一種帶電網(wǎng)電壓相位校正的鏈?zhǔn)絪vg控制算法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種帶電網(wǎng)電壓相位校正的鏈?zhǔn)絊VG控制算法，在運(yùn)算前對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行相位校正，避免了因信號(hào)采樣、控制計(jì)算、IGBT開(kāi)通等因素產(chǎn)生的延時(shí)，同時(shí)引入電網(wǎng)電壓前饋控制克服電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)，另外采用重復(fù)學(xué)習(xí)控制跟蹤無(wú)功電流，采用直流電壓平衡控制算法，一方面獲得了直流電容穩(wěn)壓所需的有功電流，一方面平衡了各個(gè)H橋直流側(cè)電壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種帶電網(wǎng)電壓相位校正的鏈?zhǔn)絊VG控制算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的通過(guò)電壓源逆變技術(shù)能夠?qū)?現(xiàn)超前或滯后無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娔苜|(zhì)量裝置；特別是涉及一種基于IGBT鏈?zhǔn)侥孀兤鞯撵o止無(wú) 功發(fā)生器SVG，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電力系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)工業(yè)化水平的提高，越來(lái)越多的大功率、非線性設(shè)備進(jìn)入電網(wǎng)，其所帶來(lái) 的電能質(zhì)量污染也越來(lái)越嚴(yán)重。另一方面，隨著電網(wǎng)中精密電能用戶的增多，要求電網(wǎng)必須 提供與用戶所要求的質(zhì)量指標(biāo)相適應(yīng)的電能。因此精密電能用戶與電能質(zhì)量問(wèn)題這對(duì)矛盾 已逐步上升為主要矛盾。電能質(zhì)量問(wèn)題尤其以無(wú)功和諧波問(wèn)題最為嚴(yán)重，他們對(duì)電網(wǎng)造成 的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
[0003] 無(wú)功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致視在功率增加和電流增大，從而使電網(wǎng)中設(shè)備容量增加。 同時(shí)，電力用戶的啟動(dòng)及控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x表的容量也要加大；無(wú)功功率的增加使總電流增 大，因而使設(shè)備及線路的損耗增大；無(wú)功功率還會(huì)使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖 擊性負(fù)荷，還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)；無(wú)功功率可以引起功率因數(shù)下降，使得供電效率降低，電 網(wǎng)損耗增加，即造成了供電部門(mén)的經(jīng)濟(jì)損失，也使得用戶的電費(fèi)（包括供電部門(mén)的罰款）增 力口；諧波使電網(wǎng)中的設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，從而降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率； 諧波產(chǎn)生額外的熱效應(yīng)，從而引起用電設(shè)備（旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、變壓器）發(fā)熱，使絕緣老 化，降低設(shè)備的使用壽命，甚至被破壞；諧波導(dǎo)致電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，對(duì)鄰近電子設(shè) 備和通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會(huì)引起一些保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作，如繼電保護(hù)、熔斷器等；大大增加 系統(tǒng)諧振的可能。諧波容易使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，使諧波電流放 大幾倍甚至數(shù)十倍，造成過(guò)電流，引起電容器、與之相連的電抗器和電阻器的損壞。
