本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域和電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器網(wǎng)側(cè)電流平衡控制方法，用于對電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行控制。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)廣泛的采用三相四線制，這種系統(tǒng)三相之間可以相互獨(dú)立運(yùn)行。三相回路帶不平衡負(fù)載時(shí)，網(wǎng)側(cè)三相電流也會(huì)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)中線流過電流，負(fù)載不平衡程度越大，網(wǎng)側(cè)中線電流就越大。三相四線制系統(tǒng)中，一般會(huì)選擇網(wǎng)側(cè)中線作為主電路和控制電路的參考地，網(wǎng)側(cè)中線有電流流過時(shí)，中線電位不為零，導(dǎo)致參考地發(fā)生偏移，不僅影響控制精度和效果，還會(huì)使三相電壓出現(xiàn)不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致相電壓不同程度的高于或低于額定電壓，造成用電設(shè)備的損壞。

統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(unifiedpowerqualityconditioner,upqc)系統(tǒng)中為了克服不平衡負(fù)載對網(wǎng)側(cè)中線電位偏移的影響，要求對網(wǎng)側(cè)電流加以控制，使三相網(wǎng)側(cè)電流在不平衡負(fù)載狀態(tài)下保持平衡的狀態(tài)。當(dāng)upqc帶不平衡最為嚴(yán)重的單相負(fù)載時(shí)，直流母線電壓波動(dòng)最大。在現(xiàn)有控制技術(shù)中，upqc只是通過單一調(diào)節(jié)直流母線電壓方法來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)三相電流的平衡，該控制方法的缺陷體現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面。穩(wěn)態(tài)方面：由于系統(tǒng)只帶單相負(fù)載，直流母線電壓會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，而直流電壓的控制結(jié)果是網(wǎng)側(cè)電流幅值基準(zhǔn)，這會(huì)直接影響到網(wǎng)側(cè)三相電流的平衡度。如果母線電壓波動(dòng)超出一定范圍還會(huì)影響負(fù)載電壓的控制效果，降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度和運(yùn)行指標(biāo)；動(dòng)態(tài)方面：一般直流母線電壓為外環(huán)所控制，其控制環(huán)路的帶寬較低，會(huì)造成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢。

為了克服upqc現(xiàn)有控制技術(shù)中直流母線電壓環(huán)在所述穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)兩方面的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于負(fù)載基波有功電流配比補(bǔ)償算法，將所述算法與直流母線電壓外環(huán)疊加，不僅可以保證不平衡負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流的平衡控制，減小直流母線電壓波動(dòng)，還可以保證系統(tǒng)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。本發(fā)明方法具有很重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和非常廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于解決upqc現(xiàn)有控制技術(shù)中直流母線電壓環(huán)對網(wǎng)側(cè)三相電流平衡度控制效果差、直流母線電壓波動(dòng)大以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢的問題，提供一種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器網(wǎng)側(cè)電流平衡控制方法，尤其是在不平衡負(fù)載條件下，本發(fā)明方法優(yōu)勢更為明顯。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器網(wǎng)側(cè)電流平衡控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，將三相電網(wǎng)電壓vsabc、三相負(fù)載電壓vlabc和三相負(fù)載電流ilabc由三相靜止abc交流坐標(biāo)系變換到兩相dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，坐標(biāo)變換需要的相位信息ωt由對三相電網(wǎng)電壓vsabc的鎖相(phase-lockedloop,pll)得到；

步驟2，坐標(biāo)變換后，電網(wǎng)電壓為負(fù)載電壓為負(fù)載電流為經(jīng)低通濾波器后，濾除變量中的交流分量和其中和為直流量，代表基波有功功率；和為交流分量，代表諧波成分；

步驟3，根據(jù)濾波后的直流分量和根據(jù)網(wǎng)側(cè)基波有功功率與負(fù)載基波有功功率相等計(jì)算網(wǎng)側(cè)電流基波幅值和分別代表電網(wǎng)電壓基波幅值、負(fù)載電壓基波幅值和負(fù)載電流基波幅值；

步驟4，直流母線電壓經(jīng)pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到其目的是為穩(wěn)定母線電壓及維持系統(tǒng)內(nèi)部損耗；

步驟5，負(fù)載基波有功電流配比補(bǔ)償算法具體為：將網(wǎng)側(cè)電流基波幅值與直流母線調(diào)節(jié)結(jié)果疊加得到三相網(wǎng)側(cè)基準(zhǔn)電流幅值idef。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器網(wǎng)側(cè)電流平衡控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：

本發(fā)明方法不僅能夠改善網(wǎng)側(cè)三相電流平衡度、減小直流母線電壓波動(dòng)，還能提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，克服了現(xiàn)有控制技術(shù)中直流母線電壓環(huán)對穩(wěn)態(tài)控制效果差及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡及100％不平衡條件下的網(wǎng)側(cè)電流三相平衡輸入，從而使網(wǎng)側(cè)中線電流為零，不會(huì)產(chǎn)生因帶不平衡負(fù)載而引起的網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)電位偏移，克服了upqc現(xiàn)有控制技術(shù)中直流母線電壓波動(dòng)大、網(wǎng)側(cè)電流不平衡度差及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1為三相四線制upqc電路拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明方法的串聯(lián)變換器控制原理圖；

