一种配电网柔性接地装置控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型设及一种配电网柔性接地装置控制系统。
【背景技术】
[0002] 由于我国配电网惯行的接地方式、线路架设方法与线路中电压互感器及补偿电容 的不对称分布，使得我国配电网长期存在Ξ相对地参数不对称的情况，容易引发Ξ相不平 衡过电压。Ξ相不平衡过电压会给电力系统及用户带来一系列的危害，包括:降低配电变压 器的出力，危及变压器的安全与寿命;增加电动机和输电线路的损耗;影响用电设备尤其是 单相负荷的正常运行;各相电压不对称还会危及系统的绝缘，并给故障检测带来困难，容易 导致保护装置误动作。一旦在不平衡的情况下发生故障，还可能导致系统进入谐振状态，使 中性点位移电压迅速增大，导致供电设备无法正常工作，影响配电系统供电可靠性。
[0003] 目前国内外已有的配电网Ξ相不平衡治理方法包括：（1)改变系统接地方式；（2) 手动/自动投切电容/电抗器组；（3)使用电力电子设备控制的静止无功补偿装置；（4)使用 柔性接地装置。改变系统接地方式常用经消弧线圈接地或消弧线圈串联电阻接地，但该方 法在系统运行方式发生较大变化时可能导致谐振的发生，带来更大的不平衡过电压;使用 投切电容/电抗器组方式抑制Ξ相不平衡时，投切时间及投切容量均由系统W往的运行经 验推测、计算得来，难W精确快速地达到抑制要求;静止无功补偿装置采用电力电子及现代 控制技术，动态性能优良，但运些装置的主要功能是对负荷不平衡引起的线路无功缺额进 行补偿，只能减小输电线路上的电压偏移，并不能对中性点位移电压进行补偿。而使用柔性 接地装置，通过逆变电路向配电网中性点注入零序电流，调整该电流的幅值和相位来控制 系统零序电压，从而可从根本上实现对Ξ相不平衡过电压的抑制，因此具有十分广阔的应 用前景。
[0004] 但现有技术中未发现有针对柔性接地装置的控制系统及其参数设计方法。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种配电网柔性接地装置控制系统， 采用具有本实用新型参数的配电网柔性接地装置控制系统，可实现对柔性接地装置快速、 精准的控制，有效避免因参数设计不当造成的控制系统振荡，Ξ相不平衡电压抑制率偏低， 响应速度偏慢等问题。
[0006] 解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
[0007] -种配电网柔性接地装置控制系统，所述的配电网等效为并联的对地电阻及对地 电容Rs及Cs，所述的柔性接地装置为:单相逆变器经注入变压器与配电网中性点相连，其输 出电流i。经LC滤波后注入配电网中性点;其特征是:所述的控制系统包括：
[000引依次连接的第一合并比较模块、一 SPIR控制器、第二合并比较模块和脉冲生成模 块，W及一比例放大模块化；
[0009]所述第一合并比较模块采样输入柔性接地装置的输出电流io并与注入电流参考 值iref比较后输出差值，所述SPIR控制器由比例积分控制器(PI)与比例谐振控制器(PR)串 联构成，所述第二合并比较模块输入柔性接地装置滤波电容电流(i。)并经所述比例放大模 块化放大后与SPIR控制器的输出合并比较最后输出至所述柔性接地装置单相逆变器。
[0010] 控制系统具体运行原理为:柔性接地装置中的单相逆变器经注入变压器与配电网 中性点相连，其输出电流经LC滤波后注入配电网中性点，控制系统对柔性接地装置输出电 流io(即注入电流）进行采样后，与注入电流参考值iref比较，将其差值经SPIR控制器调节 后，与电容电流反馈环节相叠加后产生调制波，经脉宽调制后得到触发脉冲信号，控制逆变 器IGBT的通断，从而实现对输出电流的反馈控制。
[0011] 上述控制系统参数的设计方法，其特征是:所述的控制系统参数按W下公式计算：
[0012]
[OOK]其中，出表示电容电流反馈系数;kp_PI及k康示PI控制器比例、积分系数;kp_PR及kr 表示PR控制器比例、谐振系数;L〇、C〇为逆变器滤波电感及电容;Cs、Rs为配电网等效电容及 电阻;kpwM为逆变器增益，fsw为IGBT开关频率；ω。为控制系统剪切频率，PM为控制系统相角 裕度，El为稳态误差，ω 1为谐振截止频率。
