专利名称：一种配电网电压低频振荡抑制方法
技术领域：
本发明涉及一种抑制配电网电压低频振荡方法，特别是采用全控型变流器件SVG 装置的配电网侧电压低频振荡抑制方法。
背景技术：
随着电网规模的日益扩大和电网负荷水平的急剧增长，谐波问题日益突出。负载电流中存在的谐波信号有可能与电网系统阻抗或系统中的无功补偿装置发生谐振，引起谐振放大现象，造成负载过电压保护。谐波电流通常指电网频率整数倍的谐波，但也存在非整数倍的谐波，称为间谐波。位于电网频率附近的间谐波与电网阻抗发生谐振时，电网电压幅度将会出现以电网频率和间谐波频率的差值为振荡频率的低频振荡现象。目前，抑制电网电压低频振荡主要措施有配置电力系统稳定器(PSS)、配置可控硅串联补偿器(TCSC)和配置静止无功补偿器(SVC)等。PSS、TCSC和SVC对能有提高系统的稳定性、抑制电网电压低频振荡的作用，在充分考虑综合效益时，PSS技术优于TCSC和SVC， 是最经济有效的措施，但PSS限于本地局部信息，缺乏动态协调能力，从而严重限制了 PSS 抑制低频振荡的效果。目前，在国内外采用全控型变流器件的高压静止无功发生器SVG(Static Var Generator)技术抑制电网电压低频振荡还属空白，而且随着电力电子器件的性能提高和造价降低，以大功率电力电子器件为核心部件的SVG装置的造价会降低，因此，针对抑制配电网电压低频振荡问题的SVG解决方案，具有很强的可实施性、可操作性和竞争力。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网电压低频振荡抑制方法，该方法采用全控型变流器件SVG结构，检测电网中的间谐波电流，通过谐波电流控制环节使SVG输出间谐波电流来改变系统的等效阻抗，能够有效抑制配电网侧电压的低频振荡，且响应速度快，跟踪精度高，可大大提高电网的稳定性和可靠性。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现一种配电网电压低频振荡抑制方法，将SVG装置通过电抗器或直接并联在电网上，检测电网中的间谐波电流，通过谐波电流控制环节使SVG输出间谐波电流来改变系统的等效阻抗，抑制配电网电压低频振荡现象。所述的间谐波电流检测方法是根据电网电流基波频率Qci和间谐波电流频率Co1 计算出基准频率《f，所述基准频率COf为电流基波频率COci和间谐波电流频率CO1的公约数，即COci = IctlCOf, CO1 = Ic1COf，其中I^k1均为整数；以COf为基准频率提取电网电流中的间谐波分量。所述的谐波电流控制环节通过PI调节器将指令电流与SVG装置输出电流作反馈控制，得到调制波信号，再经PWM调制得到驱动信号；控制SVG输出指令电流= Kfh根据电路定律，得到下式
将f =心+丨代入，得到电网谐波电压如下式所示Ush =I1hZs/(! + K)即电网等效阻抗为Zs/ (1+K)，通过改变K值，改变系统等效阻抗，从而抑制电网电压波动；式中 为电网阻抗，<为电网谐波电压，。Γ，片分别为电网间谐波电流，SVG输出电流，负载谐波电流；K值取整数。所述的SVG装置为降压型两电平功率单元并联型SVG结构、或降压型三电平功率单元并联型SVG结构；或降压型△型链式SVG结构、或降压型Y型链式SVG结构。所述的SVG装置为降压型MMC型SVG结构、或降压型多重化SVG结构。所述的全SVG装置为非降压型器件串联型两电平SVG结构、或非降压型器件串联型三电平SVG结构。所述的全SVG装置为直挂式Δ型链式SVG结构、直挂式Y型链式SVG结构、或直挂式MMC型SVG结构。与现有技术相比，本发明的有益效果是该方法采用全控型变流器件SVG结构，检测电网中的间谐波电流，将SVG装置通过电抗器或直接并联在电网上，检测电网中的间谐波电流，通过谐波电流控制环节使SVG输出间谐波电流来改变系统的等效阻抗，抑制配电网电压低频振荡现象。响应速度快，跟踪精度高，可大大提高电网的稳定性和可靠性。还包括以下优点1)响应速度快基于全控型器件变流装置的显著特点就是响应速度快。其主要原因是，可以根据需要对全控型器件(IGBT、IGCT等)的开关状态进行任意控制。而且，器件的开关频率或等效开关频率往往较高，一般每个工频周期的开关次数可以从几次到几十次。2)补偿范围宽基于全控型变流器件变流装置的补偿范围可达-100% 100%，给电力系统的稳定运行提更强大的保障。3)填补了利用全控型器件变流技术抑制电网电压低频振荡的技术空白，在抑制低频振荡方面有着响应速度快，体积小，成本低廉等优点。
