本發(fā)明涉及電氣工程領域中的輸電線路融冰技術，具體涉及一種集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法。

背景技術：

我國冰雪災害頻發(fā)，輸電線路覆冰后易引起斷線倒桿，嚴重威脅到電網(wǎng)的安全運行和供電可靠性。為此，國內外開發(fā)了多種型號的直流融冰裝置，為電網(wǎng)抗災提供了技術手段。

根據(jù)結構原理，現(xiàn)有的直流融冰裝置主要可分為三類：第一類是基于二極管的不控整流型直流融冰裝置，結構簡單可靠，如申請?zhí)枮閏n200810031940.1的中國專利文獻公開的技術方案就屬于此類。此類裝置僅具有融冰功能且難以擴展，裝置只能在冬季覆冰期使用，利用率較低。第二類是基于晶閘管的相控整流型直流融冰裝置，如申請?zhí)枮閏n200810047959.5的中國專利文獻記載的技術方案就屬于此類。此類裝置兼具有直流融冰和無功補償兩種功能，但相控整流并網(wǎng)諧波大，需配套多組大容量的濾波電容電抗器組才能滿足并網(wǎng)諧波要求，整體占地面積大、造價高。第三種是基于igbt等可關斷器件的全控整流型直流融冰裝置，如申請?zhí)枮閏n201210211925.1的中國專利文獻公開的技術方案。此類裝置可兼具有直流融冰、無功補償、有源濾波等多種功能，并網(wǎng)諧波小，技術指標好；但其裝置額定電壓電流需按照最大融冰電流和最大工作電壓來選取，導致變流器容量大，因全控型開關器件的單位容量造價遠高于二極管和晶閘管，裝置整體造價高，難以推廣應用。

為克服前述裝置的缺陷，論文《兼具無功補償與有源濾波功能的新型融冰裝置》(高電壓技術，2016年第7期)和申請?zhí)枮閏n201510138254.4的中國專利文獻提出了一種將svg與二極管整流器并聯(lián)連接到融冰變壓器的集約型直流融冰裝置結構，利用二極管整流器+融冰變壓器實現(xiàn)融冰，并復用融冰變壓器作為svg的濾波電抗，從而使裝置整體具有直流融冰、無功補償和有源濾波功能，且svg容量與融冰容量可獨立優(yōu)化配置。由于該結構中svg的外部接線方式與典型svg不同，已有的svg運行控制方法不再適用，目前，該裝置中svg與二極管整流器只能分時運行而不能同時運行，即進行輸電線路直流融冰時需要svg退出運行，或svg運行時二極管整流器需退出運行。這意味著該集約型直流融冰裝置在融冰期間，將無法向電網(wǎng)提供無功補償和有源濾波功能，svg性能未能得到充分發(fā)揮。

因此，迫切需要研究集約型融冰裝置中svg與融冰整流器并聯(lián)運行時的svg控制方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法，能夠解決集約型直流融冰裝置svg與融冰整流器不能同時運行的問題，使svg不僅提供支撐電網(wǎng)電壓，還能補償融冰整流時產(chǎn)生的無功和諧波電流，充分發(fā)揮了svg的無功調節(jié)和諧波治理功能，使集約型直流融冰裝置同時兼有融冰、無功補償和有源濾波功能，控制方法簡單，保證了集約型直流融冰裝置融冰期間的電壓穩(wěn)定和電能質量。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法，所述集約型融冰裝置包括融冰變壓器、融冰整流器和svg，融冰整流器和svg并聯(lián)連接到融冰變壓器的副邊，其svg控制方法的實施步驟包括：

1)以三相電網(wǎng)電壓ugabc、svg直流電壓udc、融冰電流iicing為控制系統(tǒng)輸入量，分別計算穩(wěn)定電網(wǎng)電壓所需的并網(wǎng)無功電流ig^*、穩(wěn)定svg自身直流電壓所需吸收的有功電流iudc^*以及補償融冰電流中無功和諧波分量所需的補償電流icom^*；

