一种基于相位变换的多拓扑结构下SVG通用控制方法与流程

本发明涉及电气工程的电网无功补偿技术，具体涉及一种基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法。

背景技术：

无功补偿设备接入电网系统后，能提高线路的功率因数，调节电压合格水平，减少电压波动，增强电网电压的稳定性。传统的固定电容器组和电抗器组投切间隔长，动作冲击大，不能连续调节；svc型的无功补偿设备占地较大，谐波大；svg作为新一代的动态无功补偿设备，与传统的固定补偿设备和svc相比，响应速度快，占地小，可灵活连续调节，目前已经在风电场、电网、冶金等市场得到了广泛的应用。在不同的应用场合，svg接入系统的连接方式不一样，svg可以经连接电抗直接并入电网；若接入电压等级过高，可以经yy12变压器或dyn11变压器接入电网；在一些特殊的应用场合，例如现场已有的融冰变压器为yd11类型，svg经过它接入电网时也需要适应它的变化。svg经变压器接入电网时，svg输出电压幅度和接入点电压幅度往往不一致，尤其是经过dyn11或yd11变压器时，svg输出的电压和电流的相位与系统相比也发生了改变。另外，从svg主电路来说，有星接和角接两种方式，星接时svg输出的电压较低，电流较大，不平衡补偿能力有限，角接时svg输出的电压较高，电流较小，具有不平衡补偿能力。svg作为一种基于电压源类型的逆变器，本质上等效于一个幅度和相位可以调节的可控电压源，其输出电压需要时刻和接入电网的系统电压保持同步，因此，在不同的连接形式和主电路结构下，svg装置本体输出电压的相位和幅度需要相应调整，以保证装置正常地吸收和发出无功功率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种能够适应不同变压器接入方式和不同主电路结构下控制需要的基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法，实施步骤包括：

1)设置主电路结构的接入方式；

2)针对svg进行电流采样，根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相装置电流相位变换到高压侧；

3)进行系统电压采样，将采样得到的系统线电压作为同步变换电压基准计算同步角；

4)针对svg进行负荷电流采样，根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相负荷电流变换到与三相装置电流相位同一个基准；

5)对变换后的负荷电流，以所述同步角计算需要补偿的无功分量，并根据同步角变换生成三相参考电流；

6)在得到三相参考电流的基础上，根据主电路结构的接入方式选择采用零序电压或零序电流控制svg的相间平衡，得到用于控制svg的相间平衡的三相参考电压；

7)对三相参考电压进行归一化折算得到归一化的参考电压；

8)将归一化的参考电压进行载波移相比较后得到用于控制功率模块的脉冲信号，将脉冲信号输出值svg的功率模块。

优选地，步骤2)中根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相装置电流相位变换到高压侧时，如果主电路结构的接入方式为星接svg经dyn11变压器或yd11变压器接入系统，则根据式(1)将采样得到的三相装置电流相位变换到高压侧，否则采样得到的三相装置电流相位和高压侧相位相同且无需转换；所述星接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂共用中点呈星型；

式(1)中，ia0、ib0、ic0是进行svg电流采样得到的三相装置电流，ia、ib、ic是svg相位变换到高压侧后的三相装置电流。

优选地，步骤4)中根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相负荷电流变换到与三相装置电流相位同一个基准时，如果主电路结构的接入方式为星接svg经dyn11变压器或yd11变压器接入系统时，则根据式(2)将采样得到的三相负荷电流变换到与三相装置电流相位同一个基准；否则，采样得到的负荷电流变换到与三相装置电流相位基准相同无需转换；所述星接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂共用中点呈星型；

式(2)中，ila0、ilb0和ilc0是针对svg进行负荷电流采样得到的三相负荷电流，ila、ilb和ilc是变换到与三相装置电流相位同一个基准后的三相负荷电流。

优选地，步骤6)中的详细步骤包括：

6.1)检查主电路结构的接入方式，如果主电路结构的接入方式为星接svg经dyn11或yd11变压器接入系统，或svg角接时，跳转执行步骤6.2)；如果主电路结构的接入方式为星接svg直挂或经yy变压器接入系统时，跳转执行步骤6.3)；

6.2)计算用于控制svg的相间平衡的零序电流，将得到的零序电流叠加在三相参考电流中，然后将叠加零序电流后的三相参考电流和相位变换到高压侧的三相装置电流进行瞬时电流跟踪，得到用于控制svg的相间平衡的三相参考电压；跳转执行步骤7)；

6.3)计算用于控制svg的相间平衡的零序电压，将得到的零序电压叠加在三相参考电压中，得到用于控制svg的相间平衡的三相参考电压；跳转执行步骤7)。

优选地，步骤6.2)中计算用于控制svg的相间平衡的零序电流的函数表达式如式(3)所示；

式(3)中，i0为用于控制svg的相间平衡的零序电流，pa、pb、pc分别为控制相间平衡时a、b、c三相各自所需的功率，urms为svg接入电压的有效值。

优选地，步骤6.3)中计算用于控制svg的相间平衡的零序电压的函数表达式如式(4)所示；

式(4)中，u0为用于控制svg的相间平衡的零序电压，pa分别为控制相间平衡时a相所需的功率，ia为svg的a相输出电流的幅度，为svg的a相输出电流的相位，为零序电压的相位。

