电感Lfg及电感Lf2，储能单元包括并联的储能电容C1与储能电容C2，单相三电平半桥整流器及单相三电平半桥逆变器均包含多个串联的IGBT单管，LC滤波器包括串联的电感Lf3及电容Cf，控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，参见图2所示，其中：
采样单元用于实时监测系统运行情况，获得采样数据，采样数据包括电容C1两端的电压Udcl、电容C2两端的电压Udc2、电网电压Us、电感Lf2的电流i3、电容Cfc的电流i4、电容Cf两端的电压U0、电感Lf3的输出电流IL及负载ZL的电流IZ；
FPGA分别与数据交互缓冲单元、采样单元连接，从采样单元中读取采样数据存储至数据交互缓冲单元；
DSP，与数据交互缓冲单元相连，将从上位机获取的控制参数存储至数据缓冲单元，并通过读取数据交互缓冲单元中的采样数据与获取的控制参数进行对比，发送并联部分输出信号及串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
FPGA根据从数据交互缓冲单元中读取的并联部分输出信号及串联部分输出信号，输出并联部分驱动信号及串联部分驱动信号给主路单元，对主路单元进行控制。
具体的，参见图1所示，LCL无源滤波器中，电容Cfc、电感Lfg及电感Lf2的一端相连，电容Cfc的另一端与电网的N线连接，电感Lfg的另一端与电网的相线连接；
单相三电平半桥整流器包括依次串联的4个IGBT单管V1、V2、V3、V4，4个IGBT单管的栅极受并联部分驱动信号的控制；
储能电容中，储能电容C1的负极与储能电容C2的正极连接，储能电容C1的正极与IGBT单管V1的源极连接，储能电容C2的负极与IGBT单管V4的漏极连接，储能电容C1的负端、储能电容C2的正端还与电网的N线连接；
单相三电平半桥逆变器包括依次串联的4个IGBT单管V5、V6、V7、V8，4个IGBT单管的栅极受串联部分驱动信号的控制；
LC滤波器中电容Cf的一端与电网的N线连接、另一端与电感Lf3的一端及负载ZL连接，电感Lf3的另一端与IGBT单管V6的漏极连接。
这里，参见图1所示，该单相三电平半桥整流器中还包括2个二极管T1、T2，二极管T1、T2串联后两端接入IGBT单管V2、V3的两侧，电感Lf2的另一端接入IGBT单管V2与V3间；单相三电平半桥逆变器中还包括2个二极管T3、T4，二极管T3、T4串联后两端接入IGBT单管V6、V7的两侧，二极管T1的正端、二极管T2的负端、二极管T3的正端及二极管T4的负端还与电网的N线连接。
这里，在主路单元采用LCL无源滤波器，较与LC滤波器多了一级网侧滤波电感，可以对桥侧输出电流进行并联阻抗分流再滤除开关次，有效降低注入电网电流中的谐波电流分量。
单相三电平半桥整流器电平数的增加，使其直流输出侧具有更小的电压脉动及更好的动态性能，也使得电源侧电流比两电平的电路更接近正弦，且随着电平数的增加，正弦性越好，功率因数更高，且桥臂开关数量的增加也有利于降低开关管上的电压应力，提高系统工作的稳定性。
直流侧采用储能电容C1和电容C2具有滤波、储能的作用。
单相三电平半桥整流器与电网、LCL滤波器及直流侧储能大电容C1、C2形成整流系统，为串联逆变部分提供稳定的直流母线电压。
LC滤波器对逆变器输出的三电平交流电压进行滤波，将其滤成标准的正弦波。
单相三电平半桥逆变器输入端接直流侧储能大电容，输出接LC滤波单元的滤波电感，LC滤波电路的滤波电容与电网系统N线连接，等效于在电网中串入一个电压源。工作时，根据电网过、欠压的具体情况，逆变输出相应的交流电压叠加到电网中进行电网电压补偿。
旁路k主要包含接触器及晶闸管（图中未示出），晶闸管由两个反向晶闸管并联组成，与接触器并联再并到LC电路的滤波电容两端，由于接触器吸合需要一定的时间，为了使负载侧持续供电，晶闸管先开通待接触器吸合之后再断开。电网电压正常时，接触器处于吸合状态，旁路为后级负载供电，电网电压过、欠压时，接触器断开，主机运行为负载侧供电。
本例中还提供一种串联有源电压质量治理系统的控制方法，包括以下步骤：
1)DSP上电、初始化并从上位机获取控制参数，将控制参数存储至数据交互缓冲单元；
FPGA上电运行，实时读取数据交互缓冲单元及采样单元，采样单元采集数据并通过FPGA将采样数据存储至数据交互缓冲单元；
2）DSP使硬件电路单元处于旁路状态，读取数据交互缓冲单元中的采样数据，与控制参数进行对比，判断电网电压Us是否合格，如果合格，继续处于旁路状态；如果不合格，发送并联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
3）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到并联部分输出信号时，输出并联部分驱动信号以进行并联部分直流母线稳压控制；
4）并联部分直流母线稳压后，DSP将系统从旁路切换到主路；
5）DSP发送串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
6）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到串联部分输出信号时，输出串联部分驱动信号进行串联部分逆变输出。DSP和FPGA的执行流程分别参见图3、4所示。