[0004] 目前常采用并聯(lián)型無(wú)源濾波器、靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償SVC裝置來(lái)抑制諧波、補(bǔ)償 無(wú)功，但存在響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，鋁箔能力差、電能損耗大、容易與電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生諧振、占地面積大 等關(guān)鍵性缺陷。然而，傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置如并聯(lián)靜電電容器由于使用機(jī)械開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)性 能差，不具備快速性、反復(fù)性和連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功 能，對(duì)沖擊性無(wú)功負(fù)荷的補(bǔ)償也顯得無(wú)能為力。
[0005] 基于電壓源逆變技術(shù)的靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG)作為動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)技術(shù)的前沿和 發(fā)展方向，是目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)?；阪?zhǔn)溅蚰孀儐卧?jí)聯(lián)的鏈?zhǔn)絊VG裝置由于其 突出優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)前配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)主選的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。直掛式鏈?zhǔn)絊VG裝置，其控制 方法中，電流跟蹤控制通常采用ΡΙ控制，或者反饋解耦控制，但未考慮到電網(wǎng)電壓延時(shí)對(duì) 控制系統(tǒng)的影響。Η橋直流側(cè)的控制通過(guò)附加能量轉(zhuǎn)化電路實(shí)現(xiàn)直流電壓的控制，其缺點(diǎn)是 功率單元電路復(fù)雜，裝置運(yùn)行效率低。也有直接對(duì)每一個(gè)Η橋逆變單元實(shí)現(xiàn)單獨(dú)直流電壓 的ΡΙ控制，或是將不同相的三個(gè)Η橋逆變單元組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電壓的跟蹤控制，但這些 電壓控制方法均忽略了 Η橋逆變單元之間的相互作用，且控制系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，控制參 數(shù)難以整定。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本發(fā)明公開(kāi)了一種帶電網(wǎng)電壓相位校正的鏈?zhǔn)絊VG控制算法，在運(yùn)算前對(duì)電網(wǎng)電 壓進(jìn)行相位校正，避免了因信號(hào)采樣、控制計(jì)算、IGBT開(kāi)通等因素產(chǎn)生的延時(shí)，同時(shí)引入電 網(wǎng)電壓前饋控制克服電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)，另外采用重復(fù)學(xué)習(xí)控制跟蹤無(wú)功電流，采用直流電 壓平衡控制算法，一方面獲得了直流電容穩(wěn)壓所需的有功電流，一方面平衡了各個(gè)Η橋直 流側(cè)電壓。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] 基于大功率換流器，以電壓型逆變器為核心，直流側(cè)采用直流電容為儲(chǔ)能元件以 提供電壓支撐。在運(yùn)行時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電壓、相位和幅值均可調(diào)的三相交流電源。逆變器正 常運(yùn)行依賴(lài)于直流側(cè)的電壓支撐，在逆變器接入交流電源時(shí)，由各IGBT反向續(xù)流二極管構(gòu) 成整流器，對(duì)直流電容器充電；正常運(yùn)行后，直流電容器的儲(chǔ)能將會(huì)用來(lái)滿足逆變器的內(nèi)部 損耗，電容電壓會(huì)下降，必須不斷的對(duì)電容器充電補(bǔ)能使電壓保持在工作范圍。通過(guò)使逆變 器輸出電壓滯后系統(tǒng)電壓一個(gè)很小的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)，逆變器從系統(tǒng)吸收少量有功滿足其內(nèi)部 損耗，保持電壓水平。改變逆變器輸出電壓的幅值，達(dá)到發(fā)出或吸收無(wú)功的目的。整個(gè)系統(tǒng) 的控制方法包括以下內(nèi)容：
[0009] 1、基于重復(fù)學(xué)習(xí)控制的無(wú)功電流跟蹤算法
[0010] 第一步：根據(jù)檢測(cè)到的系統(tǒng)側(cè)電流和SVG輸出電流確定負(fù)載側(cè)電流；
[0011] 第二步：將得到的負(fù)載電流經(jīng)過(guò)基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的p-q算法獲得無(wú)功電流 指令；
[0012] 第二步：將無(wú)功電流指令值和檢測(cè)到SVG輸出電流作差，獲得電流差值，將電流差 值通過(guò)重復(fù)學(xué)習(xí)控制器進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)控制，獲得無(wú)功電流調(diào)制信號(hào)；