优选地，步骤7)对三相参考电压进行归一化折算得到归一化的参考电压的函数表达式如式(5)所示；

式(5)中，uref为归一化后的参考电压，uref0为归一化前的参考电压，up为svg的装置额定电压，us为svg的装置接入电压，udc为svg的装置直流侧电压。

本发明基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法具有下述优点：

1、本发明基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法根据不同拓扑结构进行装置电流的折算、负荷电流的折算，同步电压的选择、零序电流和零序电压的变换和最终参考电压的归一化处理，根据不同的拓扑结构将装置电流从低压侧变换到高压侧，幅度统一折算。具体来说，即当svg经变压器接入系统时，先不考虑变压器的变比，将变压器变比等效为1：1，根据各种拓扑结构将装置电流从低压侧变换到高压侧，再统一考虑变压器的变比，在幅度上统一折算，在svg基本控制算法策略不变的情况下，通过该控制方法实现了svg算法的通用性，具有下述有益效果：1)充分考虑了svg应用现场多种拓扑接入方式的情况，该控制方法适合多种组别的电压器接入，适合星接和角接的主电路结构；2)通过参数设置变压器类型和主电路结构就可以实现该方法，大大增强了svg的通用性和环境适应性；3)提高了svg的调试效率，降低了管理维护成本，svg的通用化设计减小了工程定制svg现场升级的风险。

2、本发明基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法可应用于多种拓扑结构，包括：1)星接svg直挂接入系统；2)角接svg直挂接入系统；3)星接svg经yy12变压器接入系统；4)星接svg经dyn11变压器接入系统；5)星接svg经yd11变压器接入系统，其中星接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂共用中点呈星型，角接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂首尾相接呈角接。

附图说明

图1为现有技术的星接svg经yd11变压器接入系统示意图。

图2为本发明实施例方法的基本原理示意图。

图3为现有技术的星接svg的原理示意图。

图4为现有技术的角接svg的原理示意图。

图5为现有技术的星接svg经yy12变压器接入系统示意图。

图6为现有技术的星接svg经dyn11变压器接入系统示意图。

具体实施方式

下文将以图1中的星接svg经yd11变压器接入系统为例，对本实施例基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法进行进一步的详细说明。参见图1中的星接svg经yd11变压器接入系统，星接svg的a、b、c三个桥臂的一端分别与变压器副边的三个端子相连，三个桥臂的另一端连接在一起。svg装置采集的模拟量包括：变压器原边的三相系统线电压，三相系统电流，三相负荷电流，svg装置输出的三相电流。svg工作在负荷补偿模式时，如图2所示，本实施例基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法的实施步骤包括：

1)接入方式设置主电路设置：设置主电路结构的接入方式；

2)装置电流相位变换：针对svg进行电流采样，根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相装置电流相位变换到高压侧；

3)同步电压相位变换：进行系统电压采样，将采样得到的系统线电压作为同步变换电压基准计算同步角；

4)负荷电流相位变换：针对svg进行负荷电流采样，根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相负荷电流变换到与三相装置电流相位同一个基准；

5)同步计算和控制：对变换后的负荷电流，以所述同步角计算需要补偿的无功分量，并根据同步角变换生成三相参考电流；

6)瞬时电流控制：在得到三相参考电流的基础上，根据主电路结构的接入方式选择采用零序电压或零序电流控制svg的相间平衡，得到用于控制svg的相间平衡的三相参考电压；

7)参考电压这算及归一化处理：对三相参考电压进行归一化折算得到归一化的参考电压；

8)载波移相pwm：将归一化的参考电压进行载波移相比较后得到用于控制功率模块的脉冲信号，将脉冲信号输出值svg的功率模块。

本实施例中，步骤1)设置主电路结构的接入方式时，具体设计界面参数可设置变压器接入方式，可选直挂、yy升压、dyn11，yd11；设计界面参数可设置主电路结构：可选星接、角接。通过参数设置让svg工作在不同的模式下。

本实施例中，步骤2)中根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相装置电流相位变换到高压侧时，如果主电路结构的接入方式为星接svg经dyn11变压器或yd11变压器接入系统，则根据式(1)将采样得到的三相装置电流相位变换到高压侧，否则采样得到的三相装置电流相位和高压侧相位相同且无需转换；所述星接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂共用中点呈星型，如图3所示；

式(1)中，ia0、ib0、ic0是进行svg电流采样得到的三相装置电流，ia、ib、ic是svg相位变换到高压侧后的三相装置电流。在幅度上统一折算时，采用装置额定电压与接入电压的比值统一处理，若装置为直挂，则额定电压与接入电压一致；若装置为采用连接变压器接入，则再将装置电流除以接入电压与装置额定电压的比值。

