静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法及相关设备与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法、设备、存储介质及装置。


背景技术：

2.静止同步补偿器是电力系统中用于补偿无功功率、改善功率因数及稳定系统电压的重要装置。其中星形级联h桥拓扑由于结构简单、易于拓展、模块化、谐波特性好等优点，被广泛用于中高压电网。
3.电网电压不平衡的工况下，往往采用针对负序电压(电流)注入法与零序电压注入法结合的方法来调节相间有功功率平衡，但对于各种电网电压下输出负序电流的边界，并没有明确的定论，因此工业上往往只能采用保守的控制策略，而这也导致了不平衡电流补偿率不高。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法，旨在解决现有技术中不平衡电流补偿率不高的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法包括以下步骤：
7.获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流；
8.对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角；
9.根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压；
10.根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量；
11.根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压；
12.获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围。
13.优选地，所述对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角，包括
14.获取电压跌落后的静止同步补偿器和滤波电感组成的系统的三相电压预设计算公式及三相电流预设计算公式；
15.对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，根据相位关系计算得到负载侧的三相电流输出相角。
16.优选地，其特征在于，所述三相电压预设计算公式为：
[0017][0018]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
分别为电压跌落后的静止同步补偿器和滤波电感组成的系统的a、b、c三相电压，h为电网电压跌落程度参量，us表示三相对地电压的幅值，un表示中性点电压对地的幅值，表示静止同步补偿器和滤波电感组成的系统两端电压相角。
[0019]
优选地，所述三相电流预设计算公式为；
[0020][0021]
其中，i
oa
、i
ob
、i
oc
为静止同步补偿器三相输出电流的幅值，为三相输出电流的相位。
[0022]
优选地，所述根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量，包括：
[0023]
将中性点电压代入预设注入量计算公式中，计算得到电压调制波的注入量；预设注入量计算公式为：。
[0024][0025]
其中，m0为零序电压调制波的注入量，u
dc
为母线电压，νn为中性点电压。
[0026]
优选地，所述根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压，包括：
[0027]
根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器并网点处三相电压；
[0028]
将并网点处三相电压分别与三相输出电流在滤波电感上产生的压降作差，得到静止同步补偿器每相输出电压。
[0029]
优选地，所述获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围，包括：
[0030]
获取静止同步补偿器spwm的调制比及负载侧的品质因数；
[0031]
通过spwm的调制比，得到静止同步补偿器直流侧电压与交流侧电压最大值的关系；
[0032]
依据所述关系及静止同步补偿器的每相输出电压计算负载侧的电抗、负载侧的电阻及品质因数求得负序电流补偿范围。
[0033]
为实现上述目的，本发明还提出一种设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序被所述处理器执行时实现如上所述的
静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法的步骤。
[0034]
为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序被处理器执行时实现如上所述的静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法的步骤。
[0035]
为实现上述目的，本发明还提出一种静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解装置，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解装置包括：
[0036]
获取模块：用于获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流；
[0037]
补偿模块，用于对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角；
[0038]
中性点计算模块，用于根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压；
[0039]
注入量计算模块，用于根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量；
[0040]
电压计算模块，用于根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压；
[0041]
补偿范围计算模块，用于获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围。
[0042]
本发明通过获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流，基于这三个参数计算三相电流输出相角，根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压，根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量，再根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压，最后获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围，如此本发明技术方案能够较为明确的计算出负序电流的补偿边界，提高了负序电流的补偿率，解决现有技术中不平衡电流补偿率不高的技术问题。
附图说明
[0043]
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；
[0044]
图2本发明中星形级联h桥静止同步补偿器的主电路拓扑；
[0045]
图3为本发明静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法第一实施例的流程示意图；
[0046]
图4为图3中步骤s20的细化流程图；
[0047]
图5为图3中步骤s50的细化流程图；
[0048]
图6为图3中步骤s60的细化流程图；
[0049]
图7为本发明在电网电压单相跌落时的负序电流补偿范围示意图；
[0050]
