一種配電網(wǎng)柔性接地裝置控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型設(shè)及一種配電網(wǎng)柔性接地裝置控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于我國配電網(wǎng)慣行的接地方式、線路架設(shè)方法與線路中電壓互感器及補償電容 的不對稱分布，使得我國配電網(wǎng)長期存在Ξ相對地參數(shù)不對稱的情況，容易引發(fā)Ξ相不平 衡過電壓。Ξ相不平衡過電壓會給電力系統(tǒng)及用戶帶來一系列的危害，包括:降低配電變壓 器的出力，危及變壓器的安全與壽命;增加電動機和輸電線路的損耗;影響用電設(shè)備尤其是 單相負(fù)荷的正常運行;各相電壓不對稱還會危及系統(tǒng)的絕緣，并給故障檢測帶來困難，容易 導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動作。一旦在不平衡的情況下發(fā)生故障，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入諧振狀態(tài)，使 中性點位移電壓迅速增大，導(dǎo)致供電設(shè)備無法正常工作，影響配電系統(tǒng)供電可靠性。
[0003] 目前國內(nèi)外已有的配電網(wǎng)Ξ相不平衡治理方法包括：（1)改變系統(tǒng)接地方式；（2) 手動/自動投切電容/電抗器組；（3)使用電力電子設(shè)備控制的靜止無功補償裝置；（4)使用 柔性接地裝置。改變系統(tǒng)接地方式常用經(jīng)消弧線圈接地或消弧線圈串聯(lián)電阻接地，但該方 法在系統(tǒng)運行方式發(fā)生較大變化時可能導(dǎo)致諧振的發(fā)生，帶來更大的不平衡過電壓;使用 投切電容/電抗器組方式抑制Ξ相不平衡時，投切時間及投切容量均由系統(tǒng)W往的運行經(jīng) 驗推測、計算得來，難W精確快速地達(dá)到抑制要求;靜止無功補償裝置采用電力電子及現(xiàn)代 控制技術(shù)，動態(tài)性能優(yōu)良，但運些裝置的主要功能是對負(fù)荷不平衡引起的線路無功缺額進(jìn) 行補償，只能減小輸電線路上的電壓偏移，并不能對中性點位移電壓進(jìn)行補償。而使用柔性 接地裝置，通過逆變電路向配電網(wǎng)中性點注入零序電流，調(diào)整該電流的幅值和相位來控制 系統(tǒng)零序電壓，從而可從根本上實現(xiàn)對Ξ相不平衡過電壓的抑制，因此具有十分廣闊的應(yīng) 用前景。
[0004] 但現(xiàn)有技術(shù)中未發(fā)現(xiàn)有針對柔性接地裝置的控制系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計方法。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種配電網(wǎng)柔性接地裝置控制系統(tǒng)， 采用具有本實用新型參數(shù)的配電網(wǎng)柔性接地裝置控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對柔性接地裝置快速、 精準(zhǔn)的控制，有效避免因參數(shù)設(shè)計不當(dāng)造成的控制系統(tǒng)振蕩，Ξ相不平衡電壓抑制率偏低， 響應(yīng)速度偏慢等問題。
[0006] 解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種配電網(wǎng)柔性接地裝置控制系統(tǒng)，所述的配電網(wǎng)等效為并聯(lián)的對地電阻及對地 電容Rs及Cs，所述的柔性接地裝置為:單相逆變器經(jīng)注入變壓器與配電網(wǎng)中性點相連，其輸 出電流i。經(jīng)LC濾波后注入配電網(wǎng)中性點;其特征是:所述的控制系統(tǒng)包括：
[000引依次連接的第一合并比較模塊、一 SPIR控制器、第二合并比較模塊和脈沖生成模 塊，W及一比例放大模塊化；
[0009]所述第一合并比較模塊采樣輸入柔性接地裝置的輸出電流io并與注入電流參考 值iref比較后輸出差值，所述SPIR控制器由比例積分控制器(PI)與比例諧振控制器(PR)串 聯(lián)構(gòu)成，所述第二合并比較模塊輸入柔性接地裝置濾波電容電流(i。)并經(jīng)所述比例放大模 塊化放大后與SPIR控制器的輸出合并比較最后輸出至所述柔性接地裝置單相逆變器。
[0010] 控制系統(tǒng)具體運行原理為:柔性接地裝置中的單相逆變器經(jīng)注入變壓器與配電網(wǎng) 中性點相連，其輸出電流經(jīng)LC濾波后注入配電網(wǎng)中性點，控制系統(tǒng)對柔性接地裝置輸出電 流io(即注入電流）進(jìn)行采樣后，與注入電流參考值iref比較，將其差值經(jīng)SPIR控制器調(diào)節(jié) 后，與電容電流反饋環(huán)節(jié)相疊加后產(chǎn)生調(diào)制波，經(jīng)脈寬調(diào)制后得到觸發(fā)脈沖信號，控制逆變 器IGBT的通斷，從而實現(xiàn)對輸出電流的反饋控制。
[0011] 上述控制系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計方法，其特征是:所述的控制系統(tǒng)參數(shù)按W下公式計算：
[0012]
[OOK]其中，出表示電容電流反饋系數(shù);kp_PI及k康示PI控制器比例、積分系數(shù);kp_PR及kr 表示PR控制器比例、諧振系數(shù);L〇、C〇為逆變器濾波電感及電容;Cs、Rs為配電網(wǎng)等效電容及 電阻;kpwM為逆變器增益，fsw為IGBT開關(guān)頻率；ω。為控制系統(tǒng)剪切頻率，PM為控制系統(tǒng)相角 裕度，El為穩(wěn)態(tài)誤差，ω 1為諧振截止頻率。