其中，步骤1) 并联部分驱动信号的产生过程如下，参见图5所示：
1.1）电压环调节
1.1.1）将电压Udcl及电压Udc2做差，通过PI调节器，得到电流信号i1；
对电压Udcl及电压Udc2求和，将储能电容C1及储能电容C2电压目标值的和Udcref与电压Udcl与电压Udc2 的和求差，经过PI调节器得到电流信号i2的幅值；
将电网电压Us通过PLL进行锁相得到电网电压的相位；
将电流信号i2的幅值与电网电压的相位相乘即可得到一个与电网电压同相位的电流信号i2；
1.1.2）将电流信号i1、电流信号i2求和后与电感Lf2电流i3求差得到电流误差信号；
1.2）电流环调节
将步骤1.1.2）中得到的电流误差信号依次经重复控制器、比例控制器处理，得到电流信号i′，将电流信号i′与电流信号i4分别乘以比例参数后与电网电压Us三者求和，得到基频的正弦调制信号；
1.3）根据并联部分IGBT单管的工作频率，生成并联部分的载波信号；
1.4）将步骤1.2）所得到的正弦调制信号与步骤1.3）所得到的载波信号通过比较器进行比较得到单相三电平半桥整流器的SPWM脉冲驱动信号，即并联部分驱动信号。
步骤1) 串联部分驱动信号的产生过程如下，参见图6所示：
1.5）电压环调节
将输出信号U0与电压补偿目标值Uoref求差，求差信号依次经重复控制器、P调节器得到电流给定信号i5；
1.6）电流环调节
将电流给定信号i5与IL求差，经P控制器，得到基频正弦调制信号；
1.7）根据串联部分IGBT单管的工作频率，生成串联部分的载波信号；
1.8）将步骤1.6）所得到的基频正弦调制信号与将步骤1.7）所得到的载波信号进行比较，得到逆变器开关管的脉冲驱动信号，即串联部分驱动信号。
这里，在步骤2）DSP读取数据交互缓冲单元的采样数据后，DSP还采用TTA算法对电网电压Us中的电网谐波进行检测同时采用瞬时无功理论算法提取电流IZ中的无功电流，发出电网谐波信号及无功电流信号给数据交互缓冲单元；
FPGA在实时读取数据交互缓冲单元中控制参数的同时，将读取到的电网谐波信号的反信号叠加至电压补偿目标值Uoref，叠加后的信号记为Uoref′，则步骤1.5）的电压补偿目标值Uoref变为Uoref′；同时将读取到的无功电流的反信号叠加至i′，叠加后的信号记为i″，则步骤1.2）中的i′变为i″。
本发明并联部分的电压环调节采用有源阻尼算法，解决了电网侧由于LCL型滤波器对并网逆变器系统带来谐振峰以及无源阻尼方法产生的系统损耗大的技术问题；电流环调节时引入电网电压前馈，解决了并联部分电流受电网电压畸变影响，导致直流母线电压不稳定的技术问题；串联逆变采用电压环重复控制、比例控制，电流环比例控制三环控制方式，解决了交流信号无差跟踪的技术问题。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种串联有源电压质量治理系统，包括控制器、交流电网、主路单元、旁路单元及负载，所述旁路单元置于交流电网与负载间，所述主路单元包括并联部分与串联部分，并联部分包括LCL无源滤波器、单相三电平半桥整流器、储能电容；串联部分包括单相三电平半桥逆变器及LC滤波器，所述LCL无源滤波器包括电容Cfc、电感Lfg及电感Lf2，所述储能单元包括并联的储能电容C1与储能电容C2，单相三电平半桥整流器及单相三电平半桥逆变器均包含多个串联的IGBT单管，所述LC滤波器包括串联的电感Lf3及电容Cf，其特征在于，所述控制器包括DSP、数据交互缓冲单元、FPGA及采样单元，其中：
采样单元用于实时监测系统运行情况，获得采样数据，所述采样数据包括电容C1两端的电压Udcl、电容C2两端的电压Udc2、电网电压Us、电感Lf2的电流i3、电容Cfc的电流i4、电容Cf两端的电压U0、电感Lf3的输出电流IL及负载ZL的电流IZ；
FPGA分别与数据交互缓冲单元、采样单元连接，从采样单元中读取采样数据存储至数据交互缓冲单元；
DSP，与数据交互缓冲单元相连，将从上位机获取的控制参数存储至数据缓冲单元，并通过读取数据交互缓冲单元中的采样数据与获取的控制参数进行对比，发送并联部分输出信号及串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
FPGA根据从数据交互缓冲单元中读取的并联部分输出信号及串联部分输出信号，输出并联部分驱动信号及串联部分驱动信号给主路单元，对主路单元进行控制。
2.根据权利要求1所述的串联有源电压质量治理系统，其特征在于，
所述LCL无源滤波器中，电容Cfc、电感Lfg及电感Lf2的一端相连，电容Cfc的另一端与电网的N线连接，电感Lfg的另一端与电网的相线连接；
所述单相三电平半桥整流器包括依次串联的4个IGBT单管V1、V2、V3、V4，4个IGBT单管的栅极受并联部分驱动信号的控制；
所述储能电容中，储能电容C1的负极与储能电容C2的正极连接，储能电容C1的正极与IGBT单管V1的源极连接，储能电容C2的负极与IGBT单管V4的漏极连接，储能电容C1的负端、储能电容C2的正端还与电网的N线连接；
所述单相三电平半桥逆变器包括依次串联的4个IGBT单管V5、V6、V7、V8，4个IGBT单管的栅极受串联部分驱动信号的控制；
所述LC滤波器中电容Cf的一端与电网的N线连接、另一端与电感Lf3的一端及负载ZL连接，电感Lf3的另一端与IGBT单管V6的漏极连接。
