專利名稱：一種svc的3次諧波電流的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種SVC的3次諧波電流的控制方法，適用于對SVC的3次諧波電流的控制。
背景技術(shù)：
SVC用于電網(wǎng)補償時，能維持輸電線路節(jié)點電壓保持穩(wěn)定，降低因無功功率變化造成的電網(wǎng)電壓波動，并能提高輸電線路有功功率的傳輸能力和電網(wǎng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。在電網(wǎng)故障情況下，SVC能增加系統(tǒng)阻尼，抑制電網(wǎng)的功率振蕩，提高電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)無功補償器(SVC-static var compensator)通常由固定電容器組(FC-fixedcapacitor)和晶閘管控制電抗器(TCR-thyristor-controlled reactor)兩部分組成。TCR在滯后的功率因數(shù)范圍內(nèi)可以提供連續(xù)可控的感性無功功率。為了將動態(tài)控制范圍擴展到 超前的功率因數(shù)區(qū)域，TCR的額定容量應(yīng)大于固定電容器組的額定容量。在需要按滯后功率因數(shù)運行時抵消容性無功功率后提供凈感性無功功率?；镜腡CR由一對反并聯(lián)的晶閘管與一個線性的空心電抗器相串聯(lián)而成。反并聯(lián)的一對晶閘管類似一個雙向開關(guān)，一個晶閘管在電源電壓正半周時導(dǎo)通，與其反并聯(lián)的另一個晶閘管在電源負(fù)半周時導(dǎo)通。晶閘管的觸發(fā)角以其兩端之間的電壓過零點時作為計時起點。由于電抗器是感性負(fù)載，晶閘管觸發(fā)角a的可控范圍是90° -180°。當(dāng)觸發(fā)角為90°時反并聯(lián)的一對晶閘管輪流全導(dǎo)通，此時TCR中的電流為連續(xù)的正弦波。當(dāng)觸發(fā)角a從90。變到接近180°時，TCR中的電流為斷續(xù)的非正弦波。當(dāng)電網(wǎng)電壓對稱時，非正弦波的電流波形正負(fù)半波對稱，含有基波和一系列奇次高次諧波。三相TCR由3個單相TCR按三角形聯(lián)結(jié)構(gòu)成，為了防止電抗器短路時過高電壓損壞晶閘管，將每一相電抗器分成兩半，分別放置在反并聯(lián)晶閘管的兩側(cè)。3個電抗器的電抗值相同，三相的晶閘管對稱觸發(fā)，三相中的相電流波形為對稱的電流波形。在線電壓對稱的情況下，電流波形只含有基波和奇次高次諧波。由于三相TCR按三角聯(lián)結(jié)，3的倍數(shù)次諧波在三角形內(nèi)流通，即沒有3的倍數(shù)次諧波流入電網(wǎng)。當(dāng)電網(wǎng)電壓不對稱時，三相TCR中各相電流不對稱，3的倍數(shù)次諧波電流不能形成零序電流而流入電網(wǎng)，使電網(wǎng)波形發(fā)生畸變。諧波將增加電網(wǎng)及用電設(shè)備的附加損耗，危害電網(wǎng)及用電設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，包括可能使SVC不能正常工作。抑制電網(wǎng)諧波是工程界長期以來研究的課題。為了抑制SVC流入電網(wǎng)的諧波，當(dāng)前通常有以下幾種方法I)在三相系統(tǒng)中，三個單相TCR按三角形方式聯(lián)接。當(dāng)三相TCR參數(shù)一致，三相電壓平衡，晶閘管對稱觸發(fā)時，則通過電抗器的電流除基波外，還包括正序(6k+l)，零序(6k+3)次和負(fù)序(6k-l)次諧波。其中，3的倍數(shù)次諧波電流形成零序分量在接成三角形的電抗器內(nèi)形成環(huán)流，不會流入電網(wǎng)。
2)采用3次諧波濾波器，與3相TCR并聯(lián)，吸收TCR及負(fù)載產(chǎn)生的3次諧波電流。上述第一種方法的缺點是，當(dāng)電壓不對稱時，3的倍數(shù)次諧波電流在接成三角形的電抗器內(nèi)不能形成零序分量，部分流入電網(wǎng)。上述第二種方法的缺點是提高了系統(tǒng)三次諧波濾波器的容量，增加了系統(tǒng)的成本。如上述所述，有必要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，研究一種SVC中3次諧波電流的控制方法，在三相電壓不對稱時，使得通過電網(wǎng)的3次諧波電流接近于零，從而抑制電網(wǎng)電壓的畸變，降低SVC系統(tǒng)制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種SVC的3次諧波電流的控制方法，使得從SVC流入電網(wǎng)的3次諧波電流接近于零，則可以抑制電網(wǎng)電壓畸變， 減少三次諧波濾波器的容量，降低SVC的制造成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種SVC的3次諧波電流的控制方法，包括以下步驟，步驟I、測量母線三相相電壓瞬時值Usa、Usl^PUs。