CN114172172B - 一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法 - Google Patents

一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法,应用于不设置隔离变压器的动态电压恢复器中,通过对三相交流输出电压进行正负序分离,从而实现对输出电压进行不平衡情况的检测;通过分别控制输出电压正负序分量,使DVR的三相输出电压达到对称,其中控制正序分量的输出为所需输出电压,控制负序分量为零,从而综合得到电流内环的参考量。本发明的技术效果在于,通过结合SOGI的正负序分量分离方法,可以通过两相静止坐标系下的正交分量,准确有效的分离出输出电压的正负序分量。从而使非隔离型DVR在不加入隔离变压器的情况下同样可以在不平衡工况下得到较好的三相输出电压对称性。从而减少了设备的体积和重量,降低了系统成本。

Description

一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法。
背景技术
随着工业自动化程度的日益提高,电力用户对电能质量问题也越来越敏感,其中电压暂降已经成为影响电力负荷安全运行最突出的问题。动态电压恢复器(DVR)被认为是目前解决电压暂降问题最经济、有效的用户电力装置,相对其它补偿装置而言,具有更高的灵活性和更好的经济性,应用前景非常广阔。
动态电压恢复器是补偿电压暂降的有效装置。通过在电网发生暂降故障之后,通过晶闸管断开敏感负载与电网的链接,由DVR输出故障后敏感设备的正常工作,维持负荷侧电压的稳定。
动态电压恢复器在实际运行中,敏感负荷三相不平衡的工况非常常见,因此DVR的设计需求中需要具有不平衡负载工况下的运行能力。通过对市场内现有多家知名品牌的相关产品及相关领域内科技论文与发明专利的检索与整理,现有DVR的产品主要通过加入隔离变压器改善不平衡负载条件下三相逆变器输出电压对称性。带隔离变压器的DVR的主要结构如图1所示。
而隔离型DVR虽然可以较好的解决不平衡负载的问题,但是由于其拓扑结构中加入了隔离变压器,从而增加了设备的体积和重量,同时也提高了整个系统的装机成本。
发明内容
本发明提出一种适用于非隔离型DVR在三相负载不平衡工况下的控制方法,使非隔离型DVR在不加入隔离变压器的情况下同样可以在不平衡工况下得到较好的三相输出电压对称性。
为了实现上述技术目的,本发明的技术方案是,
一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法,应用于不设置隔离变压器的动态电压恢复器中,包括以下步骤:
步骤一,通过对三相交流输出电压进行正负序分离,从而实现对输出电压进行不平衡情况的检测;
步骤二,通过分别控制输出电压正负序分量,以使动态电压恢复器的三相输出电压达到对称;其中控制正序分量的输出为恢复三相负载平衡所需输出的电压,控制负序分量为零,进而得到电流内环控制的参考量,从而控制三相电压恢复平衡。
所述的方法,其特征在于,所述的不设置隔离变压器的动态电压恢复器包括晶闸管、储能单元和逆变器,所述的储能单元与逆变器串联后连接至晶闸管的输出端。
所述的方法,所述的正负序分离是通过二阶广义积分器来通过信号延迟法实现的,包括以下步骤:
步骤1,首先将三相交流输出电压变换为两相静止坐标系下的电压,然后分离为正负序分量;
步骤2,对正负序分量分别通过二阶积分滤波器进行延迟变换以得到延迟变换后的正负序分量,并结合原正负序分量计算得到输出交流电压中的正负序分量。
所述的方法,所述的步骤1中,是通过以下过程计算两相静止坐标系下的正负序分量:
将三相交流输出电压分解为正序分量与负序分量:
其中ua为三相交流输出电压中的a相电压值,ub为三相交流输出电压中的b相电压值,uc为三相交流输出电压中的c相电压值,上标P表示正序分量,上标N表示负序分量;
对上式进行Clarke变换,则有交流输出电压在两相静止坐标系下的正负序分量表达式为:
其中uα为两相静止坐标系的α轴上的电压分量,uβ为两相静止坐标系的β轴上的电压分量。
所述的方法,所述的步骤2包括:
对正负序分量分别通过二阶积分滤波器进行延迟变换,从而得到:
其中q表示延迟90°后的值;
从而根据下式获得输出交流电压中的正负序分量:
所述的方法,所述的步骤二包括:
将分离出的两相静止坐标系下的电压的正负序分量输入至PI控制器,并由PI控制器来与电压正负序分量参考量进行比较后输出控制量,然后经2S/2R变换后得到电流内环的参考量,再与电流实际值输入至PI控制器,从而得到电流内环的输出调制波,经变换后最终得到动态电压恢复器的对称的三相输出电压。
所述的方法,所述的电压参考量中,α轴上的电压分量的正序分量参考量为恢复三相负载平衡所需输出的电压,负序分量的参考量为零;β轴上的电压分量的正序分量参考量为为恢复三相负载平衡所需输出的电压,负序分量的参考量为零。
