SVG直流侧电压稳压及自适应PI中点电位控制方法与流程

本发明涉及静止无功发生器(svg)领域，具体涉及一种基于i型三电平拓扑的直流侧电压稳压控制及虚拟空间矢量调制算法下的自适应pi中点电位控制方法。

背景技术：

1、努力构建清洁低碳、安全高效能源体系，是我们一直以来的建设目标。以新能源为主体的新型电力系统，具备“双高”特点，即高比例可再生能源、高比例电力电子设备。各种电力设备的运行严重影响着电能的质量，比如各类电机、整流器、新能源汽车所使用的充电桩以及各类电力电子装置等，这些电力设备会降低电网的功率因数、破坏电网电压平衡，甚至会导致电流波形发生畸变，严重影响了整个电网安全有效的运行。此外，由于电能质量的恶化，对计算机以及其他精密仪器仪表设备造成电磁干扰，增大电力设备发热程度，破坏设备，缩短设备的使用寿命，造成严重的经济损失，甚至会出现电力事故。因此，对电能质量进行监控，研究改善电能质量技术具有重要的现实意义。

2、静止无功发生器(svg)可以实现谐波补偿、无功功率补偿、不平衡电流补偿等功能，不但可以克服传统补偿装置的不足，同时弥补了纯有源补偿成本高的问题，是未来电能质量治理的重要发展方向之一，对其研究和开发具有重要意义。静止无功发生器的直流侧并无电源进行电压支撑，电容的电压控制尤为重要，这将直接影响到最终输出波形的效果，进而影响控制效果，因此直流侧电容的充电电位控制及补偿过程中中点电位的控制一直都是静止无功发生器的研究重点。

3、目前，直流侧电容的充电方法往往采用独立的电容充电电路或者直接pwm调制充电，这样往往会增加设计成本或者造成充电电流过冲导致电容受损。在中点电位控制方面，目前常用的是检测直流侧上下电容压差，通过pi控制器控制正负小矢量的作用时间控制中点电位的平衡，这种方法控制能力有限，且中点电位电流变化较大时往往无法进行有效控制反而造成电容压差增大。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，能够将直流侧电容电压、中点电位电压的变化维持在很小的范围内。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，基于包括上下两组电容、功率控制器件为igbt、采用lcl滤波器与电网相连的pwm调制系统，中点电位从两组电容中间引出与电网零线相连，包括：

4、直流电压软启动：直流侧电压通过斜坡函数启动升至指令值，电流环与电压环均开始工作产生pwm信号；

5、直流电压稳压控制：检测上下电容电压之和，与指令值进行比较；

6、引入基于模糊逻辑的pid控制，取电压变化量e和电压变化量的变化率ec作为输入，比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd作为输出，制定pid控制参数的模糊规则，将上述得到的模糊的控制量经过加权平均法清晰化变换得到论域范围内的清晰值，进而转换成实际的控制量；

7、中点电位精确控制：采用虚拟空间矢量调制方法对中点电位波动进行调制，根据不同的三相电流正负判断中点电位正负，来调节正负小矢量的作用时间，并制定pi控制参数表，根据控制参数进行pi参数自适应调整，控制电容充放电。

8、进一步的，模糊逻辑的pid控制包括：

9、将每一个输入模糊变量分割为模糊集合nb负大、nm负中、ns负小、zo零、ps正小、pm正中、pb正大；

10、电压变化量e的模糊集合取nb、ns、zo、ps、pb，电压变化量的变化率ec的模糊集合取n、z、p，输出量比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的模糊集合均为nb、nm、ns、zo、ps、pm、pb。

11、进一步的，电压变化量e的模糊论域为[-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5]，所述电压变化量的变化率ec的模糊论域为[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4]，所述比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的模糊论域均为[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4]。

12、进一步的，pid控制参数的模糊规则为：

13、kp取值规则：在e为nb且ec为n、e为pb且ec为p时，取pb；在e为ns且ec为n时、e为ps且ec为p、或e为pb且ec为z时，取pm；在e为zo且ec为p、e为ps且ec为z时，取ps；在e为zo且ec为z时取zo；在e为ns且ec为z、e为zo且ec为n时，取ns；在e为nb且ec为z、e为ns且ec为p、或e为ps且ec为n时，取nm；在e为nb且ec为p、e为pb且ec为n时，取nb；

