一种三相不平衡调节装置及其限流的方法与流程

本发明涉及电力配网技术领域，尤其涉及一种三相不平衡调节装置及其限流的方法。

背景技术：

在低压三相四线制的配网供电系统中，由于用户侧接入多为单相负荷方式或单相负荷和三相负荷混用方式，并且负荷大小不同和用电时间的不同，因此容易导致低压供电系统三相负载的长期性不平衡，不仅增加了线路及变压器的损耗，还会降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。随着电力电子行业的发展，基于电力电子技术的三相不平衡调节装置可以解决由于负载不平衡带来的三相不平衡。

如图1所示，三相不平衡调节装置并接在三相四线制的配网中，实现补偿负载n线上的电流，使得并入点的电网侧电流趋于均衡。该三相不平衡调节装置的补偿原理是，通过其上的环路控制电网侧abc三相电感电流(输出电流)，使得输出的三相电感电流分离出的各个负序和零序分量，对应与负载侧的abc三相负载电流分离出的各个负序和零序分量，大小相等，方向相反。

在图1中，三相不平衡调节装置采用高效率的t型三电平拓扑。首先，设计十二个个开关管，abc三相中每一相均对应有四个开关管(如a相对应四个开关管sa1-sa4，b相对应四个开关管sb1-sb4，c相对应四个开关管sc1-sc4)，且上述十二个开关管的开通和关断，均通过dsp芯片控制产生的spwm波来驱动实现控制产生相应的三相电感电流，达到补偿负载侧电流不平衡和无功的目的；其次，设计三组lcl滤波器来分别实现abc三相的滤波功能，具体包括六个交流滤波电感l1-l6、三个交流滤波电容c11-c13；最后，设计正负直流母线电容组c1和c2，并采用一个环路作为正负母线差调节环路来控制电容c1和电容c2上的电压均衡，设计三个霍尔传感器h1，h2和h3分别采集三相不平衡调节装置上的abc三相的电感电流作为提取控制环路的反馈量，以及设计三个ct传感器ct1、ct2和ct3分别采集负载侧abc三相电流作为提取控制环路的给定量。该三相不平衡调节装置就是在负载侧abc三相电流ia′，ib′，ic′有效值不相等，且n相电流in′远大于0时，对电网侧进行补偿，使得补偿后的电网侧abc三相电流ia，ib，ic电流均衡。例如，负载侧abc三相电流有效值分别为50a、100a、150a，加入该三相不平衡调节调节装置后，该三相不平衡调节调节装置分别对应电网侧abc三相发出电流50a、0a、-50a进行补偿，使得补偿后的电网侧abc三相电流有效值分别为100a，100a，100a。

但是，因负载侧的三相电流大小差异很大，采用现有的三相不平衡调节装置来补偿这些差异，特别容易形成单相过载、两相过载、动态突过载、稳态过载等多种复杂的情况。主要原因在于，现有的三相不平衡调节装置无法兼顾动态和稳态三相不平衡电流调节，所输出的补偿电流和预期的理想数值相比，容易出现过大或者过小。若过大(即没有限制住)，则会导致配网其它设备的损坏；若过小(即过度限制)，则导致功率和资源浪费。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种三相不平衡调节装置及其限流的方法，能够同时兼顾动态和稳态三相不平衡电流调节，避免造成其它设备的损坏以及功率和资源浪费的情况出现。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种三相不平衡调节装置限流的方法，其在并接于电网侧和负载侧间三相四线制线路上的三相不平衡调节装置上实现，所述方法包括以下步骤：

步骤s1、获取负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ，并基于旋转坐标将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ进行dq变换，计算出正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q；

步骤s2、对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q进行变换处理后，得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，并根据所得到的三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，确定出动态限流判定值及稳态限流判定值；

步骤s3、将所述动态限流判定值与预设的第一阀值进行对比，以及将所述稳态限流判定值与预设的第二阀值进行对比，并根据对比结果，确定当前进入的限流模式；其中，所述限流模式包括动态限流模式和稳态限流模式。

其中，所述步骤s1具体包括：

根据正负序同步旋转变换理论公式(1)和三角函数公式(2)，将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc分别进行正序旋转变换与负序旋转变换，得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q¹；其中，

将所得到的得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q1，通过滤波器滤除脉动分量后，得到公式(3)中的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q；其中，

其中，所述步骤s2具体为；

采用公式(4)和公式(5)对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q计算后，通过公式(6)，计算得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1；其中，

计算所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1的瞬时值及有效值，并提取所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算出的最大瞬时值为动态限流判定值，以及提取所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算出的最大有效值为稳态限流判定值。