3.根据权利要求2所述的串联有源电压质量治理系统，其特征在于，所述单相三电平半桥整流器中还包括2个二极管T1、T2，二极管T1、T2串联后两端接入IGBT单管V2、V3的两侧，电感Lf2的另一端接入IGBT单管V2与V3间；所述单相三电平半桥逆变器中还包括2个二极管T3、T4，二极管T3、T4串联后两端接入IGBT单管V6、V7的两侧，所述二极管T1的正端、二极管T2的负端、二极管T3的正端及二极管T4的负端还与电网的N线连接。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的串联有源电压质量治理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)DSP上电、初始化并从上位机获取控制参数，将控制参数存储至数据交互缓冲单元；
FPGA上电运行，实时读取数据交互缓冲单元及采样单元，采样单元采集数据并通过FPGA将采样数据存储至数据交互缓冲单元；
2）DSP使硬件电路单元处于旁路状态，读取数据交互缓冲单元中的采样数据，与控制参数进行对比，判断电网电压Us是否合格，如果合格，继续处于旁路状态；如果不合格，发送并联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
3）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到并联部分输出信号时，输出并联部分驱动信号以进行并联部分直流母线稳压控制；
4）并联部分直流母线稳压后，DSP将系统从旁路切换到主路；
5）DSP发送串联部分输出信号给数据交互缓冲单元；
6）FPGA在数据交互缓冲单元中读取到串联部分输出信号时，输出串联部分驱动信号进行串联部分逆变输出。
5.根据权利要求4所述的串联有源电压质量治理系统的控制方法，其特征在于，步骤1)并联部分驱动信号的产生过程如下：
1.1）电压环调节
1.1.1）将电压Udcl及电压Udc2做差，通过PI调节器，得到电流信号i1；
对电压Udcl及电压Udc2求和，将储能电容C1及储能电容C2电压目标值的和Udcref与电压Udcl与电压Udc2 的和求差，经过PI调节器得到电流信号i2的幅值；
将电网电压Us通过PLL进行锁相得到电网电压的相位；
将电流信号i2的幅值与电网电压的相位相乘即可得到一个与电网电压同相位的电流信号i2；
1.1.2）将电流信号i1、电流信号i2求和后与电感Lf2电流i3求差得到电流误差信号；
1.2）电流环调节
将步骤1.1.2）中得到的电流误差信号依次经重复控制器、比例控制器处理，得到电流信号i′，将电流信号i′与电流信号i4分别乘以比例参数后与电网电压Us三者求和，得到基频的正弦调制信号；
1.3）根据并联部分IGBT单管的工作频率，生成并联部分的载波信号；
1.4）将步骤1.2）所得到的正弦调制信号与步骤1.3）所得到的载波信号通过比较器进行比较得到单相三电平半桥整流器的SPWM脉冲驱动信号，即并联部分驱动信号。
6.根据权利要求5所述的串联有源电压质量治理系统的控制方法，其特征在于，步骤1)串联部分驱动信号的产生过程如下：
1.5）电压环调节
将输出信号U0与电压补偿目标值Uoref求差，求差信号依次经重复控制器、P调节器得到电流给定信号i5；
1.6）电流环调节
将电流给定信号i5与IL求差，经P控制器，得到基频正弦调制信号；
1.7）根据串联部分IGBT单管的工作频率，生成串联部分的载波信号；
1.8）将步骤1.6）所得到的基频正弦调制信号与将步骤1.7）所得到的载波信号进行比较，得到逆变器开关管的脉冲驱动信号，即串联部分驱动信号。
7.根据权利要求6所述的串联有源电压质量治理系统的控制方法，其特征在于，在步骤2）DSP读取数据交互缓冲单元的采样数据后，DSP采用TTA算法对电网电压Us中的电网谐波进行检测同时采用瞬时无功理论算法提取电流IZ中的无功电流，发出电网谐波信号及无功电流信号给数据交互缓冲单元；
FPGA在实时读取数据交互缓冲单元中控制参数的同时，将读取到的电网谐波信号的反信号叠加至电压补偿目标值Uoref，叠加后的信号记为Uoref′，同时将读取到的无功电流的反信号叠加至i′，叠加后的信号记为i″。
CN201911218872.4A 2019-12-03 2019-12-03 一种串联有源电压质量治理系统及控制方法 Pending CN112909957A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911218872.4A CN112909957A (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种串联有源电压质量治理系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911218872.4A CN112909957A (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种串联有源电压质量治理系统及控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112909957A true CN112909957A (zh) 2021-06-04

Family

