CN116054183A - 一种谐波注入式提高链式svg电压利用率的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于SVG控制技术领域，具体提供了一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法及系统，其中方法包括：由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。本发明可以设置谐波的注入含量，可以将直流侧电压的利用率在0.866～1之间设置，从而可以有效平衡直流侧电压利用率与IGBT开关损耗之间的平衡，提高直流侧的利用率，既达到了减少功率单元个数降成本的要求，又实现了设备的低损耗的要求，是一种很有效很灵活很实用的一种方法，值得推广应用。

Description

一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法及系统
技术领域
本发明涉及SVG控制技术领域，更具体地，涉及一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法及系统。
背景技术
随着基于H桥级联型的装置的SVG(静止无功补偿器)产品技术越来越成熟，提高功率单元直流侧电压的利用率，不仅减少每相功率单元个数来降低产品成本，还轻松满足装置针对高电压穿要求的有效保证。较少的功率单元个数可以降低功率单元的故障率，从而有利于设备的稳定。传统提高直流侧电压利用率的方法是采用SVPWM方法，该方法确实可以将直流侧电压利用率提高到1，但是该调制方法相当于调制波在正弦波的基础上叠加多次谐波，从而会使开关器件IGBT的开关频率提高，从而增加了SVG的损耗，不利于产品的工作效率。
常见的H桥级联型SVG采用的是正弦波调制方式，直流侧电压的利用率为0.866，为了达到相同的逆变输出电压则需要1.15倍的功率单元个数，从而导致较高的成本，不利于提高产品的竞争力。若采用空间矢量调整(SVPWM)调制技术，较少的功率单元可以逆变输出相同的电压，但是会以牺牲开关器件的开关频率为前提。较高的开关频率必然增加了SVG装置的损耗，不仅需要更大的散热系统，同时也容易造成设备的热失效。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的常见的H桥级联型SVG采用的是正弦波调制方式，不仅需要更大的散热系统，同时也容易造成设备的热失效的技术问题。
本发明提供了一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，包括：
由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
优选地，所述电流内环调节器ACR输出分量获取方法包括：
采用电压电流双闭环的两级控制方式；外环为直流侧电压环，经过电压调节器AVR之后作为电流内环的有功给定；负载电流依次经过DQ变换和滤波处理之后作为电流内环的无功给定，经过电流内环调节器ACR调节得到电流内环调节器ACR输出分量。
优选地，在直流侧电压环，以直流侧电压Udc反向输入，参考电压Udc.ref正向输入，合并输入电压调节器AVR进行调节后作为电流内环的有功给定。
优选地，SVG电流iszd作为负向输入，电压调节器AVR的输出量作为正向输入，调制后作为电流内环调节器ACR的有功给定；
SVG电流iszq作为负向输入，负载电流依次经过DQ变换和滤波处理之后的输出量作为正向输入，调制后作为电流内环调节器ACR的无功给定。
优选地，所述三次注入谐波分量的获取方法为：
在基波调制波的的基础上，叠加一个频率为3倍频且同相位，幅度为基波调制波的可设置的三次注入谐波分量。
优选地，所述三次谐波占基波的比例δ为0～15.5％。
优选地，所述三次谐波占基波的比例δ为10％。
本发明还提供了一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的系统，所述系统用于实现谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，包括：
基波调制模块，用于由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
谐波注入模块，用于将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法的步骤。
有益效果：本发明提供的一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法及系统，其中方法包括：由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。本发明可以设置谐波的注入含量，可以将直流侧电压的利用率在0.866～1之间设置，从而可以有效平衡直流侧电压利用率与IGBT开关损耗之间的平衡，提高直流侧的利用率，既达到了减少功率单元个数降成本的要求，又实现了设备的低损耗的要求，是一种很有效很灵活很实用的一种方法，值得推广应用。
附图说明
图1为本发明提供的一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法原理框图；
图2为本发明提供的三次谐波占基波的比例在0≤δ<10％的效果图；
图3为本发明提供的三次谐波占基波的比例在δ＝10％的效果图；
图4为本发明提供的三次谐波占基波的比例在10％<δ≤15.5％的效果图；
图5为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
图6为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明提供的一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法及系统，其中方法包括：由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
本发明可以设置谐波的注入含量，可以将直流侧电压的利用率在0.866～1之间设置，从而可以有效平衡直流侧电压利用率与IGBT开关损耗之间的平衡，提高直流侧的利用率，既达到了减少功率单元个数降成本的要求，又实现了设备的低损耗的要求，是一种很有效很灵活很实用的一种方法，值得推广应用。
在一个具体的实施场景中：
如图1为本发明提供的SVG的控制原理框图，采用的是电压电流双闭环的两级控制方式，外环为直流侧电压环，经过电压调节器AVR之后作为电流内环调节器ACR的有功给定，负载电流经过DQ变换和滤波处理之后作为电流内环的无功给定，经过电流内环调节器ACR之后形成基波调制波的主体部分。