14、ki取值规则：在e为nb且ec为p、e为pb且ec为n时，取pb；在e为ns且ec为p时、e为ps且ec为n时，取pm；在e为zo、且ec为n或p时，取ps；在e为ns且ec为n、e为zo且ec为z、e为ps且ec为p时，取zo；在e为ns且ec为z、e为ps且ec为z时，取ns；在e为nb且ec为n或z、e为pb且ec为z或p时，取nm；

15、kd取值规则：在e为nb且ec为p时取pb；在e为ns且ec为p时取pm；在e为zo取zo；在e为ns且ec为z、e为ps且ec为z时，取ns；在e为nb且ec为z、e为ns且ec为n、e为ps且ec为n或p、或e为pb且ec为z时，取nm；在e为nb且ec为n、e为pb且ec为n或p时，取nb。

16、进一步的，虚拟空间矢量调制方法中的虚拟大矢量、虚拟小矢量、虚拟零矢量与空间矢量调制的大矢量、小矢量、零矢量一致，虚拟中矢量由小矢量和中矢量合成，有虚拟大矢量6个，虚拟中矢量6个，虚拟小矢量12个和虚拟零矢量3个。

17、进一步的，虚拟中矢量的角度与空间矢量调制的中矢量相同，幅值为中矢量的2/3。

18、进一步的，上述方法还包括直流侧预充电步骤：逆变器运行于不控整流，pwm调制程序不启动，直流侧电压上升。

19、进一步的，pwm调制系统的上下直流侧分别并联一个充电电阻，所述充电电阻在直流侧预充电阶段接入电路，在直流电压软启动阶段通过断路器从电路中断开。

20、本发明的优点在于：提供了一种基于i型三电平svg的直流侧电压稳压控制及虚拟空间矢量调制算法下的自适应pi中点电位控制方法，能够根据有功电流大小将静止无功发生器的直流侧电压稳定在设定值范围之内，且波动能够维持在很小的区间，保证输出波形质量；根据中点电位流入流出电流大小，通过控制正负小矢量作用时间调节电位大小，保证中点电位维持在0v左右，保证输出波形质量。本发明与现有技术相比，能够将直流侧电容电压、中点电位电压维持在设定值很小范围内，提高输出波形质量，对电网电能质量有更好的治理效果。

技术特征：

1.svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，基于包括上下两组电容、功率控制器件为igbt、采用lcl滤波器与电网相连的pwm调制系统，中点电位从两组电容中间引出与电网零线相连，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，所述模糊逻辑的pid控制包括：

3.根据权利要求2所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，所述电压变化量e的模糊论域为[-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5]，所述电压变化量的变化率ec的模糊论域为[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4]，所述比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的模糊论域均为[-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4]。

4.根据权利要求3所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，pid控制参数的模糊规则为：

5.根据权利要求1所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，所述虚拟空间矢量调制方法中的虚拟大矢量、虚拟小矢量、虚拟零矢量与空间矢量调制的大矢量、小矢量、零矢量一致，虚拟中矢量由小矢量和中矢量合成，有虚拟大矢量6个，虚拟中矢量6个，虚拟小矢量12个和虚拟零矢量3个。

6.根据权利要求5所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，所述虚拟中矢量的角度与空间矢量调制的中矢量相同，幅值为中矢量的2/3。

7.根据权利要求1所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，还包括直流侧预充电步骤：逆变器运行于不控整流，pwm调制程序不启动，直流侧电压上升。

8.根据权利要求7所述svg直流侧电压稳压及自适应pi中点电位控制方法，其特征在于，所述pwm调制系统的上下直流侧分别并联一个充电电阻，所述充电电阻在直流侧预充电阶段接入电路，在直流电压软启动阶段通过断路器从电路中断开。

技术总结
本发明提供了一种SVG直流侧电压稳压及自适应PI中点电位控制方法，基于包括上下两组电容、功率控制器件为IGBT、采用LCL滤波器与电网相连的PWM调制系统，中点电位从两组电容中间引出与电网零线相连，通过直流侧预充电、直流电压软启动、引入基于模糊逻辑的PID控制直流电压稳压和虚拟空间矢量调制中点电位，实现将直流侧电容电压、中点电位电压的变化维持在很小的范围内，提高输出波形质量，对电网电能质量有更好的治理效果。

技术研发人员：刘震,颜世凯,傅春明,王新刚,张栋,李磊,张玉舒,王俪璇,张智勇,王永军,王瑞
受保护的技术使用者：山东电工电气集团数字科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16