图8为本发明在电网电压两相跌落时的负序电流补偿范围示意图；
[0051]
图9(a)为发生单相电压跌落故障时，感性工况下的a相和b相的输出电流相量图；
[0052]
图9(b)为发生单相电压跌落故障时，容性工况下的a相和b相的输出电流相量图；
[0053]
图10为本发明的边界条件下，单相跌落时，负载和statcom输出的正序无功电流、负序无功电流和负序有功电流波形；
[0054]
图11为本发明的边界条件下，单相跌落时，三相电网电压、三相直流侧电压、三相
电网电流和静止同步补偿器三相输出电流波形；
[0055]
图12为本发明的边界条件下，单相跌落时，静止同步补偿器中性点对地电压波形；
[0056]
图13为静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解装置一实施例的模块图。
[0057]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0058]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0059]
下面结合图1-图13描述本发明的技术方案。
[0060]
图1示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图1所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(communications interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法，该方法包括：
[0061]
获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流；
[0062]
对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角；
[0063]
根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压；
[0064]
根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量；
[0065]
根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压；
[0066]
获取静止同步补偿器spwm(sinusoidal pulse width modulation，正弦脉宽调制)的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围。
[0067]
优选地，所述对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角，包括
[0068]
获取电压跌落后的静止同步补偿器和滤波电感组成的系统的三相电压预设计算公式及三相电流预设计算公式；
[0069]
对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，根据相位关系计算得到负载侧的三相电流输出相角。
[0070]
优选地，其特征在于，所述三相电压预设计算公式为：
[0071][0072]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
分别为电压跌落后的静止同步补偿器和滤波电感组成的系统的a、b、c三相电压，h为电网电压跌落程度参量，us表示三相对地电压的幅值，un表示中性点电压对地的幅值，表示静止同步补偿器和滤波电感组成的系统两端电压相角。
[0073]
优选地，所述三相电流预设计算公式为；
[0074][0075]
其中，i
oa
、i
ob
、i
oc
为静止同步补偿器三相输出电流的幅值，为三相输出电流的相位。
[0076]
优选地，所述根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量，包括：
[0077]
将中性点电压代入预设注入量计算公式中，计算得到电压调制波的注入量；预设注入量计算公式为：
[0078][0079]
其中，m0为零序电压调制波的注入量，mn为静止同步补偿器的用母线电压对中性点电压进行归一化处理的结果值，u
dc
为母线电压，νn为中性点电压。
[0080]
优选地，所述根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压，包括：
[0081]
根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器并网点处三相电压；
[0082]
将并网点处三相电压分别与三相输出电流在滤波电感上产生的压降作差，得到静止同步补偿器每相输出电压。
[0083]
优选地，所述获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围，包括：
[0084]
获取静止同步补偿器spwm的调制比及负载侧的品质因数；
[0085]
通过spwm的调制比，得到静止同步补偿器直流侧电压与交流侧电压最大值的关系；
[0086]
依据所述关系及静止同步补偿器的每相输出电压计算负载侧的电抗、负载侧的电阻及品质因数求得负序电流补偿范围。
[0087]
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0088]
参照图2，图2为一种星形级联h桥静止同步补偿器，具有a、b、c三相，能够用于补偿负载。van～vcn是静止同步补偿器statcom和滤波电感组成的系统两端电压。本实施例中图1所示的电子设备可应用于该星形级联h桥静止同步补偿器中，以计算出负序电流的补偿边界，提高了负序电流的补偿率。
[0089]
基于上述硬件结构，提出本发明静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法的
实施例。
[0090]
参照图3，图3为本发明静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法第一实施例的流程示意图。
[0091]
在第一实施例中，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法包括以下步骤：
[0092]
步骤s10：获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流。本实施例中，检测电网电压和负载处的电流，得到电流的正序分量和负序分量；并将得到的正序电流分量进行abc/dq变换，得到正序有功电流和正序无功电流。基于同样的原理，可以得到负序无功电流及负序有功电流。
[0093]
步骤s20：对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角。
[0094]
参照图4，本实施例中，步骤s20具体包括：
[0095]
步骤s201：获取电压跌落后的静止同步补偿器和滤波电感组成的系统的三相电压预设计算公式及三相电流预设计算公式；
[0096]
步骤s202：对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，根据相位关系计算得到负载侧的三相电流输出相角。
[0097]
本实施例中，所述三相电压预设计算公式为：
[0098][0099]
其中，v
an
，v
bn
，v
cn
分别为电压跌落后的静止同步补偿器和滤波电感组成的系统的a、b、c三相电压，h为电网电压跌落程度参量，us表示三相对地电压的幅值，un表示中性点电压对地的幅值，表示静止同步补偿器和滤波电感组成的系统两端电压相角。
[0100]
本实施例中，所述三相电流预设计算公式为；
[0101][0102]
其中，i
oa
、i
ob
、i
oc
为静止同步补偿器三相输出电流的幅值，为三相输出电流的相位。
[0103]
令静止同步补偿器补偿负载侧的正序分量中的a相无功电流负序分量中的a相有功电流和负序分量中的a相无功电流即正序无功电流滞后正序电压90
