一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法

摘要

本发明公开了一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，包括链式SVG，所述链式SVG包括三相链节，每个链节包括若干个串联的H桥单元，所述三相链节各与一个电抗器串联组成链节支路，所述三个链节支路角形连接后并接入三相电网和三相负载之间。本发明的方法可应用于基于角形链式SVG的负序、无功和谐波电流综合补偿系统，物理意义清晰，算法简单。

权利要求

1.一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，包括链式SVG，所述链式SVG包括三相链节，每个链节包括若干个串联的H桥单元，所述三相链节各与一个电抗器串联组成链节支路，三个链节支路角形连接后并接入三相电网和三相负载之间，其特征在于，该方法为：-

1)将三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc经abc/dq 变换、低通滤波，得到两相旋转坐标系下的负序有功电流分量 和负序无功电流分量 再经dq/△变换矩阵，得到角形链式SVG负序补偿所需的负序指令电流iab1、ibc1、ica1；dq/△变换矩阵表达式为：其中ω为电网角频率；

2)将步骤1)得到的负序有功电流分量 和负序无功电流分量 经dq-/abc变换，得到- - -负序电流瞬时值ia、ib、ic ；

+ +

3)将三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc经abc/dq 变换、低通滤波、dq/abc变换，得到有功电流瞬时值iap、ibp、icp；

- - -

4)将三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc减去步骤2)得到的负序电流瞬时值ia、ib、ic 和步骤3)得到的有功电流iap、ibp、icp，得到无功和谐波电流的瞬时值iaf、ibf、icf；将无功和谐波电流的瞬时值iaf、ibf、icf经Y/△变换，得到无功和谐波补偿所需的指令电流iab2、ibc2、ica2；5)将步骤1)得到的负序指令电流iab1、ibc1、ica1和步骤4)得到的无功和谐波补偿指令* * *电流iab2、ibc2、ica2相加，得到无功、负序、谐波电流综合补偿指令电流iab、ibc、ica。

2.根据权利要求1所述的考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，其特征在-于，所述步骤1)中，abc/dq 变换的矩阵表达式如下：其中ω为电网角频率。

3.根据权利要求1所述的考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，其特征在-于，所述步骤2)中，dq/abc变换的矩阵表达式为：其中ω为电网角频率。

4.根据权利要求1所述的考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，其特征在+ +于，所述步骤3)中，abc/dq 与dq/abc变换的矩阵表达式分别为：其中ω为电网角频率。

5.根据权利要求1所述的考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，其特征在于，所述步骤4)中，Y/△变换的矩阵表达式如下：

6.根据权利要求1所述的考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，其特征在于，所述H桥单元为单相全桥逆变器。

说明书

一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及链式静止无功发生器(Static Var Generator,SVG),特别是一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法。

背景技术

[0002] 电力系统中存在大量的不平衡工业负荷以及一些单相大容量负荷，例如工业交流电弧炉、电气化铁路等。这些不平衡负荷产生的无功和负序电流造成了系统电能的损失，并且日趋严重，威胁着电力系统的安全和经济运行。适用于中高压配电网的负序补偿方案分为两类：能量融通型变流器方案，采用具有公共直流侧的变流器进行无功和负序的综合补偿，以铁路功率调节器(Railway Power Conditioner,RPC)和隔离型静止无功发生器为代表，均需要隔离变压器，影响到装置体积、重量和造价；角形无功补偿方案，根据Steinmetz原理，采用纯无功支路进行无功和负序的综合补偿，以基于晶闸管的角形静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)和角形链式SVG为代表。角形无功补偿方案中，SVC采用晶闸管串联技术，可直接挂于中高压配电网，但其基于相控技术，响应速度慢，会产生大量谐波电流。链式SVG采用级联型多电平技术，可直接挂于中高压配电网，是一种理想的补偿方案，具有以下优点：响应速度快；可进行无功、负序和谐波的综合治理；采用级联多电平结构，器件开关频率低，运行损耗小，易于模块化，便于扩展。

[0003] 角形无功补偿方案中，常采用基于Steinmetz原理的对称分量法提取负序补偿电纳，该方法依赖以周期均值为基础的相量理论，方法适应性较差。近些年来，出现了一些应用瞬时负序电流分量和瞬时电流采样法的补偿方法，但同时也带来了新的问题，如算法复杂、精度不高。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，快速准确地提取无功、负序、谐波电流综合补偿系统的指令电流。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法，包括链式SVG，所述链式SVG包括三相链节，每个链节包括若干个串联的H桥单元，所述三相链节各与一个电抗器串联组成链节支路，所述三个链节支路角形连接后并接入三相电网和三相负载之间，该方法为：

