三相四线制四桥臂静止同步补偿器电路及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电力不平衡控制技术，特别设及一种S相四线制四桥臂静止同步 补偿器电路及控制方法。
【背景技术】
[0002] 近几十年，伴随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子装置在电力系统，工 业、交通、家庭等众多领域中得到了广泛的应用，该些非线性、不平衡的负荷，不仅使电网电 压和电流发生崎变，产生大量谐波，而且会引起配电网=相电流不对称，导致配电网中性点 电压偏移，使=相电压不对称。另外许多电力电子装置都需要消耗大量的无功功率，该些无 功功率不仅使线路电压降低，而且增加了线路和设备的损耗。上述问题已经越来越严重地 影响了配电网和用电设备的安全，稳定运行。
[0003] 为了能够解决上述问题，1986年著名的电力系统专家N.GHingorani博：t提出了 柔性交流输电技术（flexibleACtransmissionsystem,FACTS)。配电网静止同步补偿器 值-STATC0M)是其中一种非常重要的设备，其具有自适应能力强，动作响应速度快，补偿效 果好等特点，已成为改善配电网电能质量方面的研究热点。但是在实际低压配电网中，多采 用S相四线制供电，同时配电网中存在各种单相负载，实际系统不可能保持完全的平衡，经 常会出现S相负载不平衡，产生零序电流。而现有的D-STATC0M主要是针对S相S线制电 网的，在S相四线制配电网中无法实现对中线上的零序电流的有效补偿，且当S相电网电 压发生崎变或不平衡时，锁相环无法准确测得电网电压的相位。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对静止同步补偿器如何适用于S相四线制配电网的问题，提出了一种 =相四线制四桥臂静止同步补偿器电路及控制方法，能够在电网电压发生崎变和不平衡的 情况下，有效地抑制配电网中谐波W及不平衡电流，补偿系统所需无功功率。
[0005] 本发明的技术方案为：一种一种=相四线制四桥臂静止同步补偿器电路，逆变电 路的直流侧储能电容并联在四桥臂全桥逆变电路上，四桥臂全桥逆变电路由四组桥臂并联 而成，每组桥臂包括两个串联的全控型器件，每个全控性器件上反并联一个二极管，每组桥 臂两个全控型器件串联连接点通过交流滤波电感输出，四桥臂全桥逆变电路四路输出并联 到电力系统输出的交流ABCS相和中线N上，控制电路输出控制四桥臂全桥逆变电路中的 八个全控型器件通断。
[0006] 所述控制电路依次包括电流检测单元、PWM信号发生单元、驱动电路单元，其中电 流检测单元依次包括电网侧电压正序分量检测电路、负载侧零序电流解禪电路、负载侧谐 波和无功电流检测电路。
[0007] 所述=相四线制四桥臂静止同步补偿器电路的控制方法，其特征在于，具体包括 如下步骤：
[0008] 1)电网侧电压正序分量检测电路采集电网输出侧S相电压，经过计算得到电网侧 电压的正序分量，将该正序分量送入锁相环，得到与电网基波正序分量的相位：
[0009] 电网侧电压的正序分量为：
【主权项】
1. 一种三相四线制四桥臂静止同步补偿器电路，其特征在于，逆变电路的直流侧储能 电容并联在四桥臂全桥逆变电路上，四桥臂全桥逆变电路由四组桥臂并联而成，每组桥臂 包括两个串联的全控型器件，每个全控性器件上反并联一个二极管，每组桥臂两个全控型 器件串联连接点通过交流滤波电感输出，四桥臂全桥逆变电路四路输出并联到电力系统输 出的交流ABC三相和中线N上，控制电路输出控制四桥臂全桥逆变电路中的八个全控型器 件通断。
2. 根据权利要求1所述三相四线制四桥臂静止同步补偿器电路，其特征在于，所述控 制电路依次包括电流检测单元、PWM信号发生单元、驱动电路单元，其中电流检测单元依次 包括电网侧电压正序分量检测电路、负载侧零序电流解耦电路、负载侧谐波和无功电流检 测电路。
3. 根据权利要求2所述三相四线制四桥臂静止同步补偿器电路的控制方法，其特征在 于，具体包括如下步骤： 1) 电网侧电压正序分量检测电路采集电网输出侧三相电压，经过计算得到电网侧电压 的正序分量，将该正序分量送入锁相环，得到与电网基波正序分量的相位： 电网侧电压的正序分量为：
为三相电压在旋转直角坐标系中的P轴和q轴分量通过低通滤波器得到直流分量:％、 %，Un为电网侧基波电压有效值的正序分量，《为电压角频率，《 ^为电压频率为50HZ时 的角频率，（J>n为基波的初相位； 2) 负载侧零序电流解耦电路采集负载侧三相电流，将各相负载电流ila、ilb、h。减去 各自的零序电流113(1、4(1、1 1。(1，即可得到各相与零序电流解耦后的负载电流1'1^1'113、 iic，
? / _ ? ? 1 la - 1 la_1laO ? / _ ? ? 1 cb _ 1 lb_1lbO? ? / _ ? ? 1 lc - 1 lc_1lcO 3) 将步骤2)得到的经过零序电流解耦之后的A相、B相、C相的负载电流i'la、i' lb、 i'i。送入负载侧谐波和无功电流检测电路，再将步骤1)得到的电网电压基波正序相位，通 过正弦和余弦发生电路送入矩阵c2s/&和矩阵cW2s，然后将由步骤2)得到的零序电流解耦 后的负载i'la、i'lb、i'i。变换到旋转dqO坐标系中，得到电流分量ip、iq，其中ip和电 网电压合成矢量U具有相同的方向，记为瞬时有功电流，iq与电网电压合成矢量苷相垂直， 记为瞬时无功电流，将瞬时无功电流、置〇,同时将^通过低通滤波器，得到直流分量G，再 经过pq-abc逆变换计算得到负荷电流的基波有功分量iaf、ibf、irf，与解耦后的负载电流相 减即可计算出三相电流中谐波和无功电流，分别作为逆变器三相指令电流：担、〇最后 将各相零序电流求和后取反，即得到中性线指令电流<，具体公式如下：
4. PWM信号发生单元，采用电流三角波比较的电流跟踪方式控制主电路逆变器输出的 电流：把指令电流<、<、<、<和逆变电路实际输出电流iM、ieb、i。。、行比较，求 出偏差电流，通过放大器放大后，再去与三角波进行比较，产生PWM波形； 5) 驱动电路单元，将PWM信号发生单元输出的PWM脉冲放大，驱动功率晶体管通断。
【专利摘要】本发明涉及一种三相四线制四桥臂静止同步补偿器电路及控制方法，在传统三相逆变器基础上再增加一组桥臂，用来补偿中线上的零序电流。使用基于ip-iq法的无锁相环三相四线制系统正序电压电量检测方法和零序电流解耦算法，简化了电路结构，提高了装置的响应速度。电路结构可以提高直流电压的利用率，减小电容容量；该方法不仅省去了锁相环电路，简化了电路结构，而且可以避免由于电网频率偏移给检测电路带来的影响；减轻了三相电流的不对称，提高了电路补偿效果。
【IPC分类】H02J3-18, H02J3-01, H02J3-26
【公开号】CN104810830
【申请号】CN201510225399
【发明人】李辉, 张 浩, 彭道刚, 夏飞, 马飞
【申请人】上海电力学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月4日