图1是三相配电网电压低频振荡抑制装置框图；图2是SVG装置抑制间谐波原理示意图；图3是三相谐波检测环节示意图；图4是单相谐波检测环节示意图；图5是三相SVG输出电流跟踪控制和PWM调制环节结构图；
图6是单相SVG输出电流跟踪控制和PWM调制环节结构图；图7是三相降压型两电平功率单元并联型SVG结构示意图；图8是单相降压型两电平功率单元并联型SVG结构示意图9是三相降压型三电平功率单元并联型SVG结构示意图；图10是单相降压型三电平功率单元并联型SVG结构示意图；图11是降压型Δ型链式SVG结构示意图；图12是降压型Y型链式SVG结构示意图；图13是单相降压型链式SVG结构示意图；图14是三相降压型MMC型SVG结构示意图；图15是单相降压型MMC型SVG结构示意图；图16是降压型多重化SVG结构示意图；图17是三相非降压型器件串联型两电平SVG结构示意图；图18是单相非降压型器件串联型两电平SVG结构示意图；图19是三相非降压型器件串联型三电平SVG结构示意图；图20是单相非降压型器件串联型三电平SVG结构示意图；图21是直挂式Δ型链式SVG结构示意图；图22是直挂式Y型链式SVG结构示意图；图23是单相直挂式链式SVG结构示意图；图M是三相直挂式MMC型SVG结构示意图；图25是单相直挂式MMC型SVG结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细叙述本实用新型的具体实施方式
。见图1，一种配电网电压低频振荡抑制方法，将SVG装置通过电抗器或直接并联在电网上，通过检测电网中的间谐波电流，通过谐波电流控制环节使SVG输出间谐波电流来改变系统的等效阻抗，抑制配电网电压低频振荡现象。图2是SVG装置抑制间谐波原理示意图。谐波电流控制环节通过PI调节器将指令电流与SVG装置输出电流作反馈控制，得到调制波信号，再经PWM调制得到驱动信号；控制SVG输出指令电流产=夂《根据电路定律，得到下式 \iLh=ic+ish将f =心+丨代入，得到电网谐波电压如下式所示Ush =I1hZs/(! + K)即电网等效阻抗为Zs/(1+K)，通过改变K值，改变电网等效阻抗，从而抑制电网电压波动；式中 为电网阻抗，<为电网谐波电压，。Γ，片分别为电网间谐波电流，SVG输出电流，负载谐波电流；K值取整数。图3是三相谐波电流检测环节示意图，间谐波电流检测方法是根据电网电流基波频率Oci和间谐波电流频率CO1计算出基准频率COf，所述基准频率COf为电流基波频率 ω。和间谐波电流频率Q1的公约数，SP Coci = k0 f, Co1 = klCof，其中‘ Ic1均为整数；以
为基准频率提取电网电流中的间谐波分量，该谐波检测算法基于瞬时无功理论。
图4是单相谐波电流检测环节示意图，首先将电网输入的A相电流分别移相120 度、240度后得到B、C相电流，然后依据三相谐波检测环节理论进行谐波检测。图5是三相SVG输出电流跟踪控制和PWM调制环节结构图。电流调节器采用PI 调节器，将SVG指令电流与SVG输出电流作反馈控制，得到调制波信号，调制波信号经过PWM 调制得到PWM脉冲，PWM脉冲送至SVG功率单元，经过驱动电路驱动IGBT功率器件。图6是单相SVG输出电流跟踪控制和PWM调制环节结构图。电流调节器采用PI 调节器，将指令电流与SVG输出电流作反馈控制，得到调制波信号，调制波信号经过PWM调制得到PWM脉冲，PWM脉冲送至功率单元，经过驱动电路驱动IGBT功率器件。图7是三相降压型两电平功率单元并联型SVG结构示意图；功率单元每相由两只反并联开关器件IGBTl组成，二极管Dl整流，整个功率模块形成两电平变流器功能。三相降压型两电平功率单元并联型SVG是由采用两电平变流器的功率单元并联， 然后通过变压器Tl升至高压并联于电网上。图8是单相降压型两电平功率单元并联型SVG结构示意图；功率单元每相由两只反并联开关器件IGBT2组成，二极管D2流，整个功率模块形成两电平变流器功能。单相降压型两电平功率单元并联型SVG是由采用两电平变流器的功率单元并联， 然后通过变压器T2升至高压并联于电网上。图9是三相降压型三电平功率单元并联型SVG结构示意图；功率单元每相由四只反并联开关器件IGBT3组成，二极管D3钳位，整个功率模块形成三电平变流器功能。