[0014] 控制系統(tǒng)性能指標(biāo)參數(shù)包括:控制系統(tǒng)剪切頻率ω。，控制系統(tǒng)相角裕度ΡΜ，穩(wěn)態(tài) 誤差Ei。
[0015] 上述方法根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，明確了SPIR控制器參數(shù)及LC濾波電容電流 反饋系數(shù)的設(shè)計原則和約束條件。
[0016] 本實用新型的有益效果是：
[0017] 1)所述控制方法可有效抑制中性點對地電壓，從而實現(xiàn)Ξ相不平衡過電壓的抑 制；
[0018] 2)由注入電流反饋及濾波電容電流反饋共同構(gòu)成的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對參考電流 的實時跟蹤，具有十分優(yōu)良的動穩(wěn)態(tài)性能;其中SPIR控制器可在維持較大帶寬的同時，保證 系統(tǒng)良好的穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)性能;濾波電容電流反饋使控制系統(tǒng)具有對配電網(wǎng)參數(shù)的高魯棒 性。
[0019] 3)控制器參數(shù)設(shè)計方法，針對控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，明確了控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計 原則和約束條件;相較于傳統(tǒng)的試湊法或經(jīng)驗法，設(shè)計效率大大提高。
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是配電系統(tǒng)柔性接地裝置拓?fù)鋱D；
[0022] 圖2是柔性接地裝置控制系統(tǒng)電路圖；
[0023] 圖3為控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制框圖；
[0024] 圖4為只含電容電流反饋的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖；
[0025] 圖5為采用PR控制器及串聯(lián)PIR控制器的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖；
[0026] 圖6為控制器參數(shù)表；
[0027] 圖7為改進(jìn)前后系統(tǒng)波特圖對比；
[00%]圖8為采用PI控制器的實驗波形；
[0029] 圖9為采用SPIR控制器的實驗波形。
【具體實施方式】
[0030] 圖1為柔性接地裝置的拓?fù)鋱D，Ea、Eb、Ec是系統(tǒng)立相電源，11\、1^、1^心、〔6、(：[分別表 示Ξ相對地電阻及電容，單相逆變器經(jīng)一升壓變壓器連接在配電網(wǎng)中性點，其輸出電流i。 經(jīng)LC濾波后注入配電網(wǎng)中性點，其中L0、C0分別為逆變器輸出濾波電路電感、電容。
[0031] 圖2所示為柔性接地裝置W及本實用新型的柔性接地裝置控制系統(tǒng)電路圖，配電 網(wǎng)等效為并聯(lián)的對地電阻及對地電容Rs及Cs。
[0032] 本實用新型的配電網(wǎng)柔性接地裝置控制系統(tǒng)實施例，包括依次連接的第一合并比 較模塊、一SPIR控制器、第二合并比較模塊和脈沖生成模塊，W及一比例放大模塊化。
[0033] 其中的第一合并比較模塊采樣輸入柔性接地裝置的輸出電流io并與注入電流參 考值iref比較后輸出差值，SPIR控制器由比例積分控制器(PI)與比例諧振控制器(PR)串聯(lián) 構(gòu)成，第二合并比較模塊輸入柔性接地裝置濾波電容電流(i。)并經(jīng)所述比例放大模塊化放 大后與SPIR控制器的輸出合并比較、再經(jīng)脈沖生成模塊最后輸出至柔性接地裝置單相逆變 器。
[0034] SPIR控制器控制逆變器IGBT的通斷，調(diào)控逆變器輸出電壓U0從而實現(xiàn)對輸出電流 的反饋控制；在此過程中，為保證系統(tǒng)對配電網(wǎng)參數(shù)的魯棒性，加入濾波電容電流（i。)反 饋，與輸出電流反饋相結(jié)合，共同實現(xiàn)單相逆變器的控制。
[0035] 圖3所示為系統(tǒng)的閉環(huán)控制框圖，分析可知注入電流io與逆變器載波電壓幅值vm之 間的傳遞函數(shù)為：
[0036] (1);
[0037] 由于濾波電感與Lo與濾波電容Co及等效對地電容Cs之間在特定頻率下會發(fā)生諧 振，容易降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故設(shè)計濾波電容電流反饋回路，反饋系數(shù)為出。
[0038] 圖4所示為加入濾波電容電流反饋前后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)波特圖，可明顯地看到，電 容電流反饋可有效地抑制諧振峰，同時增大系統(tǒng)的相角裕度，故可W有效地提高系統(tǒng)穩(wěn)定 性。此時系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：
[0039]
(2)
[0040] 為了實現(xiàn)注入電流在基波頻率處的無靜差調(diào)節(jié)，本實用新型使用比例諧振控制器 (PR)來維持基頻處較高的開環(huán)增益，但PR控制器會同時帶來-180°的相移，使得相角裕度降 低，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，本實用新型在使用PR控制器的同時，串接比例積分控制器(PI)， P