星形联结的链式SVG直流侧电压控制方法

摘要

本发明公开了一种星形联结的链式SVG直流侧电压控制方法，该方法对SVG的直流侧电压采用正负序电压注入的控制方法，负序电压注入的控制方法用来控制SVG的相间直流侧电压，通过调节注入的负序电压实现SVG的相间直流侧电压平衡。正序电压注入的控制方法用来控制SVG的各个链节直流侧电压，通过微调各个链节注入的正序电压来维持各链节直流侧电压均衡。本发明控制方法通过软件程序即可实现SVG直流侧电压均衡控制，抗干扰能力强，有利于工程应用。

说明书

技术领域

本发明属于电力电子设备的控制技术领域，尤其涉及一种星形联结的链式 SVG直流侧电压控制方法。

背景技术

链式结构的SVG装置具有体积小、模块化结构生产和容易实现冗余控制等 优点，当前高压大容量无功补偿越来越多采用这种结构的SVG装置。然而，链 式SVG的各相包含多个H桥链节，各H桥链节的直流电容相互独立，链节差 异性和触发脉冲延时等因素导致链节直流侧电压不平衡，H桥链节直流侧电压 的平衡控制是链式SVG装置的一个关键控制技术。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种正负序电压注入的控制方法来控制星形联 结的链式SVG直流侧电压。

为达到上述目的，本发明星形联结的链式SVG直流侧电压控制方法，所述 方法包括正序电压注入的控制方法、负序电压注入的控制方法，其中所述负序 电压注入的控制方法包括通过调节各相负序电压来控制SVG的相间直流侧电压 平衡，所述正序电压注入的控制方法包括通过调节各个链节的正序基波电压来 控制各链节的直流侧电压均衡。

具体地，所述的负序电压注入的控制方法具体包括以下步骤：

检测各相直流侧电压，计算出各相直流侧电压的平均值和所 述的平均值如下：

$\overline{u_{\mathrm{dcA}}}=\frac{1}{n}(u_{\mathrm{dcA}1}+u_{\mathrm{dcA}2}+···+u_{\mathrm{dcAn}}),$

$\overline{u_{\mathrm{dcB}}}=\frac{1}{n}(u_{\mathrm{dcB}1}+u_{\mathrm{dcB}2}+···+u_{\mathrm{dcBn}})$和

$\overline{u_{\mathrm{dcC}}}=\frac{1}{n}(u_{\mathrm{dcC}1}+u_{\mathrm{dcC}2}+···+u_{\mathrm{dcCn}});$

直流侧电压参考值分别减去各相直流侧电压的平均值和得 到三个差值分别经过比例积分PI调节器，得到P_A、P_B和P_C；

利用P_A、P_B和P_C计算出各相负序电压的幅值U_nm和初相位α_n，得到各相负序 电压u_nA、u_nB和u_nC；

利用P_A、P_B和P_C计算出正序电流的d轴分量正序解耦控制得到各相正 序电压u_pA、u_pB和u_pC；

负序电压和正序电压叠加得到SVG各相调制电压u_A＝u_pA+u_nA、u_B＝u_pB+u_nB和u_C＝u_pC+u_nC。

具体地，所述的正序电压注入的控制方法具体包括以下步骤：

直流侧电压参考值分别减去各相各个链节的直流侧电压u_dcA1、u_dcA2···u_dcAn、 u_dcB1、u_dcB2···u_dcBn、u_dcC1、···u_dcCn，得到的差值分别经过比例P调节器，比 例控制的结果与各相正序电压u_pA、u_pB和u_pC相乘，得到链节正序电压的微调量 △u_pA1、△u_pA2···△u_pAn、△u_pB1、△u_pB2···△u_pBn、△u_pC1、△u_pC2···△u_pCn；