三相降压型三电平功率单元并联型SVG是由采用二极管D3钳位的三电平变流器的功率单元并联，然后通过变压器T3升至高压并联于电网上。图10是单相降压型三电平功率单元并联型SVG结构示意图。功率单元每相由四只反并联开关器件IGBT4组成，二极管D4钳位，整个功率模块形成三电平变流器功能。三相降压型三电平功率单元并联型SVG是由采用二极管D4钳位的三电平变流器的功率单元并联，然后通过变压器T4升至高压并联于电网上。图11是降压型Δ型链式SVG结构示意图；单项功率单元Al每相由四只反并联开关器件IGBT5组成，二极管D5整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。降压型Δ型链式SVG是由单项功率单元Al串联到一定电压等级，三相Δ接后通过变压器Τ5升至高压并联于电网上。图12是降压型Y型链式SVG结构示意图；单项功率单元Α2每相由四只反并联开关器件IGBT6组成，二极管D6整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。降压型Y型链式SVG是由单项功率单元Α2串联到一定电压等级，三相Y接后通过变压器Τ6升至高压并联于电网上。图13是单相降压型链式SVG结构示意图。单项功率单元A3每相由四只反并联开关器件IGBT7组成，二极管D7整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。单相降压型链式SVG是由单项功率单元A3串联到一定电压等级，通过变压器Τ7升至高压并联于电网上。图14是三相降压型MMC型SVG结构示意图；模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter)的简称是MMC型变流器。MMC型变流器与三相桥式变流器类似。每个桥臂由IGBT8组成的多个单相半桥A4串联组成，每个桥臂中点经电抗器Ll后接入降压变压器T8 二次侧。
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图15是单相降压型MMC型SVG结构示意图；每个桥臂由IGBT9组成的多个半桥A5 串联组成，每个桥臂中点经电抗器L2后接入降压变压器T9 二次侧。图16是降压型多重化SVG结构示意图；降压型多重化SVG由多个变压器Tl、
T2......Tn组成，其中，所有变流器10可以共用一个或多个直流电容C，也可以单独配置电
容，电容的作用是给变流器提供正常工作所需的直流电压。变流器10通常由具有公共直流母线的三个单相H桥构成，每个H桥的输出接至变压器的低压侧。在各个变压器的高压侧， 对应的各相串联后并入系统。此外，为消去变流器产生的低次谐波对电网造成的影响，通常采用变压器原副边移相的方法，如Y/Y连接，或Y/△连接(如图16)。图17是三相非降压型器件串联型两电平SVG结构示意图；非降压型器件串联型两电平SVG是由功率器件IGBTlO先串联形成高压功率单元A6，然后这些功率器件串联的高压功率单元A6再构成两电平输出接入电网。非降压型器件串联型两电平SVG主要由功率器件串联单元、控制单元、接入电抗器组成。图18是单相非降压型器件串联型两电平SVG结构示意图。由功率器件IGBTll先串联形成高压功率单元A7，然后这些功率器件串联的高压功率单元A7再构成两电平输出接入电网。图19是三相非降压型器件串联型三电平SVG结构示意图；非降压型器件串联型三电平SVG是由功率器件IGBT12先串联形成高压功率单元A8，然后这些功率器件串联的高压功率单元A8再构成三电平输出接入电网。非降压型器件串联型三电平SVG主要由功率器件串联单元、控制单元、接入电抗器组成。图20是单相非降压型器件串联型三电平SVG结构示意图。非降压型器件串联型三电平SVG是由功率器件IGBT13先串联形成高压功率单元A9，然后这些功率器件串联的高压功率单元A9再构成三电平输出接入电网。图21是直挂式Δ型链式SVG结构示意图；单项功率单元AlO每相由四只反并联开关器件IGBT14组成，二极管D8整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。直挂式Δ型链式SVG是由单项功率单元AlO直接串联到高电压等级，三相Δ接后直接接入电网。直挂式Δ型链式SVG主要由功率单元、控制单元、接入电抗器组成。