其中，所述步骤s3具体包括：

当所述动态限流判定值大于等于所述预设的第一阀值时，确定当前进入的限流模式为动态限流模式；

当所述稳态限流判定值大于等于所述预设的第二阀值，且所述动态限流判定值小于所述预设的第一阀值时，确定当前进入的限流模式为稳态限流模式。

本发明实施例还提供了一种三相不平衡调节装置，包括：

dq变换单元，用于获取负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ，并基于旋转坐标将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ进行dq变换，计算出正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q；

三相虚拟电流变换单元，用于对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q进行变换处理后，得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，并根据所得到的三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，确定出动态限流判定值及稳态限流判定值；

限流模式进入单元，用于将所述动态限流判定值与预设的第一阀值进行对比，以及将所述稳态限流判定值与预设的第二阀值进行对比，并根据对比结果，确定当前进入的限流模式；其中，所述限流模式包括动态限流模式和稳态限流模式。

其中，所述dq变换单元包括：

旋转变换模块，用于根据正负序同步旋转变换理论公式(1)和三角函数公式(2)，将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc分别进行正序旋转变换与负序旋转变换，得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1

和负序分量x^-q1；其中，

过滤模块，用于将所得到的得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q1，通过滤波器滤除脉动分量后，得到公式(3)中的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q

轴电流分量x^-q；其中，

其中，所述三相虚拟电流变换单元包括：

三相虚拟电流计算模块，用于采用公式(4)和公式(5)对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q计算后，通过公式(6)，计算得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1；其中，

判定值提取模块，用于计算所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1的瞬时值及有效值，并提取所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算出的最大瞬时值为动态限流判定值，以及提取所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算出的最大有效值为稳态限流判定值。

其中，所述限流模式进入单元包括：

第一限流模式进入模块，用于当所述动态限流判定值大于等于所述预设的第一阀值时，确定当前进入的限流模式为动态限流模式；

第二限流模式进入模块，用于当所述稳态限流判定值大于等于所述预设的第二阀值，且所述动态限流判定值小于所述预设的第一阀值时，确定当前进入的限流模式为稳态限流模式。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明的三相不平衡调节装置将实时采集的负载测abc三相电流进行dq变换得到正负序d轴、q轴电流分量后，再经变换构造和叠加z轴零序分量得到三相虚拟电流，并基于三相虚拟电流提取瞬时最大值和有效值最大值分别与对应的第一阀值和第二阀值进行对比，实现动态限流模式和稳态限流模式之间的切换，从而能够同时兼顾动态和稳态三相不平衡电流调节，避免造成其它设备的损坏以及功率和资源浪费的情况出现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为现有技术中三相不平衡调节装置并联于配网的物理连接示意图；

图2为本发明实施例提供的三相不平衡调节装置限流的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的三相不平衡调节装置限流的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种三相不平衡调节装置限流的方法，其在并接于电网侧和负载侧间三相四线制线路上的三相不平衡调节装置(如图1所示)上实现，所述方法包括以下步骤：

步骤s1、获取负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ，并基于旋转坐标将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ进行dq变换，计算出正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q；

具体过程为，针对三相不平衡调节装置自身发出三相电流大小不同的特点，需要分正序、负序和零序分别补偿。然而，因零序补偿电流为交流分量，控制方式上不容易直接得到限流量，因此需要进行dq变换成虚拟电流的方法来实现限流。

首先，真实采样负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ，并根据正负序同步旋转变换理论公式(1)：

以及利用三角函数公式(2)：

将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc分别进行正序旋转变换与负序旋转变换，得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q1；

其次，将所得到的得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q1，通过滤波器滤除脉动分量后，利用公式(3)：

得到的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q。

步骤s2、对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q进行变换处理后，得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，并根据所得到的三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，确定出动态限流判定值及稳态限流判定值；

具体过程为，首先，对正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q采用公式(4)计算：

其次，利用公式(5)进行αβ变换：

然后，通过公式(6)进行23变换构造和叠加z轴零序分量后，得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1；

根据所得到的三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，计算所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1的瞬时值及有效值，确定出动态限流判定值instmax为三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算的最大瞬时值，以及确定出稳态限流判定值rmsmax为三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算的最大有效值。应当说明的是，三相不平衡调节装置的补充电流以及电网侧和负载侧电流均为正弦交流电，因此有效值的计算等于峰值除以根号2。

步骤s3、将所述动态限流判定值与预设的第一阀值进行对比，以及将所述稳态限流判定值与预设的第二阀值进行对比，并根据对比结果，确定当前进入的限流模式；其中，所述限流模式包括动态限流模式和稳态限流模式。