2)將前述的并網(wǎng)無功電流ig^*、有功電流iudc^*以及補償電流icom^*三者疊加后作為svg輸出電流控制指令isvg^*；

3)以svg實際端口電流isvg作為反饋輸入量，通過電流環(huán)控制器調節(jié)svg實時跟蹤前述svg輸出電流控制指令isvg^*。

優(yōu)選地，步驟3)中通過電流環(huán)控制器調節(jié)svg實時跟蹤前述svg輸出電流控制指令isvg^*時，以svg的端口電流作為直接受控量，并采用直接電流控制。

優(yōu)選地，步驟3)的詳細步驟包括：

3.1)將svg輸出電流控制指令isvg^*的q軸電流指令isq^*和svg實際端口電流q軸分量isvg_q進行比較，再將比較結果利用電流環(huán)的pi控制器進行閉環(huán)實時調節(jié)，得到svg端口電壓的q軸分量；將svg輸出電流控制指令isvg^*的d軸電流指令isd^*和svg實際端口電流d軸分量isvg_d進行比較，再將比較結果利用電流環(huán)的pi控制器進行閉環(huán)實時調節(jié)，得到svg端口電壓的d軸分量；最終得到由q軸分量和d軸分量構成的svg端口電壓；

3.2)將svg端口電壓利用調制單元生成svg各功率器件的驅動脈沖信號，控制svg輸出所需電壓進而調節(jié)svg端口輸出電流。

優(yōu)選地，步驟1)中并網(wǎng)無功電流ig^*的計算步驟包括：計算三相電網(wǎng)電壓ugabc的電網(wǎng)電壓有效值ug，將電網(wǎng)電壓有效值ug和目標電網(wǎng)電壓ug^*之間的差值輸入pi控制器，得到并網(wǎng)無功電流ig^*。

優(yōu)選地，步驟1)中有功電流iudc^*的計算步驟包括：將svg直流電壓udc和目標直流電壓udc^*之間的差值輸入pi控制器，得到有功電流iudc^*。

優(yōu)選地，步驟1)中補償電流icom^*的計算步驟包括：將融冰電流iicing經(jīng)過park變換得到d軸分量iid和q軸分量iiq，將q軸分量iiq直接作為補償電流icom^*的q軸分量icom_q，將d軸分量iid經(jīng)低通濾波得到基波有功電流，再將d軸分量iid減去其中的基波有功電流得到補償電流icom^*的d軸分量icom_d。

優(yōu)選地，步驟2)的詳細步驟包括：將并網(wǎng)無功電流ig^*、補償電流icom^*的q軸分量icom_q進行線性疊加后作為svg輸出電流控制指令isvg^*的q軸電流指令isq^*；將有功電流iudc^*、補償電流icom^*的d軸分量icom_d進行線性疊加后作為svg輸出電流控制指令isvg^*的d軸電流指令isd^*。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法具有下述優(yōu)點：

1、本發(fā)明提出了集約型直流融冰裝置中svg與融冰整流器共用整流變壓器結構下的svg調控方法，使得svg和融冰整流部件可以并聯(lián)同時運行。

2、本發(fā)明使集約型直流融冰裝置同時兼有直流融冰、無功補償和有源濾波功能。本發(fā)明充分發(fā)揮了svg的無功調節(jié)和諧波治理功能，不僅可以提供支撐電網(wǎng)電壓所需的無功電流，而且還能補償融冰整流時產(chǎn)生的無功和諧波電流，保證了集約型直流融冰裝置融冰期間的電壓穩(wěn)定和電能質量。

3、本發(fā)明的控制方法簡單，svg各功能可獨立調控。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有集約型融冰裝置的主電路結構圖。

圖2為本發(fā)明實施例的的控制原理示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的控制具體實現(xiàn)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種集約型直流融冰裝置中無功補償和融冰整流并聯(lián)運行時的svg控制方法，重點是給出控制系統(tǒng)的結構配置和控制指令生產(chǎn)方式。