[0006] 1)将三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc经abc/dq-变换、低通滤波，得到两相旋转坐标系下的负序有功电流分量 和负序无功电流分量 再经dq/△变换矩阵，得到角形链式SVG负序补偿所需的负序指令电流iab1、ibc1、ica1；

[0007] 2)将步骤1)得到的负序有功电流分量 和负序无功电流分量 经dq-/abc变- - -
换，得到负序电流瞬时值ia、ib、ic ；

[0008] 3)将三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc经abc/dq+变换、低通滤波、dq+/abc变换，得到有功电流瞬时值iap、ibp、icp；

[0009] 4)将三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc减去步骤2)得到的负序电流瞬时值ia-、ib-、-ic 和步骤3)得到的有功电流iap、ibp、icp，得到无功和谐波电流的瞬时值iaf、ibf、icf；将无功和谐波电流的瞬时值iaf、ibf、icf经Y/△变换，得到无功和谐波补偿所需的指令电流iab2、ibc2、ica2。

[0010] 5)将步骤1)得到的负序指令电流iab1、ibc1、ica1和步骤4)得到的无功和谐波补偿* * *指令电流iab2、ibc2、ica2相加，得到无功、负序、谐波电流综合补偿指令电流iab、ibc、ica。

[0011] 作为优选方案，所述H桥单元为单相全桥逆变器。

[0012] 作为优选方案，所述abc/dq-变换矩阵表示如下：

[0013]

[0014] 作为优选方案，dq/△变换矩阵表示如下：

[0015]

[0016] 作为优选方案，dq-/abc变换，矩阵表示如下：

[0017]+ +

[0018] 作为优选方案，所述abc/dq 与dq/abc变换矩阵表示分别如下：

[0019]

[0020]

[0021] 其中ω为电网角频率。

[0022] 作为优选方案，所述Y/△变换矩阵表示如下：

[0023]

[0024] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明运算过程中所用数据均为瞬时值，与基于Steinmetz原理的对称分量法相比，物理意义清晰，算法简单，可快速准确地提取出无功、负序、谐波电流综合补偿系统的指令电流。

附图说明

[0025] 图1为本发明一实施例角形链式SVG结构示意图；

[0026] 图2为本发明一实施例补偿器线电压与相电流的相量图；

[0027] 图3为本发明一实施例补偿器线电流与相电流的相量图；

[0028] 图4为本发明一实施例负序补偿指令电流运算原理图；

[0029] 图5为本发明一实施例综合补偿指令电流运算原理图；

[0030] 图6为本发明一实施例综合补偿效果图；

[0031] (a)负载电流波形；

[0032] (b)本发明所提取的指令电流波形；

[0033] (c)补偿后网侧电流波形。

具体实施方式

[0034] 图1为角形链式SVG的示意图，链式SVG包括三相链节，每个链节包括若干个串联的H桥单元，所述三相链节与电抗器串联，三相链节与电抗器串联支路角形连接后并接入三相电网和三相负载之间，所述H桥单元为单相全桥逆变器。图中ua、ub、uc为电网电压，isa、isb、isc为网侧电流，ila、ilb、ilc为负载电流，ia、ib、ic为补偿器线电流，iab、ibc、ica为补偿器相电流。

[0035] 假设电网电压对称且无畸变，ua、ub、uc分别为：

[0036]

[0037] 其中，Um为电网电压有效值，ω为电网角频率。

[0038] 三相负载为非线性不对称负载，负载电流ila、ilb、ilc为：

[0039]

[0040] 其中，Ip+为基波正序有功分量的有效值，Iq+为基波正序无功分量的有效值，I-为-基波负序分量的有效值，θ 为基波负序分量的初始相角，ilha、ilhb、ilhc为谐波分量。

[0041] 补偿器提供与负载电流中相反的无功、负序和谐波电流。补偿后，网侧电流isa、isb、isc仅含有基波正序有功分量，功率因数为1。仅考虑负序补偿时，补偿器的指令线电流* * *ia、ib、ic 分别为：

[0042]

[0043] 角形链式SVG常以相电流iab、ibc、ica为控制量进行电流跟踪控制，相电流与线电流的转换关系如下：

[0044]

[0045] 显然，系数矩阵不是满秩，已知线电流求解相电流，存在多组解，无法确定相电流。

[0046] 图2为补偿器线电压与相电流的相量图。链式SVG直流侧相互独立，采用电容起电压支撑作用，无法提供大量的有功电流，每相链节可等效为纯无功元件。受装置物理特性约束，补偿器提供的相电流基波分量必须与系统线电压相量垂直，分别与直线lab、lbc、lca平行，可超前线电压，也可以滞后线电压，其大小和最终方向待确定。

[0047] 图3为补偿器线电流与相电流的相量图。线电流相量 构成等边三角形Δopq，取o点为坐标原点，相电压 的方向为x轴，建立平面直角坐标系。当负载电流基波-
负序分量的初始相角θ 变化时，p点和q点绕圆周运动，其运动轨迹如下：

[0048] (xp,yp)＝(I-cosθ-，I-sinθ-)

[0049] (5)

[0050] (xq,yq)＝(I-cos(θ--π/3)，I-sin(θ--π/3))

[0051] (6)

[0052] 在o点作直线lab的平行线，在p点作直线lca的平行线，在q点作直线lbc的平行线。由平行线的斜率和o点、p点及q点的坐标，可得三条直线的方程为：

[0053]

[0054] 求解，可知三条直线相交于一点，该点坐标为：

[0055]

[0056] 由该点和o点、p点及q点的坐标可确定相量 相量 采用极坐标形式表示如下：

[0057]

[0058] 所得相量与线电压垂直，且满足相电流与线电流的相量关系，即为所求的补偿器指令相电流。

[0059] 图4为负序补偿指令电流运算原理图。

[0060] 根据瞬时功率理论，三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc经abc/dq-变换,可得[0061]

[0062] 经低通滤波后，可得到基波负序有功分量 和基波负序无功分量 与负- -
序电流有效值I 和初相角θ 的关系如下：

[0063]

[0064] 将式(11)代入式(9)，可得补偿器指令相电流iab*、ibc*、ica*与 的关系如下：

[0065]

[0066] 其中，

[0067]

[0068] 通过式(10)、(12),可由负载电流瞬时值确定负序补偿所需的指令相电流。三相负载电流瞬时值ila、ilb、ilc经abc/dq-变换、低通滤波，得到两相旋转坐标系下的负序有功电流分量 和负序无功电流分量 再经上述推导的dq/△变换矩阵，可得到角形链式SVG负序补偿所需的指令相电流iab1、ibc1、ica1。

[0069] 图5为综合补偿指令电流运算原理图。

[0070] 无功、负序、谐波电流综合补偿系统的指令电流iab*、ibc*、ica*由负序补偿电流(iab1、ibc1、ica1)和无功、谐波补偿电流(iab2、ibc2、ica2)两部分组成，其中，负序补偿电流由图4所述方法检测获得。

[0071] 将基波负序有功分量 和基波负序无功分量 经dq-/abc变换，得到负序电流瞬时值

[0072]

[0073] 根据瞬时无功功率理论，三相负载电流瞬时值经abc/dq+变换，可得ip，iq：

[0074]+

[0075] 经低通滤波，得到基波正序有功分量 再经dq/abc变换，得到有功电流瞬时值iap、ibp、icp：

[0076]

[0077] 负载电流ila、ilb、ilc减去基波有功电流iaq、ibq、icq和负序电流ia-、 得到无功、谐波电流之和iaf、ibf、icf。对于无功、谐波电流，进行线电流与相电流转换时，引入约束条件：

[0078] iab+ibc+ica＝0

[0079] (17)

[0080] 求解，可得Y/△变换矩阵CY/△：

[0081]

[0082] 无功、谐波电流之和iaf、ibf、icf经矩阵CY/△变换，可得无功、谐波电流补偿所需的相电流iab2、ibc2、ica2，与负序补偿所需的相电流iab1、ibc1、ica1叠加，最终得到综合补偿所需* * *的相电流指令信号iab、ibc、ica。

[0083] 以上所有变换矩阵所需要的相位信息ωt均由电网A相相电压ua经过锁相环PLL得到。

[0084] 图6为综合补偿效果图。从上至下，依次是负载电流，本发明所提取的指令电流，补偿后网侧电流。从图中可以看出，负载电流与电压存在相位差，三相不对称，含有谐波成分，电能质量问题突出；补偿后的网侧电流与电网电压同相位，三相对称，谐波含量降低，接近单位功率因数。对比补偿前后的电流波形，验证了本发明所提指令电流提取方法的有效性。