含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统和限幅补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于无谐波检测的负载不平衡补偿系统和方法，能够实现无需检 测负载电流和谐波的条件下对电网电流的动态限幅补偿，具体为含有限幅控制器的负载不 平衡补偿系统和限幅补偿方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的不断发展，不平衡负载大量应用，由于局部电网中的某一相 或者某几相出现功率负荷过重的或过轻，导致局部电网电能质量下降，出现电网电压电流 不平衡，谐波过多、在三相四线电网中还会出现中性线电流过大，电网损耗过大等电能质量 问题，严重缩短电力变压器寿命，影响电力设备的正常运行。
[0003] 现有的不平衡负载补偿系统或者带有不平衡补偿能力的有源电力滤波器多是基 于谐波检测方法，但该方法计算量较大，且相位有延时，最终会影响电网的补偿效果。而基 于无谐波检测方法的负载补偿系统，由于计算量大大减少，没有相位延时，因此特别适合于 以DSP等数字信号处理器为核心的负载补偿系统，但由于电力变压器的容量往往较大，而 负载补偿装置的补偿能力有限，为了在有限补偿能力条件下达到最优补偿效果，需在输出 补偿电流上加入限幅处理环节，而现有的限幅处理大都基于谐波检测方法，无法应用于基 于无谐波检测的负载补偿系统。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有的限幅处理环节无法应用于基于无谐波检测的负载补偿系 统的问题，提供了含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统和限幅补偿方法。
[0005] 本发明是采用如下的技术方案实现的：含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统， 包括三相四桥臂逆变桥，三相四桥臂逆变桥的交流侧经由电感和电网连接，直流侧设有电 容器，还包括用于采集电网电流的交流电流采集模块、采集电网电压的交流电压采集模块、 采集三相四桥臂逆变桥交流侧电感电流的电感电流采集模块和采集三相四桥臂逆变桥直 流侧电容电压的直流电压采集模块，交流电流采集模块的输出端和Clark变换模块的输入 端连接，交流电流采集模块的输出端还和限幅控制器的输入端连接，clark变换模块的输出 端和park变换模块的输入端连接，交流电压采集模块的输出端和PLL锁相环模块的输入 端连接，PLL锁相环模块的输出端还分别和clark变换模块、park变换模块的参考信号输 入端连接，电感电流采集模块的输出端和限幅控制器的输入端连接，直流电压采集模块的 输出端和参考电压加法器的输入端连接，参考电压加法器的输出端和比例积分控制器的输 入端连接，比例积分控制器的输出端和限幅控制器的输入端连接，限幅控制器的输出端和 park变换模块的输出端共同连接到加法器上，加法器的输出端和比例谐振控制器的输入端 连接，比例谐振控制器的输出端和park反变换模块的输入端连接，比例谐振控制器上的另 一输出端还和驱动模块的输入端连接，park反变换模块的输出端和clark反变换模块的输 入端连接,clark反变换模块的输出端和驱动模块的输入端连接，驱动模块的输出端和三相 四桥臂逆变桥的反馈端连接。
[0006] 上述的含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统的限幅补偿方法，包括以下步骤： 交流电流采集模块采集到电网电流la、lb和Ic并输入到clark变换模块内，交流电压 采集模块采集到电网电压Ua、Ub和Uc并输入到PLL锁相环模块，电感电流采集模块采集到 电感电流I]a、U和11{：并输入到限幅控制器内，直流电压采集模块采集到电容电压Vdc并输 入到参考电压加法器内； clark变换模块由输入的电网电流并参考电网电压输出电流1"和％到park变换模块 内； park变换模块由输入的电流并参考电网电压输出电流Id、Iq和^到加法器内， 参考电压加法器将输入的电容电压Vdc和参考电压Vref相减的结果输入到比例积分 控制器，比例积分控制器输出A Vdc到限幅控制器内， 限幅控制器先将采集到的电网电流la、lb和Ic与电感电流做差，得到 负载电流l】oada、I】oa(jb和〖loade，然后对负载电流hoada、I〗oadb和l】oade进订dark变换、 park变换得到负载电流在dqO坐标系下的负载电流分量Idksad、IqiMd和I〇 lMd ,负载电 流分量^。^、^。沾和:^-经低通滤波处理后屬到负载电流分量中的非平衡分量部分 Idh、Iqh和;再对负载电流ltoada和〖krnde分别求有效值，并令三个有效值中的 最大值为I ，得到系数K，k= 式中J 为预设的输出电流最大值，同时做出判 另ij,若If < 1则输出K，若> 1则输出K值为1 ;输出的K值分别与三相负载电流分量中的 非平衡分量相乘，积为kld^klq^kloh，分别与三相负载平衡时的d轴、g轴、0轴目标值相 加，其中d轴目标值由直流电压值决定并由比例积分控制器计算得到，q轴、0轴目标值均 为0,继而得到目标电流参考值I/Jq"*和; 得到的目标电流参考值[d、Iq和和电流〖d、lq和在加法器内做差，得到