[0013] 2、帶相位校正的基波電壓前饋控制算法
[0014] 第一步：根據(jù)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)基波電壓火、4、乘以系數(shù)kl獲得與基波 電壓同方向分量；
[0015] 第二步：根據(jù)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓計(jì)算各相基波電壓的垂直向量 tc、,與系數(shù)k2相乘獲得垂直分量；
[0016] 第三步：將第一步獲得的同向分量與第二步獲得的垂直分量相加，獲得校正后的 基波電壓前饋調(diào)制信號(hào)；
[0017] 3、直流電壓控制算法
[0018] 第一步：檢測(cè)三相N個(gè)Η橋功率單元的直流側(cè)電壓（鏈?zhǔn)絊VG主電路每相 由多個(gè)Η橋級(jí)聯(lián)構(gòu)成，設(shè)定數(shù)目為Ν)，并遞推計(jì)算一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均值，得到

【權(quán)利要求】
1. 一種帶電網(wǎng)電壓相位校正的鏈?zhǔn)絊VG控制方法，用于對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行相位校正，所 述方法實(shí)現(xiàn)無(wú)功電流的精確跟蹤，并維持各功率單元直流測(cè)電壓的均衡，其特征在于，所述 方法包括以下步驟： 1) 基于基于重復(fù)學(xué)習(xí)控制的無(wú)功電流跟蹤算法獲得無(wú)功電流調(diào)制信號(hào)； 2) 基于帶相位校正的基波電壓前饋控制算法獲得校正后的基波電壓前饋調(diào)制信號(hào)； 3) 基于直流電壓控制算法獲得有功電流調(diào)制信號(hào)； 4) 將無(wú)功電流調(diào)制信號(hào)、基波電壓前饋調(diào)制信號(hào)、有功電流調(diào)制信號(hào)相加，獲得鏈?zhǔn)?SVG的各相調(diào)制信號(hào)； 5) 將SVG各相所需調(diào)制信號(hào)，經(jīng)單極倍頻載波移相控制，得到控制SVG各相橋臂開(kāi)關(guān)管 所需的PWM控制信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟1)具體包括： 11) :根據(jù)檢測(cè)到的系統(tǒng)側(cè)電流和SVG輸出電流確定負(fù)載側(cè)電流； 12) :將得到的負(fù)載電流經(jīng)過(guò)基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的p-q算法獲得無(wú)功電流指令； 13) :將無(wú)功電流指令值和檢測(cè)到SVG輸出電流作差，獲得電流差值，將電流差值通過(guò) 重復(fù)學(xué)習(xí)控制器進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)控制，獲得無(wú)功電流調(diào)制信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括： 21) :根據(jù)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)基波電壓4、4、乘以系數(shù)kl獲得與基波電壓同 方向分量； 22) :根據(jù)檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓計(jì)算各相基波電壓的垂直向量么B、4C、與系 數(shù)k2相乘獲得垂直分量； 23) :將第一步獲得的同向分量與第二步獲得的垂直分量相加，獲得校正后的基波電壓 前饋調(diào)制信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括： 31) :檢測(cè)三相N個(gè)Η橋功率單元的直流側(cè)電壓，并遞推計(jì)算一個(gè)工頻周期內(nèi)的平均值， 得到
32) :根據(jù)步驟31)獲得的直流側(cè)電壓，再求單相的Ν個(gè)單元的平均值，得到^
33) :以Α相為例，將步驟32)獲得的^作為指令值，第一步獲得的巧?作為采 樣值，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到SVG有功電流幅值指令，B、C相類(lèi)似； 34) :根據(jù)帶相位校正的基波電壓前饋控制算法獲得的校正后的基波電壓前饋調(diào)制信 號(hào)％、f、f，計(jì)算校正后各相基波電壓的垂直向量f、 35) :將步驟34)獲得的校正后各相基波電壓的垂直向量與步驟33)電流幅值相乘得到 有功電流調(diào)制信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104104094SQ201410328360
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】古金茂, 段美珠, 楊宏高, 趙越超, 朱妙玲, 王新慶, 張軍兆, 張強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京星航機(jī)電裝備有限公司