图22是直挂式Y型链式SVG结构示意图；单项功率单元All每相由四只反并联开关器件IGBT 15组成，二极管D9整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。直挂式Y型链式SVG是由单项功率单元All直接串联到高电压等级，三相Y接后直接接入电网。直挂式Y型链式SVG主要由功率单元、控制单元、接入电抗器组成。图23是单相直挂式链式SVG结构示意图。单项功率单元A12每相由四只反并联开关器件IGBT16组成，二极管DlO整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。图M是三相直挂式MMC型SVG结构示意图；MMC型变流器的每个桥臂由多个单项半桥A13串联组成，每个桥臂中点经电抗器L3直接接入电网，不需降压变压器。图25是单相直挂式MMC型SVG结构示意图；MMC型变流器的每个桥臂由多个单项半桥A14串联组成，每个桥臂中点经电抗器L4直接接入电网，不需降压变压器。
权利要求
1.一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，将SVG装置通过电抗器或直接并联在电网上，检测电网中的间谐波电流，通过谐波电流控制环节使SVG输出间谐波电流来改变系统的等效阻抗，抑制配电网电压低频振荡现象。
2.根据权利要求1所述的一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，所述的间谐波电流检测方法是根据电网电流基波频率Qci和间谐波电流频率Co1计算出基准频率 f，所述基准频率《,为电流基波频率Coci和间谐波电流频率Co1的公约数，g卩G^ = IctlCOf, ω i = Ic1 ω f，其中Iv Ic1均为整数；以ω f为基准频率提取电网电流中的间谐波分量。
3.根据权利要求1所述的一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，所述的谐波电流控制环节通过PI调节器将指令电流与SVG装置输出电流作反馈控制，得到调制波信号，再经PWM调制得到驱动信号；控制SVG输出指令电流= Kfh根据电路定律，得到下式 ih=ic+ish K = iH将f =夂《代入，得到电网谐波电压如下式所示K=I1hZs 1(1 +K)即电网等效阻抗为Zs/ (1+K)，通过改变K值，改变系统等效阻抗，从而抑制电网电压波动；式中孓为电网阻抗，《为电网谐波电压，f，i%《分别为电网间谐波电流，SVG输出电流，负载谐波电流；K值取整数。
4.根据权利要求1所述的一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，所述的SVG 装置为降压型两电平功率单元并联型SVG结构、或降压型三电平功率单元并联型SVG结构； 或降压型Δ型链式SVG结构、或降压型Y型链式SVG结构。
5.根据权利要求1所述的一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，所述的SVG 装置为降压型MMC型SVG结构、或降压型多重化SVG结构。
6.根据权利要求1所述的一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，所述的全 SVG装置为非降压型器件串联型两电平SVG结构、或非降压型器件串联型三电平SVG结构。
7.根据权利要求1所述的一种配电网电压低频振荡抑制方法，其特征在于，所述的全 SVG装置为为直挂式Δ型链式SVG结构、直挂式Y型链式SVG结构、或直挂式MMC型SVG结构。
全文摘要
本发明涉及一种抑制配电网电压低频振荡方法，将SVG装置通过电抗器或直接并联在电网上，通过检测电网中的间谐波电流，通过谐波电流控制环节使SVG输出间谐波电流来改变系统的等效阻抗，抑制配电网电压低频振荡现象。该方法采用全控型变流器件SVG结构，通过给定SVG输出指令电流，通过PID调节器来改变电网的等效阻抗，能够有效抑制配电网侧电压的低频振荡，且响应速度快，跟踪精度高，可大大提高电网的稳定性和可靠性。
文档编号H02J3/01GK102231526SQ20111017766
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者吴然, 孔祥声, 孙贤大, 崔效毓, 巩学军, 杨永飞, 杨洋, 王绪宝, 石华楷, 郭自勇, 霍煜 申请人:辽宁荣信众腾科技有限公司