為使本發(fā)明的應用場合及技術方案更加清楚，下面將結合圖1所示的集約型直流融冰裝置的主電路結構圖，對對本發(fā)明所提出的集約型融冰裝置無功補償與融冰并行的svg控制方法進行詳細說明。如圖1所示，該集約型融冰裝置包括融冰變壓器、融冰整流器和svg，融冰整流器和svg并聯(lián)連接到融冰變壓器的副邊。

在圖1中所示集約型直流融冰裝置拓撲結構中，svg端口電流、融冰整流器交流側電流、融冰變壓器副邊電流三者之間存在式(1)所示關系：

itrans＝isvg-iicing(1)

式(1)中，itrans表示svg端口電流，isvg表示融冰整流器交流側電流，iicing表示融冰變壓器副邊電流。融冰整流器交流側電流isvg主要取決于變壓器副邊輸出電壓和融冰線路參數(shù)兩個參數(shù)而受svg運行狀態(tài)的影響較小，且其中包括基波有功、基波無功和諧波電流等多種分量；svg端口電流可由svg在較大范圍內自由調控，且其中可以包括基波無功、少量基波有功、高頻諧波電流等多種分量；融冰變壓器副邊電流是根據(jù)負載情況被動生成，其數(shù)值和含量取決于兩者前述兩個電流合成時相互疊加或相互抵消后的結果。

根據(jù)上述特點，本實施例集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法選擇svg端口電流作為直接的被控對象，首先根據(jù)控制目標生成合適的控制指令，再控制實際電流跟蹤該指令。如圖2所示，本實施例集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法的實施步驟包括：

1)以三相電網(wǎng)電壓ugabc、svg直流電壓udc、融冰電流iicing為控制系統(tǒng)輸入量，分別計算穩(wěn)定電網(wǎng)電壓所需的并網(wǎng)無功電流ig^*、穩(wěn)定svg自身直流電壓所需吸收的有功電流iudc^*以及補償融冰電流中無功和諧波分量所需的補償電流icom^*；

2)將前述的并網(wǎng)無功電流ig^*、有功電流iudc^*以及補償電流icom^*三者疊加后作為svg輸出電流控制指令isvg^*；

3)以svg實際端口電流isvg作為反饋輸入量，通過電流環(huán)控制器調節(jié)svg實時跟蹤前述svg輸出電流控制指令isvg^*。

考慮到圖2中的電壓電流各量都為基于復矢量的單相等效模型，為便于控制系統(tǒng)實際實施，本實施例集約型融冰裝置無功補償與融冰并行的svg控制方法采用三相系統(tǒng)中常用的dq軸分解模型，如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)由鎖相單元、并網(wǎng)電流計算單元、融冰電流補償計算單元、直流穩(wěn)壓計算單元、電流指令疊加合成單元、電流控制器、調制單元構成。

本實施例中，步驟3)中通過電流環(huán)控制器調節(jié)svg實時跟蹤前述svg輸出電流控制指令isvg^*時，以svg的端口電流作為直接受控量，并采用直接電流控制。

本實施例中，步驟3)的詳細步驟包括：

3.1)將svg輸出電流控制指令isvg^*的q軸電流指令isq^*和svg實際端口電流q軸分量isvg_q進行比較，再將比較結果利用電流環(huán)的pi控制器進行閉環(huán)實時調節(jié)，得到svg端口電壓的q軸分量；將svg輸出電流控制指令isvg^*的d軸電流指令isd^*和svg實際端口電流d軸分量isvg_d進行比較，再將比較結果利用電流環(huán)的pi控制器進行閉環(huán)實時調節(jié)，得到svg端口電壓的d軸分量；最終得到由q軸分量和d軸分量構成的svg端口電壓；