所述的方法,所述的电流内环的参考量是控制量经2S/2R变换得到的d轴电流参考量id *和q轴电流参考量iq *,电流实际值是对三相电流进行采样后,再进行Park变换得到的d轴电流值id和q轴电流值iq
本发明的技术效果在于,本发明通过结合SOGI的正负序分量分离方法,可以通过两相静止坐标系下的正交分量,准确有效的分离出输出电压的正负序分量。从而使非隔离型DVR在不加入隔离变压器的情况下同样可以在不平衡工况下得到较好的三相输出电压对称性。这样相较于隔离型DVR减少了设备的体积和重量,降低了系统成本。
下面结合附图对本发明作出进一步说明。
附图说明
图1为现有隔离型DVR的结构示意图;
图2为本发明中非隔离型DVR的结构示意图;
图3为二阶广义积分器的结构示意图;
图4为输出电压正负序分量分离原理图;
图5为本发明非隔离型DVR三相负载不平衡控制方法原理图。
具体实施方式
参见图2,本实施例中所使用的非隔离型DVR相较于隔离型DVR减少了隔离变压器,并通过本实施例所提供的非隔离型DVR在三相负载不平衡工况下的控制方法,使非隔离型DVR在不加入隔离变压器的情况下同样可以在不平衡工况下得到较好的三相输出电压对称性。本实施例中所采用的不设置隔离变压器的动态电压恢复器包括晶闸管、储能单元和逆变器,其中储能单元与逆变器串联后连接至晶闸管的输出端。
本实施例所提供的方法包括以下步骤:
首先,本实施例所针对的情况,是负载确定后所出现的三相负载不平衡工况,即三相不平衡的情况是稳定不变的,然后通过本实施例所提供的方法来恢复三相输出电压的对称性。
当三相输出电压不平衡,且只考虑基波电压时,则交流输出电压U可描述为正序电动势U+、负序电动势U-和零序电动势U0三者的合成。
U=U++U-+U0
对于三相无中线连接的三相逆变器,一般不考虑零序电动势,即令U0=0。
处理三相负载不平衡工况,首先需要输出电压不平衡的检测。因此需要对三相交流输出电压进行正负序分离。
首先进行不平衡输出电压正负序分离:
二阶广义积分器(SOGI)是一种近年来已得到广泛运用的滤波器的结构,通过该滤波器能够有效获得给定的正弦信号的延迟90°的输出信号,本实施例即利用该结构来获得延迟信号,具体的SOGI结构如图3所示。
本实施例采用结合SOGI的信号延迟法来分离不平衡输出电压的正负序分量。对于三相无中线连接的变换器,由于没有零序分量通路,因此系统中不存在零序分量。输出交流电压可分解为正序分量与负序分量:
上式中,ua为三相交流输出电压中的a相电压值,ub为三相交流输出电压中的b相电压值,uc为三相交流输出电压中的c相电压值,上标P表示正序分量,上标N表示负序分量。
对上式进行Clarke变换,可得到交流输出电压在两相静止坐标系下的正负序分量表达式
上式中的uα为两相静止坐标系的α轴上的电压分量,uβ为两相静止坐标系的β轴上的电压分量。
前文指出的二阶积分滤波器SOGI,能有效获得输入量延迟90°的值,即如果输入量为v,则可得到延迟90°的值qv。
因此对上式进行延迟变换。
其中q表示延迟90°后的值。
根据上式可得输出交流电压中的正负序分量为:
因此根据上式可以得出对DVR交流侧输出电压的正负序分量分离的基本结构。其控制框图如图4所示。具体来说,图4中所体现的控制过程如上述步骤所述,首先将三相交流电压进行abc相到两相静止坐标αβ系的变换,然后通过二阶积分滤波器SOGI获得两相静止坐标αβ系下的延迟90°后的值,最后得到相应的正负序分量。其中表示信号汇集点,0.5表示比例系数0.5,即乘以0.5的比例系数。
在分离出输出电压的正负序分量之后,闭环反馈PI控制器能迫使正、负序输出电压无静差地跟踪参考量,可有效地抑制逆变器输出电压的基波扰动。因此这里通过分别控制输出电压正负序分量使DVR的三相输出电压达到对称。控制正序分量的输出为所需输出电压,控制负序分量为零,综合得到电流内环的参考量,控制方法的控制框图如图5所示。
具体来说,图5中所给出的控制流程,是首先将分离出的两相静止坐标系下的电压的正负序分量输入至PI控制器,并由PI控制器来与电压正负序分量参考量进行比较后输出控制量,然后经2S/2R变换后得到电流内环的参考量,再与电流实际值输入至PI控制器,从而得到电流内环的输出调制波,经变换后最终得到动态电压恢复器的对称的三相输出电压。
其中的电压参考量中,α轴上的电压分量的正序分量参考量为恢复三相负载平衡所需输出的电压,负序分量的参考量为零;β轴上的电压分量的正序分量参考量为为恢复三相负载平衡所需输出的电压,负序分量的参考量为零。
电流内环的参考量是控制量经2S/2R变换得到的d轴电流参考量id *和q轴电流参考量iq *,电流实际值是对三相电流进行采样后,再进行Park变换得到的d轴电流值id和q轴电流值iq。图5中的ωL表示电感的补偿量,vd和vq是电流内环的输出调制波。

