本發(fā)明涉及三相不平衡負(fù)荷綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種多變流器型三相不平衡負(fù)荷綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代化的精密實驗儀器、自動化生產(chǎn)的控制設(shè)備、各種各樣敏感性的負(fù)載等在電網(wǎng)中運行，它們均需要較高的電能質(zhì)量。因此低電網(wǎng)三相四線制系統(tǒng)中三相不平衡電流、諧波污染、功率因數(shù)偏低等問題需要引起越來越多的重視。單個變流器實現(xiàn)平衡三相電流、無功補(bǔ)償和諧波治理等功能，需要對開關(guān)管子有較高的耐壓水平、較高的絕緣保護(hù)措施，但如果變流器需要補(bǔ)償給某相的電流超出變流器本身限定值，此時可能控制失穩(wěn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種多變流器型三相不平衡負(fù)荷綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略，運用多臺變流器并聯(lián)到三相四線制配電系統(tǒng)中。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種多變流器型三相不平衡負(fù)荷綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個變流器并聯(lián)在三相四線制電網(wǎng)系統(tǒng)中，多模塊高/低性能互補(bǔ)協(xié)調(diào)變流器并網(wǎng)，采取分配補(bǔ)償替代傳統(tǒng)綜合補(bǔ)償控制策略，靠近變壓器低壓側(cè)第一個變流器為高性能變流器，起到濾除電網(wǎng)三相不平衡諧波電流，其余低性能變流器平均分配控制三相不平衡有功電流和無功電流。

其中，所述變流器具有8個開關(guān)模塊組成的四橋臂及l(fā)c濾波裝置，其中后三個橋臂用于補(bǔ)償交流配電網(wǎng)中正序和負(fù)序諧波電流，可實現(xiàn)統(tǒng)一控制，第四臂用來調(diào)節(jié)交流配電網(wǎng)的中線電流，lc濾波器用于濾除并網(wǎng)電流中的高頻分量。

本發(fā)明還提供了一種多變流器型三相不平衡負(fù)荷綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制策略，包括如下步驟：

采集負(fù)荷側(cè)三相電流i1，三相電壓us，利用瞬時功率法，首先進(jìn)行clarke變換，轉(zhuǎn)化成uα、uβ、iα、iβ，此時運用瞬時功率法求得此時瞬時功率p＝uα·iα+uβ·iβ；然后求出補(bǔ)償電流，進(jìn)而通過將補(bǔ)償電流分離成三相諧波電流、有功無功補(bǔ)償電流，實現(xiàn)對于電流的實時補(bǔ)償算法的計算；最后通過在d-q坐標(biāo)系下調(diào)節(jié)iq和id來控制變流器的有功有功和無功的的調(diào)節(jié)，在變流器前三橋臂實現(xiàn)p和q的解耦控制，變流器采用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的雙環(huán)控制方式，最終實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)的電流三相不平衡的實時調(diào)整，使得任意時刻三相電流平衡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

采取分配補(bǔ)償替代傳統(tǒng)綜合補(bǔ)償控制策略，通過高性能變流器補(bǔ)償諧波電流，起到濾除電網(wǎng)三相不平衡諧波電流，其余低性能變流器平均分配控制三相不平衡有功電流和無功電流。達(dá)到平衡三相有功、無功補(bǔ)償和諧波治理功能的分配控制目的，改善了電能質(zhì)量，提高配電變壓器功率因素，進(jìn)而提高了變壓器壽命及效率。

附圖說明

圖1并聯(lián)在電網(wǎng)系統(tǒng)中單臺變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖2多變流器并聯(lián)運行在在電網(wǎng)系統(tǒng)中；

圖3多變流器并聯(lián)運行簡圖；

圖4多變流器參考電流算法結(jié)構(gòu)框圖；

圖5變流器1的控制策略框圖；

圖6其他n-1個變流器的控制策略框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供了一種多變流器型三相不平衡負(fù)荷綜合調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個變流器并聯(lián)在三相四線制電網(wǎng)系統(tǒng)中，多模塊高/低性能互補(bǔ)協(xié)調(diào)變流器并網(wǎng)，采取分配補(bǔ)償替代傳統(tǒng)綜合補(bǔ)償控制策略，靠近變壓器低壓側(cè)第一個變流器為高性能變流器，起到濾除電網(wǎng)三相不平衡諧波電流，其余低性能變流器平均分配控制三相不平衡有功電流和無功電流。

圖1是單臺變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其并聯(lián)在三相四線制系統(tǒng)中，實現(xiàn)三相四線制配電系統(tǒng)中平衡三相不對稱負(fù)荷、無功補(bǔ)償及諧波污染治理的功能。其具有8個開關(guān)模塊組成的四橋臂及l(fā)c濾波裝置。其中后三個橋臂用于補(bǔ)償交流配電網(wǎng)中正序和負(fù)序諧波電流，可實現(xiàn)統(tǒng)一控制，第四臂主要用來調(diào)節(jié)交流配電網(wǎng)的中線電流，lc濾波器用于濾除并網(wǎng)電流中的高頻分量。

圖2是多變流器簡圖。變流器1作為高性能變流器，主要用來濾出高頻諧波，保護(hù)變壓器不受諧波危害，當(dāng)其余低性能變流器補(bǔ)償負(fù)荷電流超限時，還可以分擔(dān)一些三相不對稱電流和無功補(bǔ)償；變流器2……n，作為低性能變流器，主要用來平衡三相不對稱電流和無功補(bǔ)償。保證變壓器二次側(cè)三相電流平衡，變流器補(bǔ)償電流i，對三相不平衡負(fù)荷進(jìn)行修正，即滿足