，根據(jù)母線三相相電壓瞬時值得到母線相電壓有效值Us;步驟2、測量負(fù)載三相電流瞬時值U、iLb和L，根據(jù)負(fù)載三相電流瞬時值得到負(fù)載相電流有效值k;步驟3、通過母線相電壓有效值Us和負(fù)載相電流有效值k得到負(fù)載的等效電納Bl;步驟4、根據(jù)負(fù)載的等效電納導(dǎo)到Bsvc=Bref-Bf BFC+BTai，其中B,ef為維持母線上電壓平衡的總電納參考值，Brc為固定電容器組的電納，Btce為晶閘管控制電抗器的電納；步驟5、根據(jù)Bsv。得到維持母線上電壓平衡時TCR中晶閘管觸發(fā)角a ；步驟6、根據(jù)維持母線上電壓平衡時TCR中晶閘管觸發(fā)角a可得到TCR中3次諧波電流幅值；步驟7、根據(jù)TCR中3次諧波電流幅值可得到對TCR中晶閘管觸發(fā)角a的導(dǎo)數(shù)F(a3)；步驟8、測量TCR中3相電流的瞬時值iTa、iTb和iT。，將TCR中3相電流的瞬時值經(jīng)過3次諧波濾波后得到TCR中3相諧波電流的有效值iTa3、iTb3和并計算TCR中3相諧波電流的平均值iT3V ;步驟9、通過TCR中3相諧波電流的有效值與TCR中3相諧波電流的平均值得到TCR中3次諧波電流平均值的誤差；步驟10、根據(jù)TCR中3次諧波電流平均值的誤差和步驟7中的導(dǎo)數(shù)F(a 3)得到TCR中3相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值；步驟11、根據(jù)3相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值與步驟5中的TCR中晶閘管觸發(fā)角a，得到維持三相3次諧波電流平衡的TCR中各相晶閘管的觸發(fā)角；步驟12、根據(jù)TCR中各相的觸發(fā)角得到TCR中各相的觸發(fā)脈沖pulse A、pulseB和pulse C。
如上所述的步驟I中母線相電壓有效值Us是基于以下公式Us2 = U-2+Uf 鳥 '所述的步驟2中負(fù)載相電流有效值k是基于以下公式
2 2 2iL2 = iLa +iL3b +kc o如上所述的步驟4中晶閘管控制電抗器的電納Brai是基于以下公式
_I 『2(tt —a)—sin 2 aBtcr = — ^-, 其中&為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘管觸發(fā)角，為圓周率。如上所述的步驟5中的TCR中晶閘管觸發(fā)角a是基于以下公式的逆變換Bsvc (a) = Bfc + Btcr =Bfc+士 [2(TT^~Sm2a，其中\(zhòng)為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘管觸發(fā)角，為圓周率。如上所述的步驟6中TCR中3次諧波電流幅值與晶閘管觸發(fā)角a的關(guān)系是基于公式
^ ，T / 、 4Um rsin4a , sin 2asin3ofI3 (a) = — [— + — - cosa 丁 j，其中I3( a )為TCR中3次諧波電流的幅值，Uni電源線電壓幅值，為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘管觸發(fā)角。如上所述的步驟7中3次諧波電流幅值對TCR中晶閘管觸發(fā)角a的導(dǎo)數(shù)F( a 3)是基于以下公式；
廠 ^、 dl^(a) 4Um fcos4a , cos2a , sinasin2a'F(a3) = = ^~~ ,
da TT Xi I 223 J其中I3(a )為TCR中3次諧波電流的幅值，Uni電源線電壓幅值，為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘觸發(fā)角，為圓周率。如上所述的步驟8中TCR中3相諧波電流的平均值iT3V基于以下公式iT3V = UTa3+i3+iTc3)。如上所述的步驟9中TCR中3次諧波電流平均值的誤差是基于以下公式
!嗎3 3 — ^TaS ~ !T3V AiTb3 二 ^Tb 3 — ^TSV 3 = ^TcS - ^TSV其中A iTa3、A iTb3和A iTc3分別是TCR中a、b和c相的3次諧波電流平均值誤差。如上所述的步驟10中TCR中3相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值是基于以下公式
其中A a a、A a b和A a。分別是TCR中a、b和c相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值，A iTa3、A iTb3和A iTc3分別是TCR中a、b和c相的3次諧波電流平均值誤差。如上所述的步驟11中TCR中各相的觸發(fā)角是基于以下公式