Claims (6)

1.一种非隔离型动态电压恢复器三相负载不平衡控制方法,其特征在于,应用于不设置隔离变压器的动态电压恢复器中,包括以下步骤:
步骤一,通过对三相交流输出电压进行正负序分离,从而实现对输出电压进行不平衡情况的检测;
步骤二,通过分别控制输出电压正负序分量,以使动态电压恢复器的三相输出电压达到对称;其中控制正序分量的输出为恢复三相负载平衡所需输出的电压,控制负序分量为零,进而得到电流内环控制的参考量,从而控制三相电压恢复平衡;
所述的正负序分离是通过二阶广义积分器来通过信号延迟法实现的,包括以下步骤:
步骤1,首先将三相交流输出电压变换为两相静止坐标系下的电压,然后分离为正负序分量;
步骤2,对正负序分量分别通过二阶积分滤波器进行延迟变换以得到延迟变换后的正负序分量,并结合原正负序分量计算得到输出交流电压中的正负序分量;
所述的步骤二包括:
将分离出的两相静止坐标系下的电压的正负序分量输入至PI控制器,并由PI控制器来与电压正负序分量参考量进行比较后输出控制量,然后经2S/2R变换后得到电流内环的参考量,再与电流实际值输入至PI控制器,从而得到电流内环的输出调制波,经变换后最终得到动态电压恢复器的对称的三相输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的不设置隔离变压器的动态电压恢复器包括晶闸管、储能单元和逆变器,所述的储能单元与逆变器串联后连接至晶闸管的输出端。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的步骤1中,是通过以下过程计算两相静止坐标系下的正负序分量:
将三相交流输出电压分解为正序分量与负序分量:
其中ua为三相交流输出电压中的a相电压值,ub为三相交流输出电压中的b相电压值,uc为三相交流输出电压中的c相电压值,上标P表示正序分量,上标N表示负序分量;
对上式进行Clarke变换,则有交流输出电压在两相静止坐标系下的正负序分量表达式为:
其中uα为两相静止坐标系的α轴上的电压分量,uβ为两相静止坐标系的β轴上的电压分量。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述的步骤2包括:
对正负序分量分别通过二阶积分滤波器进行延迟变换,从而得到:
其中q表示延迟90°后的值;
从而根据下式获得输出交流电压中的正负序分量:
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的电压参考量中,α轴上的电压分量的正序分量参考量为恢复三相负载平衡所需输出的电压,负序分量的参考量为零;β轴上的电压分量的正序分量参考量为恢复三相负载平衡所需输出的电压,负序分量的参考量为零。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的电流内环的参考量是控制量经2S/2R变换得到的d轴电流参考量id *和q轴电流参考量iq *,电流实际值是对三相电流进行采样后,再进行Park变换得到的d轴电流值id和q轴电流值iq
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