具体过程为，当动态限流判定值instmax大于等于预设的第一阀值f1时，确定当前进入的限流模式为动态限流模式；当稳态限流判定值rmsmax大于等于预设的第二阀值f2，且动态限流判定值instmax小于预设的第一阀值f1时，确定当前进入的限流模式为稳态限流模式。

应当说明的是，三相不平衡调节装置在dq静止坐标系下，控制调节器给定量为正负序分量idref+、idref-、iqref+、iqref-。设限流前电流给定量为iref(可以代表idref+、idref-、iqref+、iqref-)，能够可以根据公式(7)，推导出限流后给定量为ilim；

其中，k1和k2分别为动态限流系数和稳态限流系数。

通常，三相不平衡调节装置补偿时，动态加超过额定负载的大负载时，此时满足动态限流条件(即动态限流判定值instmax>＝第一阀值f1)，首先进入动态限流模式，动态限流系数k1不为1，而稳态限流条件不满足，稳态限流系数k2为1，稳态限流不作用。

经过一段时间后，动态限流判定值instmax会下降，此时如果满足稳态限流条件(即稳态限流判定值rmsmax>＝第二阀值f2，且动态限流判定值instmax<第一阀值f1)，稳态限流系数k2不为1，而动态限流系数k1＝1，则退出动态限流模式，并进入稳态限流模式。

再经过一段时间后，稳态限流判定值rmsmax也随之下降，此时满足限流退出条件(即稳态限流判定值rmsmax<第二阀值f2，且动态限流判定值instmax<第一阀值f1)，稳态限流系数k2＝1，且动态限流系数k1＝1，则退出限流模式。

如图3所示，为本发明实施例中该，提供的一种三相不平衡调节装置，包括：

dq变换单元110，用于获取负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ，并基于旋转坐标将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc及其对应同步的相位角θ进行dq变换，计算出正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q；

三相虚拟电流变换单元120，用于对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q进行变换处理后，得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，并根据所得到的三相虚拟电流xa1、xb1、xc1，确定出动态限流判定值及稳态限流判定值；

限流模式进入单元130，用于将所述动态限流判定值与预设的第一阀值进行对比，以及将所述稳态限流判定值与预设的第二阀值进行对比，并根据对比结果，确定当前进入的限流模式；其中，所述限流模式包括动态限流模式和稳态限流模式。

其中，所述dq变换单元110包括：

旋转变换模块1101，用于根据正负序同步旋转变换理论公式(1)和三角函数公式(2)，将所获取到的负载侧abc三相电流xa、xb、xc分别进行正序旋转变换与负序旋转变换，得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q1；其中，

过滤模块1102，用于将所得到的得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺d1和负序分量x⁺q1，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^-d1和负序分量x^-q1，通过滤波器滤除脉动分量后，得到公式(3)中的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负

序q轴电流分量x^-q；其中，

其中，所述三相虚拟电流变换单元120包括：

三相虚拟电流计算模块1201，用于采用公式(4)和公式(5)对所述计算出的正序d轴电流分量x⁺d、正序q轴电流分量x⁺q、负序d轴电流分量x^-d和负序q轴电流分量x^-q计算后，通过公式(6)，计算得到三相虚拟电流xa1、xb1、xc1；其中，

判定值提取模块1202，用于计算所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1的瞬时值及有效值，并提取所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算出的最大瞬时值为动态限流判定值，以及提取所述三相虚拟电流xa1、xb1、xc1中所计算出的最大有效值为稳态限流判定值。

其中，所述限流模式进入单元130包括：

第一限流模式进入模块1301，用于当所述动态限流判定值大于等于所述预设的第一阀值时，确定当前进入的限流模式为动态限流模式；

第二限流模式进入模块1302，用于当所述稳态限流判定值大于等于所述预设的第二阀值，且所述动态限流判定值小于所述预设的第一阀值时，确定当前进入的限流模式为稳态限流模式。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明的三相不平衡调节装置将实时采集的负载测abc三相电流进行dq变换得到正负序d轴、q轴电流分量后，再经变换构造和叠加z轴零序分量得到三相虚拟电流，并基于三相虚拟电流提取瞬时最大值和有效值最大值分别与对应的第一阀值和第二阀值进行对比，实现动态限流模式和稳态限流模式之间的切换，从而能够同时兼顾动态和稳态三相不平衡电流调节，避免造成其它设备的损坏以及功率和资源浪费的情况出现。

值得注意的是，上述装置实施例中，所包括的各个装置单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。