其中是電網(wǎng)系統(tǒng)變壓器二次側(cè)的源電流；

是變流器補(bǔ)償?shù)母飨嚯娏鳎?imgfile="bsa0000139484010000034.gif"wi="473"he="81"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>指變流器1的各相電流；是指變流器2的各相電流；指變流器n的各相電流。

圖3是以單個變流器為模塊，組成多變流器共同并聯(lián)運行在電網(wǎng)系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。采用多臺變流器共同工作，從變壓器側(cè)數(shù)起依次為變流器1、變流器2、…，可以設(shè)置變流器1開關(guān)頻率為高頻率工作，主要作用是用來濾波，變流器2等等的開關(guān)頻率為高頻率下工作，主要功能用來平衡三相電流和無功補(bǔ)償。

(4)圖4是多變流器參考電流算法結(jié)構(gòu)框圖。圖a是采集三相負(fù)荷電流i1a、i1b、i1c，與三相電壓ua、ub、uc，經(jīng)過abc/αβ變換，運用瞬時功率算法求出此時瞬時功率p＝uα·iβ+uβ·iα，經(jīng)過pll鎖相環(huán)，最終確定三相補(bǔ)償電流參考值其計算為：

式中，近似認(rèn)為交流配電網(wǎng)三相電壓對稱且僅含基波正序電壓分量，變壓器二次側(cè)三相電壓va、vb、vc的相角分別為θa、θb、θc。

圖4中b圖是將a圖中三相補(bǔ)償電流參考值進(jìn)行分離，分別控制多個變流器(圖b中是按照兩個變流器進(jìn)行分析)。變流器1選定為高性能變流器，其主要功能是用來平衡或濾除需要補(bǔ)償電流中的諧波電流。補(bǔ)償電流參考值經(jīng)低通濾波器lpf后，濾除基波電流，得到諧波電流，經(jīng)過pll鎖相環(huán)的控制后，最終得到變流器1的各相電流補(bǔ)償瞬時參考值。同樣變流器2作為低性能變流器，經(jīng)低通濾波器lpf后，濾除諧波電流，同樣經(jīng)過pll鎖相環(huán)的相角控制后，最終得到變流器2的各相電流補(bǔ)償瞬時參考值。

如果需要更多變流器并網(wǎng)控制，除去變流器1的諧波電流控制，其余n-1個變流器的三相基波電流可變?yōu)?imgfile="bsa00001394840100000311.gif"wi="700"he="125"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>這樣實現(xiàn)多變流器的并網(wǎng)控制。

為保證直流配電網(wǎng)正常供電，就應(yīng)通過變流器控制vd保持在設(shè)定值vdref左右，使參考電流中應(yīng)包含相應(yīng)的電容充放電電流分量以調(diào)節(jié)電容電壓。為此，采用比例積分(pi)控制器對vd進(jìn)行控制。當(dāng)vd＜vdref，控制變流器并網(wǎng)電流中包含一組從交流電網(wǎng)側(cè)獲取的三相對稱純有功電流對電容充電；當(dāng)vd＞vdref，控制vsc配合變壓器和交流負(fù)荷將直流側(cè)多余能量注入交流電網(wǎng)。pu應(yīng)滿足的計算式為：

式中，kp、ki分別為電壓外環(huán)中pi控制器的比例增益和積分增益。vd是變流器直流側(cè)電容電壓，vdref是電容電壓設(shè)定值。

變流器1的各相電流補(bǔ)償瞬時參考值計算如下：

變流器2的各相電流補(bǔ)償瞬時參考值計算如下：

通過在d-q坐標(biāo)系下調(diào)節(jié)iq和id來控制變流器的有功有功和無功的的調(diào)節(jié)，在變流器前三橋臂實現(xiàn)p和q的解耦控制，變流器采用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的雙環(huán)控制方式。電壓外環(huán)控制直流側(cè)電壓保持在vdref上；電流內(nèi)環(huán)主要實現(xiàn)變流器并網(wǎng)電流的快速跟蹤，實現(xiàn)電流的實施控制，且內(nèi)外環(huán)均采用pi調(diào)節(jié)器。相比前三橋臂，vsc第四橋臂通過簡單的控制就能產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流。

基于dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的變流器前三橋臂方程為：

式中：p為微分算子；d、q軸方程間存在交叉項，相互耦合。為消除耦合關(guān)系，可采用前饋解耦控制策略，解耦后的控制方程為：

式中：vpd、vqd、vod、voq、iud、iuq分別表示變壓器低壓側(cè)電壓vp、變流器交流側(cè)輸出電壓vo和并網(wǎng)電流iu的d軸和q軸分量；kii、kip為電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益和積分調(diào)節(jié)增益。相比前三橋臂，變流器第四橋臂通過簡單的控制就能產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流。

圖5為變流器1采用pwm控制的控制框圖，圖中沒有體現(xiàn)電壓外環(huán)是因電流iu的算法中已經(jīng)包含了電壓外環(huán)，iu中含有調(diào)節(jié)vd保持在vref上的電流分量。

變流器2采用同樣的控制策略。如果是多個變流器同時并網(wǎng)，除卻變流器1，其余n-1個變流器控制框圖如圖6所示。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。