其中a a、a b和a。分別是TCR中a、b和c相的觸發(fā)角，A a a、A a b和A a。分別是TCR中a、b和c相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果I、本發(fā)明使得從SVC流入電網(wǎng)的3次諧波電流接近于零，則可以抑制電網(wǎng)電壓畸變；2、本發(fā)明減少了三次諧波濾波器的容量；3、本發(fā)明降低了 SVC的制造成本。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)基于(TCR+FC)的動態(tài)無功補償裝置SVC的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本發(fā)明的控制原理圖；圖3是3次諧波電流與晶閘管觸發(fā)角的關(guān)系曲線；(可以看出，當(dāng)晶閘管的觸發(fā)角a =120°時，其幅值達(dá)到最大值。)圖4是3次諧波電流隨晶閘管觸發(fā)角的變化率曲線。(可以看出，變化率是非線性的。)
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述實施例如圖I、2所示，本發(fā)明使用的SVC裝置包含晶閘管控制電抗器(TCR)和固定電容器組(FC)兩個部分。每一相TCR包括分成兩半的電抗器和與其串聯(lián)的一對反并聯(lián)晶閘管。3個單相TCR接成三角形，后與電網(wǎng)相聯(lián)。固定電容器組(FC)中，3個單相電容器組接成星形后與電網(wǎng)相聯(lián)?？刂芓CR中各相晶閘管的觸發(fā)角a，就能控制各相電抗器中的感性無功電流，也就控制了 TCR從電網(wǎng)中吸收的感性無功功率。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動中，調(diào)節(jié)SVC吸收的感性無功功率，就能保持電網(wǎng)電壓的相對穩(wěn)定。
當(dāng)晶閘管的觸發(fā)角a由90°變到接近180°時，TCR中的相電流為斷續(xù)的非正弦波。當(dāng)電網(wǎng)三相對稱時，非正弦的電流波形正負(fù)半波對稱，含有基波及3次諧波。由于TCR為三角形聯(lián)結(jié)，三相3次諧波電流形成零序電流只能在三角形內(nèi)流通，不會流入電網(wǎng)。當(dāng)三相電壓不對稱時，三相3次諧波電流不能形成零序電流，則有3次諧波電流流入電網(wǎng)，從而引起電網(wǎng)電壓畸變，給電網(wǎng)及用電設(shè)備的安全運行造成危害。本發(fā)明通過改變TCR中晶閘管的觸發(fā)角，使各相3次諧波電流接近對稱，則流入電網(wǎng)的3次諧波電流接近于零，從而抑制了電網(wǎng)電壓畸變，降低了 3次諧波濾波器的容量。一種SVC的3次諧波電流的控制方法，包括以下步驟，步驟I、測量母線三相相電壓瞬時值Usa、Usb和Us。，根據(jù)母線三相相電壓瞬時值得到母線相電壓有效值Us;母線相電壓有效值Us是基于以下公式
Us2 = Usa2+Us3b2+Usc2;步驟2、測量負(fù)載三相電流瞬時值U、iLb和L，根據(jù)負(fù)載三相電流瞬時值得到負(fù)載相電流有效值k;負(fù)載相電流有效值k是基于以下公式i, 2 = 2+iLb2+^lc2o h3步驟3、通過母線相電壓有效值Us和負(fù)載相電流有效值k得到負(fù)載的等效電納Bl; 步驟4、根據(jù)負(fù)載的等效電納得到Bsvc=Bref-Bf BFC+BTai，其中為維持母線上電壓平衡的總電納參考值，Brc為固定電容器組的電納，Btce為晶閘管控制電抗器的電納；晶閘管控制電抗器的電納Brai是基于以下公式
I 『2(7T —a)—sin 2aBtcr =--,
TTxlTT其中\(zhòng)為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘管觸發(fā)角，為圓周率。步驟5、根據(jù)Bsve得到維持母線上電壓平衡時TCR中晶閘管觸發(fā)角a ；TCR中晶閘管觸發(fā)角a是基于以下公式的逆變換Bsvc(Ot) = Bfc + Bxcr = Bfc +——--^- ’
TT XL ITT其中\(zhòng)為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘管觸發(fā)角，為圓周率。步驟6、根據(jù)維持母線上電壓平衡時TCR中晶閘管觸發(fā)角a可得到TCR中3次諧波電流幅值；TCR中3次諧波電流幅值與晶閘管觸發(fā)角a的關(guān)系是基于公式
^ , T , 、 4Um「sin4a , sin2asin3a'I3(a) =—[— + —~ - cosa—J,其中I3(a )為TCR中3次諧波電流的幅值，Uni電源線電壓幅值，為TCR中每相的電抗，a為TCR中晶閘管觸發(fā)角。步驟7、根據(jù)TCR中3次諧波電流幅值可得到對TCR中晶閘管觸發(fā)角a的導(dǎo)數(shù)F(a 3)；3次諧波電流幅值對TCR中晶閘管觸發(fā)角a的導(dǎo)數(shù)F( a 3)是基于以下公式；