【主权项】
1. 含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统，其特征在于包括三相四桥臂逆变桥，三相 四桥臂逆变桥的交流侧经由电感和电网连接，直流侧设有电容器，还包括用于采集电网电 流的交流电流采集模块、采集电网电压的交流电压采集模块、采集三相四桥臂逆变桥交流 侦_感电流的电感电流采集模块和采集三相四桥臂逆变桥直流侧电容电压的直流电压采 集模块，交流电流采集模块的输出端和Clark变换模块的输入端连接，交流电流采集模块 的输出端还和限幅控制器的输入端连接，clark变换模块的输出端和park变换模块的输入 端连接，交流电压采集模块的输出端和PLL锁相环模块的输入端连接，PLL锁相环模块的输 出端还分别和clark变换模块、park变换模块的参考信号输入端连接，电感电流采集模块 的输出端和限幅控制器的输入端连接，直流电压采集模块的输出端和参考电压加法器的输 入端连接，参考电压加法器的输出端和比例积分控制器的输入端连接，比例积分控制器的 输出端和限幅控制器的输入端连接，限幅控制器的输出端和park变换模块的输出端共同 连接到加法器上，加法器的输出端和比例谐振控制器的输入端连接，比例谐振控制器的输 出端和park反变换模块的输入端连接，比例谐振控制器上的另一输出端还和驱动模块的 输入端连接，park反变换模块的输出端和clark反变换模块的输入端连接，clark反变换模 块的输出端和驱动模块的输入端连接，驱动模块的输出端和三相四桥臂逆变桥的反馈端连 接。
2. 如权利要求1所述的含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统的限幅补偿方法，其特 征在于包括以下步骤： 交流电流采集模块采集到电网电流la、Ib和Ic并输入到clark变换模块内，交流电压 采集模块采集到电网电压Ua、Ub和Uc并输入到PLL锁相环模块，电感电流采集模块采集到 电感电流Ila、I]b和^并输入到限幅控制器内，直流电压采集模块采集到电容电压Vdc并输 入到参考电压加法器内； clark变换模块由输入的电网电流并参考电网电压输出电流1"和1|3到park变换模块 内； park变换模块由输入的电流并参考电网电压输出电流Id、Iq和Icj到加法器内， 参考电压加法器将输入的电容电压Vdc和参考电压Vref相减的结果输入到比例积分 控制器，比例积分控制器输出Δ Vdc到限幅控制器内， 限幅控制器先将采集到的电网电流la、Ib和Ic与电感电流Ila、Ift和&做差，得到 负载电流Iloada、I】oadb和I3oade,然后对负载电流I loada、Iloadt和I】oade进行dark变换、 park变换得到负载电流在dqO坐标系下的负载电流分量Idkjad、ItJiMd和I cJkjad ,负载电 流分量Idkiad、V>ad和Iakjad经低通滤波处理后,得到负载电流分量中的非平衡分量部分 、1非和I 0h ;再对负载电流I〗oada、I】〇adb和Iloadc分别求有效值，并令三个有效值中的 最大值为I ,得到系数κ 式中I I为预设的输出电流最大值，同时做出判
iYms iSet 另IJ，若If < 1则输出K，若Ir > 1则输出K值为1 ;输出的K值分别与三相负载电流分量中的 非平衡分量相乘,积为kl&klqhkl%,再分别与三相负载平衡时的d轴、q轴、O轴目标值 相加，其中d轴目标值由直流电压值决定并由比例积分控制器计算得到，g轴、O轴目标值 均为O ,继而得到目标电流参考值IdMqx和I，； 得到的目标电流参考值和V和电流Id Λ和Icj在加法器内做差，得到 Ald = 1/ - Id、Alq = I: - Ι^ΠΔΙ。= I，一 Ic ,将AId、Δ、和AI0 输入到比例谐振控 制器内； 比例谐振控制器根据输入的Md、AIq和AIci生成d轴、q轴和O轴下的占空比值D d、 Dtl、Dfl,并将占空比值Dd、Dq送入park变换模块，D tJ作为第四桥臂的控制量直接送入驱 动模块； 占空比值Dd、Dq在park变换模块、clark变换模块内进行park反变换、clark反变 换得到a、b、c坐标系下的占空比值Da、Db、De ,并送入驱动模块内； 驱动模块将占空比值Da、Db AjPDcj调制成PWM控制信号输入到三相四桥臂逆变 桥中IGBT控制端，实现对负载不平衡的动态补偿。
【专利摘要】本发明涉及一种基于无谐波检测的负载不平衡补偿系统和方法，能够实现无需检测负载电流和谐波的条件下实现对电网电流的动态限幅补偿，具体为含有限幅控制器的负载不平衡补偿系统和限幅补偿方法。本发明基于无谐波检测、比例积分及比例谐振原理，并将其应用到旋转坐标系下的大功率负载不平衡补偿系统的模型之中，模型中包含了限幅控制器、比例积分控制器和比例谐振控制器，通过调节旋转坐标系下的目标电流参考值达到限制输出电流的目的，能够在无需检测负载电流和谐波的条件下实现对电网电流最大限度的动态补偿，使容量有限的负载不平衡补偿系统能够并网并保证其安全运行。
【IPC分类】H02J3-26
【公开号】CN104682407
【申请号】CN201510124780
【发明人】韩肖清, 王磊, 杨宇, 孟润泉, 曹国栋, 刘翼肇, 陈宇豪
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月23日