具体的方案，外环的直流侧电压Udc反向输入，参考电压Udc.ref正向输入，合并后再输入电压调节器AVR进行调节后作为电流内环的有功给定。
负载电流iLa、iLb及iLc经过DQ变换，然后经过低通滤波器LPF进行滤波处理后作为电流内环调节器ACR的无功给定。将有功给定和无功给定分别经过电流内环调节器ACR进行调节，调节后由电流内环调节器ACR输出作为基波调制波的主体部分。由电流内环调节器ACR输出、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量等分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成标准的正弦调制波即基波调制波。
优选的方案，SVG电流iszd作为负向输入，电压调节器AVR的输出量作为正向输入，调制后作为电流内环调节器ACR的有功给定。SVG电流iszq作为负向输入，负载电流依次经过DQ变换和滤波处理之后的输出量作为正向输入，调制后作为电流内环调节器ACR的无功给定。具体地，
本发明在标准正弦调制波的基础上，叠加一个频率为3倍频且同相位，幅度为基波调制波的可设置的三次注入谐波分量，最终得到一个由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波驱动IGBT。
不同的三次谐波占基波的比例δ不同得到的效果也会有所不同。如图2至图4所示：
(a)0≤δ≤10％区间内，δ增大直流侧电压利用率逐步增加，此时得到的调制波中顶部比较平坦，通过三角波比较后得到的IGBT的开关频率保持不变，特别是δ等于10％的时候，直流侧电压利用率最高开关频率保持不变是一种最优状态；
(b)10％<δ≤15.5％区间内，随着δ增大直流侧电压利用率继续增加，同时叠加过后的调制波顶部开始凹陷，导致等效的IGBT的开关频率逐渐增加，从而导致整个装置的损耗增加，设备的效率降低。当δ等于15.5％的时候，直流侧电压利用率达到100％，此时模块输出电压能力最强，同等情况下所需要的模块个数最少，从而达到模块最低成本的状态，而此时在此阶段的开关损耗也达到最大，效率最低。
(c)15.5％≤δ区间内，随着δ增大直流侧电压利用率开始下降，而叠加过后的调制波顶部凹陷的越来越厉害，导致等效的IGBT的开关损耗同步增加，因此应该经历避免设备工作在此区间。
综上所述，根据不同工况的使用要求，可以通过设置δ的数值大小，最终找到成本和效率的平衡，当设置δ＝10％时候，达到了综合最佳效果，兼顾了成本与效率的综合结果。
本发明实施例还提供了一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的系统，所述系统用于实现如前所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，包括：
基波调制模块，用于由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
谐波注入模块，用于将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
请参阅图5为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图5所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
请参阅图6为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图6所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，包括：
由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
2.根据权利要求1所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，所述电流内环调节器ACR输出分量获取方法包括：
采用电压电流双闭环的两级控制方式；外环为直流侧电压环，经过电压调节器AVR之后作为电流内环的有功给定；负载电流依次经过DQ变换和滤波处理之后作为电流内环的无功给定，经过电流内环调节器ACR调节得到电流内环调节器ACR输出分量。
3.根据权利要求2所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，在直流侧电压环，以直流侧电压Udc反向输入，参考电压Udc.ref正向输入，合并输入电压调节器AVR进行调节后作为电流内环的有功给定。
4.根据权利要求2所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，SVG电流iszd作为负向输入，电压调节器AVR的输出量作为正向输入，调制后作为电流内环调节器ACR的有功给定；
SVG电流iszq作为负向输入，负载电流依次经过DQ变换和滤波处理之后的输出量作为正向输入，调制后作为电流内环调节器ACR的无功给定。
5.根据权利要求1所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，所述三次注入谐波分量的获取方法为：
在基波调制波的的基础上，叠加一个频率为3倍频且同相位，幅度为基波调制波的可设置的三次注入谐波分量。
6.根据权利要求1所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，所述三次谐波占基波的比例δ为0～15.5％。
7.根据权利要求1所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，其特征在于，所述三次谐波占基波的比例δ为10％。
8.一种谐波注入式提高链式SVG电压利用率的系统，其特征在于，所述系统用于实现如权利要求1-7任一项所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法，包括：
基波调制模块，用于由电流内环调节器ACR输出分量、SVG电流的解耦分量、电网电压前馈分量构成基波调制波的正序分量部分，经过DQ逆变换之后形成基波调制波；
谐波注入模块，用于将由基波和三次谐波组成的调制波送入三角波进行调制，通过调制三次谐波占基波的比例δ，最终形成PWM波以驱动IGBT。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1-7任一项所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的谐波注入式提高链式SVG电压利用率的方法的步骤。
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