權(quán)利要求
1.一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，包括以下步驟， 步驟I、測量母線三相相電壓瞬時值Usa、Usb和Us。，根據(jù)母線三相相電壓瞬時值得到母線相電壓有效值Us ； 步驟2、測量負(fù)載三相電流瞬時值U、iLb和L，根據(jù)負(fù)載三相電流瞬時值得到負(fù)載相電流有效值k; 步驟3、通過母線相電壓有效值Us和負(fù)載相電流有效值k得到負(fù)載的等效電納；步驟4、根據(jù)負(fù)載的等效電納得到Bsvc=B^-Bf BFC+BTra，其中Bref為維持母線上電壓平衡的總電納參考值，Brc為固定電容器組的電納，Btce為晶閘管控制電抗器的電納； 步驟5、根據(jù)Bsv。得到維持母線上電壓平衡時TCR中晶閘管觸發(fā)角a ； 步驟6、根據(jù)維持母線上電壓平衡時TCR中晶閘管觸發(fā)角a可得到TCR中3次諧波電流幅值； 步驟7、根據(jù)TCR中3次諧波電流幅值可得到對TCR中晶閘管觸發(fā)角a的導(dǎo)數(shù)F(a3)；步驟8、測量TCR中3相電流的瞬時值iTa、iTb和iT。，將TCR中3相電流的瞬時值經(jīng)過3次諧波濾波后得到TCR中3相諧波電流的有效值iTa3、iTb3和iTc;3，并計算TCR中3相諧波電流的平均值iT3V ； 步驟9、通過TCR中3相諧波電流的有效值與TCR中3相諧波電流的平均值得到TCR中3次諧波電流平均值的誤差； 步驟10、根據(jù)TCR中3次諧波電流平均值的誤差和步驟7中的導(dǎo)數(shù)F( a 3)得到TCR中3相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值； 步驟11、根據(jù)3相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值與步驟5中的TCR中晶閘管觸發(fā)角a，得到維持三相3次諧波電流平衡的TCR中各相晶閘管的觸發(fā)角； 步驟12、根據(jù)TCR中各相的觸發(fā)角得到TCR中各相的觸發(fā)脈沖pulse A、pulseB和pulse C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟I中母線相電壓有效值Us是基于以下公式
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟4中晶閘管控制電抗器的電納Brai是基于以下公式
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟5中的TCR中晶閘管觸發(fā)角a是基于以下公式的逆變換
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟6中TCR中3次諧波電流幅值與晶閘管觸發(fā)角a的關(guān)系是基于公式
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟7中3次諧波電流幅值對TCR中晶閘管觸發(fā)角a的導(dǎo)數(shù)F( a 3)是基于以下公式；
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟8中TCR中3相諧波電流的平均值iT3V基于以下公式
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟9中TCR中3次諧波電流平均值的誤差是基于以下公式
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟10中TCR中3相3次諧波電流誤差對應(yīng)的觸發(fā)角偏移值是基于以下公式
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種SVC的3次諧波電流的控制方法，其特征在于，所述的步驟11中TCR中各相的觸發(fā)角是基于以下公式
全文摘要
本發(fā)明公開一種SVC的3次諧波電流的控制方法。該方法以TCR中的三相3次諧波電流信號為控制量，在三相電壓不對稱時，將相關(guān)電壓及電流信號經(jīng)濾波、比較放大、運算及調(diào)制處理后，得到晶閘管導(dǎo)通角的指令值，由此來控制TCR的三相3次諧波電流值接近對稱，使得從SVC流入電網(wǎng)的3次諧波電流接近于零，從而抑制了電網(wǎng)電壓的畸變，降低了3次諧波濾波器的容量及SVC的制造成本。
文檔編號H02J3/16GK102810866SQ20121014023
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者范少春, 梅震, 盧運正, 周俊, 彭建懷, 龔世纓 申請人:湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司