圖3為本發(fā)明方法的并聯(lián)變換器控制原理圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的單相負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流仿真圖；

圖5為本發(fā)明方法的單相負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流仿真圖；

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的網(wǎng)側(cè)與負(fù)載側(cè)中線電流仿真圖；

圖7為本發(fā)明方法的網(wǎng)側(cè)與負(fù)載側(cè)中線電流仿真圖；

圖8為現(xiàn)有技術(shù)中的單相負(fù)載時(shí)直流母線電壓仿真圖；

圖9為本發(fā)明方法的單相負(fù)載時(shí)直流母線電壓仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的技術(shù)方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明的一種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器網(wǎng)側(cè)電流平衡控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，將三相電網(wǎng)電壓vsa、vsb、vsc，三相負(fù)載電壓vla、vlb、vlc，三相負(fù)載電流ila、ilb、ilc由三相靜止abc交流坐標(biāo)系變換到兩相dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，坐標(biāo)變換需要的相位信息ωt由對三相電網(wǎng)電壓vsa、vsb、vsc的鎖相(pll)得到；

為了更清晰的闡述本發(fā)明控制方法的工作原理，現(xiàn)以三相四相制upqc為例，其電路拓?fù)鋱D如圖1所示。在電路拓?fù)鋱D中，串聯(lián)變換器由第一igbt器件q1～第六igbt器件q6組成，通過變壓器trabc串聯(lián)在主路中；并聯(lián)變換器由第七igbt器件q7～第十二igbt器件q12組成，通過電感l(wèi)par并聯(lián)到主路中。vsa、vsb和vsc為三相電網(wǎng)電壓；isa、isb和isc為三相電網(wǎng)電流；sa、sb和sc為主路三相反并聯(lián)可控硅；ls和cs為輸入濾波電感和輸入濾波電容，用來消除電網(wǎng)中的高次諧波；lsera、lserb和lserc為串聯(lián)變換器濾波電感；isera、iserb和iserc為串聯(lián)變換器輸出電流；lpara、lparb和lparc以及cpara、cparb和cparc分別為并聯(lián)變換器的濾波電感和濾波電容；ipara、iparb和iparc為并聯(lián)變換器輸出電流；cdc1和cdc2分別為直流正負(fù)母線電容；vla、vlb和vlc為三相負(fù)載電壓；ila、ilb和ilc為三相負(fù)載電流；za、zb和zc為系統(tǒng)輸出負(fù)載；變壓器tra、trb和trc與主路相連側(cè)為一次側(cè)，與變換器相連側(cè)為二次側(cè)。

串聯(lián)變換器被控制為一個(gè)正弦電流源，直接控制網(wǎng)側(cè)電流，使其與電網(wǎng)電壓同頻同相，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，同時(shí)穩(wěn)定直流母線電壓；并聯(lián)變換器被控制為一個(gè)正弦電壓源，直接控制負(fù)載電壓使其為穩(wěn)定純凈的正弦電壓。串聯(lián)變換器具有電流源的特性，其輸出阻抗對電壓諧波較大，隔斷了電網(wǎng)與負(fù)載之間的相互污染；并聯(lián)變換器具有電壓源的特性，其輸出阻抗對電流諧波較小，為負(fù)載提供所需無功和諧波。

設(shè)三相平衡電網(wǎng)電壓幅值為vm，基波角頻率為ω，則三相電網(wǎng)電壓可以表示為：

由三相靜止abc坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系，具體為：

其中ωt由對電網(wǎng)電壓的鎖相(pll)獲得。

步驟2，坐標(biāo)變換后，電網(wǎng)電壓為負(fù)載電壓為負(fù)載電流為經(jīng)低通濾波器后，濾除變量中的交流分量和

圖2為本發(fā)明方法的串聯(lián)變換器控制原理圖，虛線框內(nèi)為本發(fā)明的負(fù)載基波有功電流配比補(bǔ)償算法，而現(xiàn)有技術(shù)中并不包含本發(fā)明內(nèi)容，只包含一個(gè)直流母線電壓外環(huán)。

三相電網(wǎng)電壓vsabc、三相負(fù)載電壓vlabc及三相負(fù)載電流ilabc經(jīng)abc-dq變換后分別得到均含有直流分量和交流分量的電網(wǎng)電壓、負(fù)載電壓和負(fù)載電流：

和為直流量，代表基波有功功率，和為交流分量，代表諧波成分。一般情況下，電網(wǎng)電壓含有一定量諧波并帶有不平衡現(xiàn)象，經(jīng)dq變換后電網(wǎng)電壓含有波動(dòng)量為若負(fù)載為非線性負(fù)載，那么負(fù)載電壓和電流經(jīng)dq變換后一定是含有交流分量和電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的波動(dòng)是不可控的，是由電網(wǎng)本身和負(fù)載性質(zhì)決定的，這就會(huì)造成功率的波動(dòng)，對計(jì)算網(wǎng)側(cè)電流基準(zhǔn)產(chǎn)生誤差，因此，采用低通濾波器(lpf-lowpassfilter)將電壓和電流中的交流分量濾除。

lpf的傳遞函數(shù)為：

τ與lpf的截止頻率有關(guān)。

步驟3，根據(jù)濾波后的直流分量和根據(jù)網(wǎng)側(cè)基波有功功率與負(fù)載基波有功功率相等計(jì)算網(wǎng)側(cè)電流基波幅值

經(jīng)lpf濾波后，得到和分別代表電網(wǎng)電壓基波幅值、負(fù)載電壓基波幅值和負(fù)載電流基波幅值。網(wǎng)側(cè)基波有功功率與負(fù)載基波有功功率相等，根據(jù)瞬時(shí)功率理論可得：

進(jìn)一步有：

網(wǎng)側(cè)電流基波幅值為：

步驟4，直流母線電壓經(jīng)pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到其目的是為穩(wěn)定母線電壓及維持系統(tǒng)內(nèi)部損耗。

—直流母線電壓調(diào)節(jié)結(jié)果，其含義是：直流母線電壓之所以能夠穩(wěn)定在800v上就是由于直流母線電壓環(huán)的存在，是直流母線電壓環(huán)調(diào)節(jié)后的輸出值。

步驟5，負(fù)載基波有功電流配比補(bǔ)償算法具體為：將網(wǎng)側(cè)電流基波幅值與直流母線調(diào)節(jié)結(jié)果疊加得到三相網(wǎng)側(cè)基準(zhǔn)電流幅值idef。

將計(jì)算得到的電流基波幅值與直流母線電壓vdc(vdc++vdc-)經(jīng)pi調(diào)節(jié)后得到的結(jié)果相疊加，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載基波有功電流配比補(bǔ)償算法。三相網(wǎng)側(cè)基準(zhǔn)電流幅值為：

三相網(wǎng)側(cè)基準(zhǔn)電流分別為：

串聯(lián)變換器輸出電流iserabc與網(wǎng)側(cè)電流isabc的關(guān)系為：

式中n＝n2:n1，為變壓器二次側(cè)與一次側(cè)匝比。

為了控制兩組母線電壓的平衡，控制環(huán)路中還加入了均壓環(huán)，將其調(diào)節(jié)結(jié)果δid1引入到電流基準(zhǔn)上。為了消除變壓器壓差對串聯(lián)變換器的影響，控制環(huán)路中加入了變壓器壓差前饋，有：

在串聯(lián)變換器的控制下，網(wǎng)側(cè)中線電流為：isn＝0

并聯(lián)變換器的主要任務(wù)是穩(wěn)定負(fù)載電壓，提供負(fù)載所需的諧波和無功。圖3所示為本發(fā)明方法的并聯(lián)變換器控制原理圖，i2abc為電感l(wèi)parabc的電流，kpwm為變換器的增益。

電壓基準(zhǔn)為：

電流δiabc對控制環(huán)路來說是一個(gè)擾動(dòng)量，本發(fā)明采用電流前饋來消除擾動(dòng)量的影響。根據(jù)upqc采樣點(diǎn)的位置，電流擾動(dòng)量δiabc是由負(fù)載電流和串聯(lián)變換器輸出電流得到的：

負(fù)載側(cè)中線電流為：iln＝ila+ilb+ilc

圖4～圖9中在0.05s時(shí)系統(tǒng)加入單相負(fù)載的效果對比圖。

現(xiàn)有控制技術(shù)中并不加入負(fù)載基波有功電流配比補(bǔ)償算法，圖4為現(xiàn)有技術(shù)的單相負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流仿真圖。從圖4看出，利用現(xiàn)有控制技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行控制，網(wǎng)側(cè)三相電流isabc平衡度較差。而使用本發(fā)明的控制方法，網(wǎng)側(cè)三相電流isabc平衡明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的控制效果，如圖5所示的本發(fā)明方法的單相負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流仿真圖。

在現(xiàn)有技術(shù)控制方法下，由于網(wǎng)側(cè)三相電流isabc平衡度較差，這就導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)中線電流isn較大，如圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)中的網(wǎng)側(cè)與負(fù)載側(cè)中線電流仿真圖。而采用本發(fā)明的控制方法，網(wǎng)側(cè)中線電流isn較小，如圖7所示的本發(fā)明方法的網(wǎng)側(cè)與負(fù)載側(cè)中線電流仿真圖，因此對網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)電位影響很小。圖6和圖7中的負(fù)載側(cè)中線電流iln等于單相負(fù)載電流。

現(xiàn)有技術(shù)對直流母線電壓的控制如圖8所示，加載時(shí)母線電壓跌落至750v，而且母線電壓恢復(fù)時(shí)間長，在仿真0.3s結(jié)束時(shí)仍沒有恢復(fù)到800v。本發(fā)明方法對直流母線電壓的控制如圖9所示，加載時(shí)母線電壓跌落至759v，且恢復(fù)時(shí)間明顯快于現(xiàn)有技術(shù)控制方法，在0.16s時(shí)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。