3.2)將svg端口電壓利用調制單元生成svg各功率器件的驅動脈沖信號，控制svg輸出所需電壓進而調節(jié)svg端口輸出電流。

如圖2所示，步驟1)中并網(wǎng)無功電流ig^*的計算步驟包括：計算三相電網(wǎng)電壓ugabc的電網(wǎng)電壓有效值ug，將電網(wǎng)電壓有效值ug和目標電網(wǎng)電壓ug^*之間的差值輸入pi控制器，得到并網(wǎng)無功電流ig^*。本實施例中采用pi控制器可實現(xiàn)無靜差跟蹤，即讓實際電壓等于設定目標值。

如圖3所示，步驟1)中有功電流iudc^*的計算步驟包括：將svg直流電壓udc和目標直流電壓udc^*之間的差值輸入pi控制器，得到有功電流iudc^*，因pi控制器中既有比例項又有積分項，可實現(xiàn)直流母線電壓的無靜差跟蹤。

如圖3所示，步驟1)中補償電流icom^*的計算步驟包括：將融冰電流iicing經(jīng)過park變換得到d軸分量iid和q軸分量iiq，將q軸分量iiq直接作為補償電流icom^*的q軸分量icom_q，將d軸分量iid經(jīng)低通濾波得到基波有功電流，再將d軸分量iid減去其中的基波有功電流得到補償電流icom^*的d軸分量icom_d。

如圖3所示，步驟2)的詳細步驟包括：將并網(wǎng)無功電流ig^*、補償電流icom^*的q軸分量icom_q進行線性疊加后作為svg輸出電流控制指令isvg^*的q軸電流指令isq^*；將有功電流iudc^*、補償電流icom^*的d軸分量icom_d進行線性疊加后作為svg輸出電流控制指令isvg^*的d軸電流指令isd^*。

本實施例集約型融冰裝置無功補償與融冰并行時的svg控制方法具有下述特點：

1、根據(jù)svg的功能要求，svg須首先保持自身正常運行、再治理融冰過程中的無功和諧波問題、并提供電壓無功支撐。為簡化控制算法，本實施例的svg控制方法設計并實現(xiàn)三個功能的獨立調控，將三個功能先解耦再合成，故設計了三個計算單元分別求解并網(wǎng)無功電流ig^*、有功電流iudc^*以及補償電流icom^*，再線性疊加求和。

2、為維持svg正常運行，svg各功率模塊單體及整體的直流母線電壓必須被維持在一定范圍內。但為避免配置額外硬件設備，本實施例的svg控制方法利用穩(wěn)定svg自身直流電壓所需吸收的有功電流iudc^*線性疊加求和，采用讓svg從電網(wǎng)吸收一定有功功率的方式來調控直流電壓，即讓svg端口電流中含有一定的有功分量，根據(jù)直流電壓實際值與設定值間的偏差來實時調節(jié)該有功分量的大小和正負，從而穩(wěn)定直流電壓。

3、為使融冰裝置的并網(wǎng)特性友好，需避免融冰整流器交流側電流中的無功分量和諧波分量流入融變變壓器進而流向電網(wǎng)。為此，本實施例的svg控制方法通過將融冰電流iicing經(jīng)過park變換得到d軸分量iid和q軸分量iiq，將q軸分量iiq直接作為補償電流icom^*的q軸分量icom_q，將d軸分量iid經(jīng)低通濾波得到基波有功電流，再將d軸分量iid減去其中的基波有功電流得到補償電流icom^*的d軸分量icom_d，補償電流icom^*的q軸分量icom_q包含基波無功分量和諧波q軸分量，補償電流icom^*的d軸分量icom_d包含諧波d軸分量，從而實現(xiàn)檢測并提取融冰整流器交流側端口電流的基波無功和諧波分量，再控制svg輸出上述電流分量，相當于這些基波無功和諧波分量由svg提供也就避免了融冰變壓器中流過這些分量。

4、為使svg可發(fā)揮其無功補償?shù)幕竟δ?，本實施例的svg控制方法：將svg直流電壓udc和目標直流電壓udc^*之間的差值輸入pi控制器，得到有功電流iudc^*進而進行線性疊加求和，從而快速調節(jié)svg輸入電網(wǎng)中無功電流的大小和極性，繼而穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。