ID=76103850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911218872.4A Pending CN112909957A (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种串联有源电压质量治理系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112909957A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114362569A (zh) * 2021-11-10 2022-04-15 四川旷谷信息工程有限公司 一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350539A (zh) * 2019-06-25 2019-10-18 苏州爱科赛博电源技术有限责任公司 一种dvr旁路晶闸管快速切除控制方法
CN210744751U (zh) * 2019-12-03 2020-06-12 苏州爱科赛博电源技术有限责任公司 一种串联有源电压质量治理系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350539A (zh) * 2019-06-25 2019-10-18 苏州爱科赛博电源技术有限责任公司 一种dvr旁路晶闸管快速切除控制方法
CN210744751U (zh) * 2019-12-03 2020-06-12 苏州爱科赛博电源技术有限责任公司 一种串联有源电压质量治理系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡长虹等: "一种无变压器耦合的单相串联型有源电压治理装置研发", 《电气传动自动化》, vol. 39, no. 5, pages 12 - 13 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114362569A (zh) * 2021-11-10 2022-04-15 四川旷谷信息工程有限公司 一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法
CN114362569B (zh) * 2021-11-10 2023-08-15 四川旷谷信息工程有限公司 一种共用直流母线的动车组地面电源及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tian et al. Series hybrid active power filter based on controllable harmonic impedance
US7183751B2 (en) Reactive power compensator device
CN103683356A (zh) 在线式不间断电源拓扑
CN102832642A (zh) 一种微源并网电能质量控制系统控制方法
CN110138253A (zh) 一种多谐振pr和pi联合控制的光伏并网逆变器控制方法
CN111740455A (zh) 一种交流不平衡电压与直流脉动电压统一补偿的母线接口变换器控制方法
CN210744751U (zh) 一种串联有源电压质量治理系统
CN109066684A (zh) 一种基于lcl滤波的三相有源电力滤波器及其控制方法
CN202817792U (zh) 一种微源并网电能质量控制系统
CN111740454A (zh) 一种基于母线接口变换器的混合微电网交直流电压统一控制方法
CN104578082A (zh) 动态电压校正装置、校正方法及负载短路故障的隔离方法
CN2796213Y (zh) 混合型大功率有源电力滤波器
CN112909957A (zh) 一种串联有源电压质量治理系统及控制方法
CN104158197B (zh) 一种基于svg的线电压补偿方法
CN105375515A (zh) 一种结合光伏发电的模块化多电平综合补偿装置
CN102496932A (zh) 一种并联型电压暂降补偿装置
CN112134469A (zh) 一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置
CN109149579B (zh) 基于网侧电流采样的hapf谐波补偿和谐振抑制的控制方法
CN212463075U (zh) 一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置
CN110336458B (zh) 谐波治理电路、具有该电路的电源和空调器
CN109038598B (zh) 一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法
CN111064202A (zh) 一种补偿器及其控制方法和系统
CN104158196A (zh) 一种基于svg的线电压补偿系统
CN104242317B (zh) 一种用于线电压补偿的svg投切方法
CN216252184U (zh) 用于配网侧电能质量综合治理及节能增效装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination