專利名稱：一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩方法，特別是采用全控型變流器件SVG 裝置的配電網(wǎng)側(cè)電壓低頻振蕩抑制方法。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大和電網(wǎng)負荷水平的急劇增長，諧波問題日益突出。負載電流中存在的諧波信號有可能與電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗或系統(tǒng)中的無功補償裝置發(fā)生諧振，引起諧振放大現(xiàn)象，造成負載過電壓保護。諧波電流通常指電網(wǎng)頻率整數(shù)倍的諧波，但也存在非整數(shù)倍的諧波，稱為間諧波。位于電網(wǎng)頻率附近的間諧波與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振時，電網(wǎng)電壓幅度將會出現(xiàn)以電網(wǎng)頻率和間諧波頻率的差值為振蕩頻率的低頻振蕩現(xiàn)象。目前，抑制電網(wǎng)電壓低頻振蕩主要措施有配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)、配置可控硅串聯(lián)補償器(TCSC)和配置靜止無功補償器(SVC)等。PSS、TCSC和SVC對能有提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制電網(wǎng)電壓低頻振蕩的作用，在充分考慮綜合效益時，PSS技術(shù)優(yōu)于TCSC和SVC， 是最經(jīng)濟有效的措施，但PSS限于本地局部信息，缺乏動態(tài)協(xié)調(diào)能力，從而嚴重限制了 PSS 抑制低頻振蕩的效果。目前，在國內(nèi)外采用全控型變流器件的高壓靜止無功發(fā)生器SVG(Static Var Generator)技術(shù)抑制電網(wǎng)電壓低頻振蕩還屬空白，而且隨著電力電子器件的性能提高和造價降低，以大功率電力電子器件為核心部件的SVG裝置的造價會降低，因此，針對抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩問題的SVG解決方案，具有很強的可實施性、可操作性和競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，該方法采用全控型變流器件SVG結(jié)構(gòu)，檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，通過諧波電流控制環(huán)節(jié)使SVG輸出間諧波電流來改變系統(tǒng)的等效阻抗，能夠有效抑制配電網(wǎng)側(cè)電壓的低頻振蕩，且響應速度快，跟蹤精度高，可大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，將SVG裝置通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，通過諧波電流控制環(huán)節(jié)使SVG輸出間諧波電流來改變系統(tǒng)的等效阻抗，抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩現(xiàn)象。所述的間諧波電流檢測方法是根據(jù)電網(wǎng)電流基波頻率Qci和間諧波電流頻率Co1 計算出基準頻率《f，所述基準頻率COf為電流基波頻率COci和間諧波電流頻率CO1的公約數(shù)，即COci = IctlCOf, CO1 = Ic1COf，其中I^k1均為整數(shù)；以COf為基準頻率提取電網(wǎng)電流中的間諧波分量。所述的諧波電流控制環(huán)節(jié)通過PI調(diào)節(jié)器將指令電流與SVG裝置輸出電流作反饋控制，得到調(diào)制波信號，再經(jīng)PWM調(diào)制得到驅(qū)動信號；控制SVG輸出指令電流= Kfh根據(jù)電路定律，得到下式
將f =心+丨代入，得到電網(wǎng)諧波電壓如下式所示Ush =I1hZs/(! + K)即電網(wǎng)等效阻抗為Zs/ (1+K)，通過改變K值，改變系統(tǒng)等效阻抗，從而抑制電網(wǎng)電壓波動；式中 為電網(wǎng)阻抗，<為電網(wǎng)諧波電壓，。Γ，片分別為電網(wǎng)間諧波電流，SVG輸出電流，負載諧波電流；K值取整數(shù)。所述的SVG裝置為降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)、或降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)；或降壓型△型鏈式SVG結(jié)構(gòu)、或降壓型Y型鏈式SVG結(jié)構(gòu)。所述的SVG裝置為降壓型MMC型SVG結(jié)構(gòu)、或降壓型多重化SVG結(jié)構(gòu)。所述的全SVG裝置為非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結(jié)構(gòu)、或非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結(jié)構(gòu)。所述的全SVG裝置為直掛式Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)、直掛式Y(jié)型鏈式SVG結(jié)構(gòu)、或直掛式MMC型SVG結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該方法采用全控型變流器件SVG結(jié)構(gòu)，檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，將SVG裝置通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，通過諧波電流控制環(huán)節(jié)使SVG輸出間諧波電流來改變系統(tǒng)的等效阻抗，抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩現(xiàn)象。響應速度快，跟蹤精度高，可大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。還包括以下優(yōu)點1)響應速度快基于全控型器件變流裝置的顯著特點就是響應速度快。其主要原因是，可以根據(jù)需要對全控型器件(IGBT、IGCT等)的開關(guān)狀態(tài)進行任意控制。而且，器件的開關(guān)頻率或等效開關(guān)頻率往往較高，一般每個工頻周期的開關(guān)次數(shù)可以從幾次到幾十次。2)補償范圍寬基于全控型變流器件變流裝置的補償范圍可達-100% 100%，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提更強大的保障。3)填補了利用全控型器件變流技術(shù)抑制電網(wǎng)電壓低頻振蕩的技術(shù)空白，在抑制低頻振蕩方面有著響應速度快，體積小，成本低廉等優(yōu)點。


圖1是三相配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制裝置框圖；圖2是SVG裝置抑制間諧波原理示意圖；圖3是三相諧波檢測環(huán)節(jié)示意圖；圖4是單相諧波檢測環(huán)節(jié)示意圖；圖5是三相SVG輸出電流跟蹤控制和PWM調(diào)制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；
圖6是單相SVG輸出電流跟蹤控制和PWM調(diào)制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；圖7是三相降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是單相降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖9是三相降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是單相降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是降壓型Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是降壓型Y型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是單相降壓型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是三相降壓型MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是單相降壓型MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是降壓型多重化SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是三相非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖18是單相非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖19是三相非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖20是單相非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖21是直掛式Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖22是直掛式Y(jié)型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖23是單相直掛式鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖M是三相直掛式MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；圖25是單相直掛式MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細敘述本實用新型的具體實施方式
。見圖1，一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，將SVG裝置通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，通過諧波電流控制環(huán)節(jié)使SVG輸出間諧波電流來改變系統(tǒng)的等效阻抗，抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩現(xiàn)象。圖2是SVG裝置抑制間諧波原理示意圖。諧波電流控制環(huán)節(jié)通過PI調(diào)節(jié)器將指令電流與SVG裝置輸出電流作反饋控制，得到調(diào)制波信號，再經(jīng)PWM調(diào)制得到驅(qū)動信號；控制SVG輸出指令電流產(chǎn)=夂《根據(jù)電路定律，得到下式 \iLh=ic+ish將f =心+丨代入，得到電網(wǎng)諧波電壓如下式所示Ush =I1hZs/(! + K)即電網(wǎng)等效阻抗為Zs/(1+K)，通過改變K值，改變電網(wǎng)等效阻抗，從而抑制電網(wǎng)電壓波動；式中 為電網(wǎng)阻抗，<為電網(wǎng)諧波電壓，。Γ，片分別為電網(wǎng)間諧波電流，SVG輸出電流，負載諧波電流；K值取整數(shù)。圖3是三相諧波電流檢測環(huán)節(jié)示意圖，間諧波電流檢測方法是根據(jù)電網(wǎng)電流基波頻率Oci和間諧波電流頻率CO1計算出基準頻率COf，所述基準頻率COf為電流基波頻率 ω。和間諧波電流頻率Q1的公約數(shù)，SP Coci = k0 f, Co1 = klCof，其中‘ Ic1均為整數(shù)；以
為基準頻率提取電網(wǎng)電流中的間諧波分量，該諧波檢測算法基于瞬時無功理論。
圖4是單相諧波電流檢測環(huán)節(jié)示意圖，首先將電網(wǎng)輸入的A相電流分別移相120 度、240度后得到B、C相電流，然后依據(jù)三相諧波檢測環(huán)節(jié)理論進行諧波檢測。圖5是三相SVG輸出電流跟蹤控制和PWM調(diào)制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖。電流調(diào)節(jié)器采用PI 調(diào)節(jié)器，將SVG指令電流與SVG輸出電流作反饋控制，得到調(diào)制波信號，調(diào)制波信號經(jīng)過PWM 調(diào)制得到PWM脈沖，PWM脈沖送至SVG功率單元，經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT功率器件。圖6是單相SVG輸出電流跟蹤控制和PWM調(diào)制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖。電流調(diào)節(jié)器采用PI 調(diào)節(jié)器，將指令電流與SVG輸出電流作反饋控制，得到調(diào)制波信號，調(diào)制波信號經(jīng)過PWM調(diào)制得到PWM脈沖，PWM脈沖送至功率單元，經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT功率器件。圖7是三相降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；功率單元每相由兩只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBTl組成，二極管Dl整流，整個功率模塊形成兩電平變流器功能。三相降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG是由采用兩電平變流器的功率單元并聯(lián)， 然后通過變壓器Tl升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖8是單相降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；功率單元每相由兩只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT2組成，二極管D2流，整個功率模塊形成兩電平變流器功能。單相降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG是由采用兩電平變流器的功率單元并聯(lián)， 然后通過變壓器T2升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖9是三相降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；功率單元每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT3組成，二極管D3鉗位，整個功率模塊形成三電平變流器功能。三相降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG是由采用二極管D3鉗位的三電平變流器的功率單元并聯(lián)，然后通過變壓器T3升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖10是單相降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)示意圖。功率單元每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT4組成，二極管D4鉗位，整個功率模塊形成三電平變流器功能。三相降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG是由采用二極管D4鉗位的三電平變流器的功率單元并聯(lián)，然后通過變壓器T4升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖11是降壓型Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；單項功率單元Al每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT5組成，二極管D5整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。降壓型Δ型鏈式SVG是由單項功率單元Al串聯(lián)到一定電壓等級，三相Δ接后通過變壓器Τ5升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖12是降壓型Y型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；單項功率單元Α2每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT6組成，二極管D6整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。降壓型Y型鏈式SVG是由單項功率單元Α2串聯(lián)到一定電壓等級，三相Y接后通過變壓器Τ6升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖13是單相降壓型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖。單項功率單元A3每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT7組成，二極管D7整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。單相降壓型鏈式SVG是由單項功率單元A3串聯(lián)到一定電壓等級，通過變壓器Τ7升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。圖14是三相降壓型MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；模塊化多電平變流器(Modular Multilevel Converter)的簡稱是MMC型變流器。MMC型變流器與三相橋式變流器類似。每個橋臂由IGBT8組成的多個單相半橋A4串聯(lián)組成，每個橋臂中點經(jīng)電抗器Ll后接入降壓變壓器T8 二次側(cè)。
6
圖15是單相降壓型MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；每個橋臂由IGBT9組成的多個半橋A5 串聯(lián)組成，每個橋臂中點經(jīng)電抗器L2后接入降壓變壓器T9 二次側(cè)。圖16是降壓型多重化SVG結(jié)構(gòu)示意圖；降壓型多重化SVG由多個變壓器Tl、
T2......Tn組成，其中，所有變流器10可以共用一個或多個直流電容C，也可以單獨配置電
容，電容的作用是給變流器提供正常工作所需的直流電壓。變流器10通常由具有公共直流母線的三個單相H橋構(gòu)成，每個H橋的輸出接至變壓器的低壓側(cè)。在各個變壓器的高壓側(cè)， 對應的各相串聯(lián)后并入系統(tǒng)。此外，為消去變流器產(chǎn)生的低次諧波對電網(wǎng)造成的影響，通常采用變壓器原副邊移相的方法，如Y/Y連接，或Y/△連接(如圖16)。圖17是三相非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖；非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG是由功率器件IGBTlO先串聯(lián)形成高壓功率單元A6，然后這些功率器件串聯(lián)的高壓功率單元A6再構(gòu)成兩電平輸出接入電網(wǎng)。非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG主要由功率器件串聯(lián)單元、控制單元、接入電抗器組成。圖18是單相非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖。由功率器件IGBTll先串聯(lián)形成高壓功率單元A7，然后這些功率器件串聯(lián)的高壓功率單元A7再構(gòu)成兩電平輸出接入電網(wǎng)。圖19是三相非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖；非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG是由功率器件IGBT12先串聯(lián)形成高壓功率單元A8，然后這些功率器件串聯(lián)的高壓功率單元A8再構(gòu)成三電平輸出接入電網(wǎng)。非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG主要由功率器件串聯(lián)單元、控制單元、接入電抗器組成。圖20是單相非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結(jié)構(gòu)示意圖。非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG是由功率器件IGBT13先串聯(lián)形成高壓功率單元A9，然后這些功率器件串聯(lián)的高壓功率單元A9再構(gòu)成三電平輸出接入電網(wǎng)。圖21是直掛式Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；單項功率單元AlO每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT14組成，二極管D8整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。直掛式Δ型鏈式SVG是由單項功率單元AlO直接串聯(lián)到高電壓等級，三相Δ接后直接接入電網(wǎng)。直掛式Δ型鏈式SVG主要由功率單元、控制單元、接入電抗器組成。圖22是直掛式Y(jié)型鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖；單項功率單元All每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT 15組成，二極管D9整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。直掛式Y(jié)型鏈式SVG是由單項功率單元All直接串聯(lián)到高電壓等級，三相Y接后直接接入電網(wǎng)。直掛式Y(jié)型鏈式SVG主要由功率單元、控制單元、接入電抗器組成。圖23是單相直掛式鏈式SVG結(jié)構(gòu)示意圖。單項功率單元A12每相由四只反并聯(lián)開關(guān)器件IGBT16組成，二極管DlO整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。圖M是三相直掛式MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；MMC型變流器的每個橋臂由多個單項半橋A13串聯(lián)組成，每個橋臂中點經(jīng)電抗器L3直接接入電網(wǎng)，不需降壓變壓器。圖25是單相直掛式MMC型SVG結(jié)構(gòu)示意圖；MMC型變流器的每個橋臂由多個單項半橋A14串聯(lián)組成，每個橋臂中點經(jīng)電抗器L4直接接入電網(wǎng)，不需降壓變壓器。
權(quán)利要求
1.一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，將SVG裝置通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，通過諧波電流控制環(huán)節(jié)使SVG輸出間諧波電流來改變系統(tǒng)的等效阻抗，抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩現(xiàn)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，所述的間諧波電流檢測方法是根據(jù)電網(wǎng)電流基波頻率Qci和間諧波電流頻率Co1計算出基準頻率 f，所述基準頻率《,為電流基波頻率Coci和間諧波電流頻率Co1的公約數(shù)，g卩G^ = IctlCOf, ω i = Ic1 ω f，其中Iv Ic1均為整數(shù)；以ω f為基準頻率提取電網(wǎng)電流中的間諧波分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，所述的諧波電流控制環(huán)節(jié)通過PI調(diào)節(jié)器將指令電流與SVG裝置輸出電流作反饋控制，得到調(diào)制波信號，再經(jīng)PWM調(diào)制得到驅(qū)動信號；控制SVG輸出指令電流= Kfh根據(jù)電路定律，得到下式 ih=ic+ish K = iH將f =夂《代入，得到電網(wǎng)諧波電壓如下式所示K=I1hZs 1(1 +K)即電網(wǎng)等效阻抗為Zs/ (1+K)，通過改變K值，改變系統(tǒng)等效阻抗，從而抑制電網(wǎng)電壓波動；式中孓為電網(wǎng)阻抗，《為電網(wǎng)諧波電壓，f，i%《分別為電網(wǎng)間諧波電流，SVG輸出電流，負載諧波電流；K值取整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，所述的SVG 裝置為降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)、或降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結(jié)構(gòu)； 或降壓型Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)、或降壓型Y型鏈式SVG結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，所述的SVG 裝置為降壓型MMC型SVG結(jié)構(gòu)、或降壓型多重化SVG結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，所述的全 SVG裝置為非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結(jié)構(gòu)、或非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)電壓低頻振蕩抑制方法，其特征在于，所述的全 SVG裝置為為直掛式Δ型鏈式SVG結(jié)構(gòu)、直掛式Y(jié)型鏈式SVG結(jié)構(gòu)、或直掛式MMC型SVG結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩方法，將SVG裝置通過電抗器或直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過檢測電網(wǎng)中的間諧波電流，通過諧波電流控制環(huán)節(jié)使SVG輸出間諧波電流來改變系統(tǒng)的等效阻抗，抑制配電網(wǎng)電壓低頻振蕩現(xiàn)象。該方法采用全控型變流器件SVG結(jié)構(gòu)，通過給定SVG輸出指令電流，通過PID調(diào)節(jié)器來改變電網(wǎng)的等效阻抗，能夠有效抑制配電網(wǎng)側(cè)電壓的低頻振蕩，且響應速度快，跟蹤精度高，可大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H02J3/01GK102231526SQ20111017766
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者吳然, 孔祥聲, 孫賢大, 崔效毓, 鞏學軍, 楊永飛, 楊洋, 王緒寶, 石華楷, 郭自勇, 霍煜 申請人:遼寧榮信眾騰科技有限公司