一种带电网电压相位校正的链式svg控制算法
【专利摘要】本发明公开了一种带电网电压相位校正的链式SVG控制算法，在运算前对电网电压进行相位校正，避免了因信号采样、控制计算、IGBT开通等因素产生的延时，同时引入电网电压前馈控制克服电网电压的扰动，另外采用重复学习控制跟踪无功电流，采用直流电压平衡控制算法，一方面获得了直流电容稳压所需的有功电流，一方面平衡了各个H桥直流侧电压。
【专利说明】-种带电网电压相位校正的链式SVG控制算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力领域，涉及一种应用于电力系统中的通过电压源逆变技术能够实 现超前或滞后无功补偿的电能质量装置；特别是涉及一种基于IGBT链式逆变器的静止无 功发生器SVG，可广泛应用于各类电力系统。
【背景技术】
[0002] 随着社会工业化水平的提高，越来越多的大功率、非线性设备进入电网，其所带来 的电能质量污染也越来越严重。另一方面，随着电网中精密电能用户的增多，要求电网必须 提供与用户所要求的质量指标相适应的电能。因此精密电能用户与电能质量问题这对矛盾 已逐步上升为主要矛盾。电能质量问题尤其以无功和谐波问题最为严重，他们对电网造成 的危害主要体现在以下几个方面：
[0003] 无功功率的增加，会导致视在功率增加和电流增大，从而使电网中设备容量增加。 同时，电力用户的启动及控制设备、测量仪表的容量也要加大；无功功率的增加使总电流增 大，因而使设备及线路的损耗增大；无功功率还会使线路及变压器的电压降增大，如果是冲 击性负荷，还会使电压剧烈波动；无功功率可以引起功率因数下降，使得供电效率降低，电 网损耗增加，即造成了供电部门的经济损失，也使得用户的电费（包括供电部门的罚款）增 力口；谐波使电网中的设备产生附加谐波损耗，从而降低发电、输电及用电设备的使用效率； 谐波产生额外的热效应，从而引起用电设备（旋转电机、电容器、变压器）发热，使绝缘老 化，降低设备的使用寿命，甚至被破坏；谐波导致电气测量仪表计量不准确，对邻近电子设 备和通信系统产生干扰，还会引起一些保护设备误动作，如继电保护、熔断器等；大大增加 系统谐振的可能。谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联或串联谐振，使谐波电流放 大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器、与之相连的电抗器和电阻器的损坏。
[0004] 目前常采用并联型无源滤波器、静止型动态无功补偿SVC装置来抑制谐波、补偿 无功，但存在响应时间长，铝箔能力差、电能损耗大、容易与电网系统发生谐振、占地面积大 等关键性缺陷。然而，传统的无功补偿装置如并联静电电容器由于使用机械开关，调节性 能差，不具备快速性、反复性和连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功 能，对冲击性无功负荷的补偿也显得无能为力。
[0005] 基于电压源逆变技术的静止无功发生器（SVG)作为动态无功调节技术的前沿和 发展方向，是目前国内外的研究热点。基于链式Η桥逆变单元级联的链式SVG装置由于其 突出优点而成为当前配电网动态无功调节主选的拓扑结构。直挂式链式SVG装置，其控制 方法中，电流跟踪控制通常采用ΡΙ控制，或者反馈解耦控制，但未考虑到电网电压延时对 控制系统的影响。Η桥直流侧的控制通过附加能量转化电路实现直流电压的控制，其缺点是 功率单元电路复杂，装置运行效率低。也有直接对每一个Η桥逆变单元实现单独直流电压 的ΡΙ控制，或是将不同相的三个Η桥逆变单元组合起来实现直流电压的跟踪控制，但这些 电压控制方法均忽略了 Η桥逆变单元之间的相互作用，且控制系统的调整时间长，控制参 数难以整定。
【发明内容】
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[0006] 本发明公开了一种带电网电压相位校正的链式SVG控制算法，在运算前对电网电 压进行相位校正，避免了因信号采样、控制计算、IGBT开通等因素产生的延时，同时引入电 网电压前馈控制克服电网电压的扰动，另外采用重复学习控制跟踪无功电流，采用直流电 压平衡控制算法，一方面获得了直流电容稳压所需的有功电流，一方面平衡了各个Η桥直 流侧电压。