[0014] 控制系统性能指标参数包括:控制系统剪切频率ω。，控制系统相角裕度ΡΜ，稳态 误差Ei。
[0015] 上述方法根据控制系统性能指标要求，明确了SPIR控制器参数及LC滤波电容电流 反馈系数的设计原则和约束条件。
[0016] 本实用新型的有益效果是：
[0017] 1)所述控制方法可有效抑制中性点对地电压，从而实现Ξ相不平衡过电压的抑 制；
[0018] 2)由注入电流反馈及滤波电容电流反馈共同构成的控制系统可实现对参考电流 的实时跟踪，具有十分优良的动稳态性能;其中SPIR控制器可在维持较大带宽的同时，保证 系统良好的稳定性及稳态性能;滤波电容电流反馈使控制系统具有对配电网参数的高鲁棒 性。
[0019] 3)控制器参数设计方法，针对控制系统性能指标要求，明确了控制系统参数设计 原则和约束条件;相较于传统的试凑法或经验法，设计效率大大提高。
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明。
【附图说明】
[0021 ]图1是配电系统柔性接地装置拓扑图；
[0022] 图2是柔性接地装置控制系统电路图；
[0023] 图3为控制系统的闭环控制框图；
[0024] 图4为只含电容电流反馈的系统开环传递函数波特图；
[0025] 图5为采用PR控制器及串联PIR控制器的系统开环传递函数波特图；
[0026] 图6为控制器参数表；
[0027] 图7为改进前后系统波特图对比；
[00%]图8为采用PI控制器的实验波形；
[0029] 图9为采用SPIR控制器的实验波形。
【具体实施方式】
[0030] 图1为柔性接地装置的拓扑图，Ea、Eb、Ec是系统立相电源，11\、1^、1^心、〔6、(：[分别表 示Ξ相对地电阻及电容，单相逆变器经一升压变压器连接在配电网中性点，其输出电流i。 经LC滤波后注入配电网中性点，其中L0、C0分别为逆变器输出滤波电路电感、电容。
[0031] 图2所示为柔性接地装置W及本实用新型的柔性接地装置控制系统电路图，配电 网等效为并联的对地电阻及对地电容Rs及Cs。
[0032] 本实用新型的配电网柔性接地装置控制系统实施例，包括依次连接的第一合并比 较模块、一SPIR控制器、第二合并比较模块和脉冲生成模块，W及一比例放大模块化。
[0033] 其中的第一合并比较模块采样输入柔性接地装置的输出电流io并与注入电流参 考值iref比较后输出差值，SPIR控制器由比例积分控制器(PI)与比例谐振控制器(PR)串联 构成，第二合并比较模块输入柔性接地装置滤波电容电流(i。)并经所述比例放大模块化放 大后与SPIR控制器的输出合并比较、再经脉冲生成模块最后输出至柔性接地装置单相逆变 器。
[0034] SPIR控制器控制逆变器IGBT的通断，调控逆变器输出电压U0从而实现对输出电流 的反馈控制；在此过程中，为保证系统对配电网参数的鲁棒性，加入滤波电容电流（i。)反 馈，与输出电流反馈相结合，共同实现单相逆变器的控制。
[0035] 图3所示为系统的闭环控制框图，分析可知注入电流io与逆变器载波电压幅值vm之 间的传递函数为：
[0036] (1);
[0037] 由于滤波电感与Lo与滤波电容Co及等效对地电容Cs之间在特定频率下会发生谐 振，容易降低系统的稳定性，故设计滤波电容电流反馈回路，反馈系数为出。
[0038] 图4所示为加入滤波电容电流反馈前后的系统传递函数波特图，可明显地看到，电 容电流反馈可有效地抑制谐振峰，同时增大系统的相角裕度，故可W有效地提高系统稳定 性。此时系统传递函数为：
[0039]
(2)
[0040] 为了实现注入电流在基波频率处的无静差调节，本实用新型使用比例谐振控制器 (PR)来维持基频处较高的开环增益，但PR控制器会同时带来-180°的相移，使得相角裕度降 低，降低系统稳定性。因此，本实用新型在使用PR控制器的同时，串接比例积分控制器(PI)， P