本实施例中，根据不同的拓扑结构将同步电压变换为与svg装置输出电压的相同相位。具体来说，当星接svg经dyn11或yd11变压器接入系统，或svg角接时，采用线电压作为同步电压基准；当星接svg直挂或经yy变压器接入系统时，采用相电压作为同步电压基准。本实施例中，步骤4)中根据主电路结构的接入方式将采样得到的三相负荷电流变换到与三相装置电流相位同一个基准时，如果主电路结构的接入方式为星接svg经dyn11变压器或yd11变压器接入系统时，则根据式(2)将采样得到的三相负荷电流变换到与三相装置电流相位同一个基准；否则，采样得到的负荷电流变换到与三相装置电流相位基准相同无需转换；所述星接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂共用中点呈星型，如图3所示；角接svg是指svg的a相、b相和c相桥臂首尾相接呈角接，如图4所示；

式(2)中，ila0、ilb0和ilc0是针对svg进行负荷电流采样得到的三相负荷电流，ila、ilb和ilc是变换到与三相装置电流相位同一个基准后的三相负荷电流。系统电流减去变换后的装置电流，可以得到等效的负荷电流；将该负荷电流进行变换，再以得到的同步电压为基准进行分解，可得到svg需要补偿的负荷无功、负序和谐波分量。

本实施例中，步骤6)中的详细步骤包括：

6.1)检查主电路结构的接入方式，如果主电路结构的接入方式为星接svg经dyn11或yd11变压器接入系统，或svg角接时，跳转执行步骤6.2)；如果主电路结构的接入方式为星接svg直挂或经yy变压器接入系统时，跳转执行步骤6.3)；

6.2)计算用于控制svg的相间平衡的零序电流，将得到的零序电流叠加在三相参考电流中，然后将叠加零序电流后的三相参考电流和相位变换到高压侧的三相装置电流进行瞬时电流跟踪，得到用于控制svg的相间平衡的三相参考电压；跳转执行步骤7)；

6.3)计算用于控制svg的相间平衡的零序电压，将得到的零序电压叠加在三相参考电压中，得到用于控制svg的相间平衡的三相参考电压；跳转执行步骤7)。

本实施例中，根据不同的拓扑结构，选择采用零序电压或零序电流的方法控制svg的相间平衡。当星接svg经dyn11或yd11变压器接入系统，或svg角接时，在参考电压中加入零序电流；当星接svg直挂或经yy变压器接入系统时，在参考电压中加入零序电压。步骤6.2)中计算用于控制svg的相间平衡的零序电流的函数表达式如式(3)所示；

式(3)中，i0为用于控制svg的相间平衡的零序电流，pa、pb、pc分别为控制相间平衡时a、b、c三相各自所需的功率，urms为svg接入电压的有效值。

本实施例中，步骤6.3)中计算用于控制svg的相间平衡的零序电压的函数表达式如式(4)所示；

式(4)中，u0为用于控制svg的相间平衡的零序电压，pa分别为控制相间平衡时a相所需的功率，ia为svg的a相输出电流的幅度，为svg的a相输出电流的相位，为零序电压的相位。根据控制三相相间平衡各自所需的功率与三相输出电流的相对关系而得到，目的是零序电压与电流作用产生的功率与所需的功率抵消。

本实施例中，步骤7)对三相参考电压进行归一化折算得到归一化的参考电压的函数表达式如式(5)所示；

式(5)中，uref为归一化后的参考电压，uref0为归一化前的参考电压，up为svg的装置额定电压，us为svg的装置接入电压，udc为svg的装置直流侧电压。

当svg采用其他主电路连接方式或通过其他变压器接线方式接入系统时，步骤同上，在电量变化时根据不同的拓扑结构选择不同的变换方式。

综上所述，本实施例基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法根据不同的拓扑结构将装置电流从高压侧变换到低压侧，将负荷电流变换到装置电流同相位基准，将系统电压同步变换为与装置输出电压一致，根据不同的拓扑结构选择零序电压或零序电流控制svg相间的直流电压平衡，将参考电压进行归一化处理，可设置不同的接入方式和主电路结构。该通用控制方法所适应的多拓扑结构包括：1)星接svg直挂接入系统，如图3所示；2)角接svg直挂接入系统，如图4所示；3)星接svg经yy12变压器接入系统，如图5所示；4)星接svg经dyn11变压器接入系统，如图6所示；5)星接svg经yd11变压器接入系统。本发明的有益效果是：1)充分考虑了svg应用现场多种拓扑接入方式的情况，该控制方法适合多种组别的电压器接入，适合星接和角接的主电路结构；2)通过参数设置变压器类型和主电路结构就可以实现该方法，大大增强了svg的通用性和环境适应性；3)提高了svg的调试效率，降低了管理维护成本，svg的通用化设计减小了工程定制svg现场升级的风险。本实施例基于相位变换的多拓扑结构下svg通用控制方法为svg在多种主接线方式和主电路结构下提供了一种通用的控制方法，增强了svg的适用性，提高了调试效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。