[0007] 为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0008] 基于大功率换流器，以电压型逆变器为核心，直流侧采用直流电容为储能元件以 提供电压支撑。在运行时相当于一个电压、相位和幅值均可调的三相交流电源。逆变器正 常运行依赖于直流侧的电压支撑，在逆变器接入交流电源时，由各IGBT反向续流二极管构 成整流器，对直流电容器充电；正常运行后，直流电容器的储能将会用来满足逆变器的内部 损耗，电容电压会下降，必须不断的对电容器充电补能使电压保持在工作范围。通过使逆变 器输出电压滞后系统电压一个很小的角度来实现，逆变器从系统吸收少量有功满足其内部 损耗，保持电压水平。改变逆变器输出电压的幅值，达到发出或吸收无功的目的。整个系统 的控制方法包括以下内容：
[0009] 1、基于重复学习控制的无功电流跟踪算法
[0010] 第一步：根据检测到的系统侧电流和SVG输出电流确定负载侧电流；
[0011] 第二步：将得到的负载电流经过基于瞬时无功功率理论的p-q算法获得无功电流 指令；
[0012] 第二步：将无功电流指令值和检测到SVG输出电流作差，获得电流差值，将电流差 值通过重复学习控制器进行重复学习控制，获得无功电流调制信号；
[0013] 2、带相位校正的基波电压前馈控制算法
[0014] 第一步：根据检测到的三相电网基波电压火、4、乘以系数kl获得与基波 电压同方向分量；
[0015] 第二步：根据检测到的三相电网电压计算各相基波电压的垂直向量 tc、,与系数k2相乘获得垂直分量；
[0016] 第三步：将第一步获得的同向分量与第二步获得的垂直分量相加，获得校正后的 基波电压前馈调制信号；
[0017] 3、直流电压控制算法
[0018] 第一步：检测三相N个Η桥功率单元的直流侧电压（链式SVG主电路每相 由多个Η桥级联构成，设定数目为Ν)，并递推计算一个工频周期内的平均值，得到
【权利要求】
1. 一种带电网电压相位校正的链式SVG控制方法，用于对电网电压进行相位校正，所 述方法实现无功电流的精确跟踪，并维持各功率单元直流测电压的均衡，其特征在于，所述 方法包括以下步骤： 1) 基于基于重复学习控制的无功电流跟踪算法获得无功电流调制信号； 2) 基于带相位校正的基波电压前馈控制算法获得校正后的基波电压前馈调制信号； 3) 基于直流电压控制算法获得有功电流调制信号； 4) 将无功电流调制信号、基波电压前馈调制信号、有功电流调制信号相加，获得链式 SVG的各相调制信号； 5) 将SVG各相所需调制信号，经单极倍频载波移相控制，得到控制SVG各相桥臂开关管 所需的PWM控制信号。
2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括： 11) :根据检测到的系统侧电流和SVG输出电流确定负载侧电流； 12) :将得到的负载电流经过基于瞬时无功功率理论的p-q算法获得无功电流指令； 13) :将无功电流指令值和检测到SVG输出电流作差，获得电流差值，将电流差值通过 重复学习控制器进行重复学习控制，获得无功电流调制信号。
3. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括： 21) :根据检测到的三相电网基波电压4、4、乘以系数kl获得与基波电压同 方向分量； 22) :根据检测到的三相电网电压计算各相基波电压的垂直向量么B、4C、与系 数k2相乘获得垂直分量； 23) :将第一步获得的同向分量与第二步获得的垂直分量相加，获得校正后的基波电压 前馈调制信号。
4. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括： 31) :检测三相N个Η桥功率单元的直流侧电压，并递推计算一个工频周期内的平均值， 得到
32) :根据步骤31)获得的直流侧电压，再求单相的Ν个单元的平均值，得到^
33) :以Α相为例，将步骤32)获得的^作为指令值，第一步获得的巧?作为采 样值，进行PI调节，得到SVG有功电流幅值指令，B、C相类似； 34) :根据带相位校正的基波电压前馈控制算法获得的校正后的基波电压前馈调制信 号％、f、f，计算校正后各相基波电压的垂直向量f、 35) :将步骤34)获得的校正后各相基波电压的垂直向量与步骤33)电流幅值相乘得到 有功电流调制信号。
【文档编号】H02J3/18GK104104094SQ201410328360
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】古金茂, 段美珠, 杨宏高, 赵越超, 朱妙玲, 王新庆, 张军兆, 张强 申请人:北京星航机电装备有限公司