°
，负序无功电流滞后负序电压90
°
，负序有功电流与电网负序电压同相位，得到有表达
式：
[0104][0105]
其中r，x分别为负载侧电阻和电抗，分别代表正序分量中的a相电压、负序分量中的a相电压，ia为a相电流，和分别为正序分量中的a相电流和负序分量中的a相电流，ib为b相电流，和分别为正序分量中的b相电流和负序分量中的b相电流，和分别为负序分量中的b相有功电流和负序分量中的b相无功电流。参照图9(a)及图9(b)，图9(a)为发生单相电压跌落故障时，感性工况下的a相和b相的输出电流相量图。图9(b)为发生单相电压跌落故障时，容性工况下的a相和b相的输出电流相量图。
[0106]
根据相位关系可以求得静止同步补偿器补偿负载侧的三相电流输出相角的正余弦值：
[0107][0108]
将r，x，h带入公式中，可以计算得到负载侧的三相电流输出相角。
[0109]
步骤s30：根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压。值得说明的是，由于正序有功电流环可维持三相有功功率之和为0，此处只需满足两式有功功率为0，可直接取a相和b相两相计算：
[0110][0111]
a相跌落时的中性点电压相角表达式：
[0112][0113]
中性点电压幅值的表达式：
[0114]
[0115]
如此可以计算得到中性点电压。
[0116]
步骤s40：根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量。本实施例中，步骤s40具体包括：
[0117]
将中性点电压代入预设注入量计算公式中，计算得到电压调制波的注入量；预设注入量计算公式为：。
[0118][0119]
其中，m0为零序电压调制波的注入量，u
dc
为母线电压，νn为中性点电压。
[0120]
参照图5，步骤s50：根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压。本实施例中，步骤s50具体包括
[0121]
步骤s501：根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器并网点处三相电压；
[0122]
步骤s502：将并网点处三相电压分别与三相输出电流在滤波电感上产生的压降作差，得到静止同步补偿器每相输出电压。
[0123]
参照图6，步骤s60：获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围。
[0124]
本实施例中骤s60具体包括：
[0125]
步骤s601：获取静止同步补偿器spwm的调制比及负载侧的品质因数；
[0126]
步骤s602：通过spwm的调制比，得到静止同步补偿器直流侧电压与交流侧电压最大值的关系；
[0127]
步骤s603：依据所述关系及静止同步补偿器的每相输出电压计算负载侧的电抗、负载侧的电阻及品质因数求得负序电流补偿范围。
[0128]
值得说明的是，通过spwm的调制比，得到直流侧电压与交流侧电压最大值的关系，求得负序电流补偿范围。静止同步补偿器以边界最大值补偿负载侧产生的负序电流，从而提高在安全范围内的补偿率。
[0129]
进一步地，不平衡状态下负序电流的补偿率c范围可表示如下：
[0130][0131]
其中，x为负载侧的电抗，r为负载侧的电阻，s为负载侧的品质因数。
[0132]
参照图7为本发明在电网电压单相跌落时的负序电流补偿范围示意图，图8为本发明在电网电压两相跌落时的负序电流补偿范围示意图，其中曲面表示三相交流侧输出电压峰值的最大值um，平面表示单相各单元直流侧电压之和u
dcm
。图7和图8均为在matlab中的运算结果示意图。
[0133]
对上述方法进行仿真验证，结果如下：
[0134]
使用simulink仿真平台搭建容量为3.6mvar，每相8单元的级联h桥静止同步补偿器，并联接入6kv电网，仿真结果参见图10、图11及图12。其中负载为r＝5ω，l＝0.04h，0.15s，c相跌落至0.02倍。图10表示负载和静止同步补偿器输出的正序无功电流、负序无功电流和负序有功电流，可知该种工况下负载侧的正序无功电流和负序电流均被完全补偿。图11表示三相电网电压、三相直流侧电压、三相电网电流和静止同步补偿器三相输出电流，
可知静止同步补偿器稳定运行，三相电网电流被补偿至完全平衡。图12表示静止同步补偿器中性点对地电压，与计算结果(vn＝1733v,)相符。
[0135]
本发明通过获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流，基于这三个参数计算三相电流输出相角，根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压，根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量，再根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压，最后获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围，如此本发明技术方案能够较为明确的计算出负序电流的补偿边界，提高了负序电流的补偿率，解决现有技术中不平衡电流补偿率不高的技术问题。此外本发明还有如下优点：1、边界求解过程简便，且只需单次运算，可靠性高，运算量小；2、根据负序电流边界与电网电压不对称跌落幅值的多项式关系，可获得直观的负序电流补偿安全工作范围；3、为工业应用的不平衡电流补偿策略提供了很好的理论指导。
[0136]
为实现上述目的，本发明还提出一种设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序被所述处理器执行时实现如上所述的静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法的步骤。
[0137]
为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解程序被处理器执行时实现如上所述的静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解方法的步骤。
[0138]
参照图13，为实现上述目的，本发明还提出一种静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解装置，所述静止同步补偿器的负序电流补偿边界求解装置包括：
[0139]
获取模块100：用于获取负载的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流。
[0140]
补偿模块200，用于对负载侧的正序无功电流、负序无功电流及负序有功电流进行补偿，计算负载侧的三相电流输出相角。
[0141]
中性点计算模块300，用于根据三相电流输出相角及三相有功功率为零计算中性点电压。
[0142]
注入量计算模块400，用于根据所述中性点电压计算零序电压调制波的注入量。
[0143]
电压计算模块500，用于根据零序电压注入量计算出静止同步补偿器的每相输出电压。
[0144]
补偿范围计算模块600，用于获取静止同步补偿器spwm的调制比，根据所述调制比及静止同步补偿器的每相输出电压计算负序电流补偿范围。
[0145]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0146]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词解释为名称。
[0147]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方
法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0148]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。