链节正序电压的微调量与调制电压u_A、u_B和u_C相加，得到各个链节的调制 电压链节直流侧电压均衡控制 是通过控制各个链节的正序电压的微调量来实现的。

本发明星形联结的链式SVG直流侧电压控制方法，对SVG的直流侧电压 采用正负序电压注入的控制方法，负序电压注入的控制方法是针对SVG的相间 直流侧电压进行控制，通过负序电压来维持SVG的相间直流侧电压平衡。正序 电压注入的控制方法是针对SVG的各个链节直流侧电压进行控制，通过微调各 个链节注入的正序电压来维持各链节直流侧电压均衡。本发明控制方法通过软 件程序即可实现SVG直流侧电压均衡控制，无需增设额外电路和设备，降低了 系统成本，系统可靠性高，抗干扰能力强，有利于工程应用。

附图说明

图1是本发明适用于星形联结的链式SVG主电路结构图；

图2是本发明对SVG装置直流侧电压控制的负序电压注入的控制框图；

图3是本发明对星形联结的链式SVG控制量转换框图；

图4是本发明对SVG装置A相各个链节的正序电压注入的控制框图；

图5是本发明对SVG装置B相各个链节的正序电压注入的控制框图；

图6是本发明对SVG装置C相各个链节的正序电压注入的控制框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

实施例

如图1所示，本实施例星形联结的链式SVG主电路拓扑结构各相由n个H 桥单元级联而成，对应的电抗为L_A、L_B和L_C，电网侧电压为u_SA、u_SB和u_SC，SVG 的输出电压为u_A、u_B和u_C。理想情况下SVG的输出电压仅为正序电压，为均衡 控制SVG装置相间直流侧电压而增加负序电压，所以SVG的输出电压表达式 可设为：

(1)式中：U_pm为SVG输出的正序电压的幅值；U_nm和α_n为负序电压的幅值和 相角。

星形联结的链式SVG中不会产生零序电流，SVG流过的电流在不考虑谐波 电流的情况下有正序基波电流和负序基波电流，其表达式可设为：

(2)式中：I_pm和β_p为SVG输出正序电流的幅值和相角，I_nm和β_n为SVG输出 负序电流的幅值和相角。

如图2至6所示，所述星形联结的链式SVG直流侧电压的正负序电压注入 的控制方法具体包括以下步骤：

SVG注入的正序电压计算如下：

直流侧电压参考值分别减去各相各个链节的直流侧电压u_dcA1、u_dcA2···u_dcAn、 u_dcB1、u_dcB2···u_dcBn、u_dcC1、···u_dcCn，得到的差值分别经过比例P调节器，比 例控制的结果与各相正序基波电压u_pA、u_pB和u_pC相乘，得到链节正序基波电压 的微调量△u_pA1、△u_pA2···△u_pAn、△u_pB1、△u_pB2···△u_pBn、△u_pC1、△u_pC2···△u_pCn，也 既是注入的负序电压。

链节正序基波电压的微调量与调制电压u_A、u_B和u_C相加，得到各个链节的 调制电压链节直流侧电压均衡 控制是通过控制各个链节的正序基波电压的微调量来实现的。

SVG注入的负序电压计算如下：

SVG的三相有功功率为P_A、P_B和P_C，其表达式如下所示：

$P_A=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{pm}}{\cos \beta }_p+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n)+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-{\alpha }_n)+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}{\cos \beta }_n---\left(3\right)$

$P_B=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{pm}}{\cos \beta }_p+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n+\frac{2\pi }{3})+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-{\alpha }_n)+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n+\frac{2\pi }{3})---\left(4\right)$

$P_C=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{pm}}{\cos \beta }_p+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n-\frac{2\pi }{3})+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-{\alpha }_n)+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n+\frac{2\pi }{3})---\left(5\right)$

SVG的总功率P为三相有功功率相加，其表达式为：

$P=P_Q+P_B+P_C=\frac{3}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{pm}}{\cos \beta }_p+\frac{3}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-{\alpha }_n)---\left(6\right)$

SVG的平均功率为总功率除以3，其表达式为：

$\bar{P}=\frac{1}{3}(P_A+P_B+P_C)=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{pm}}{\cos \beta }_p+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-{\alpha }_n)---\left(7\right)$

SVG的各相有功功率减去平均功率可得：

${\mathrm{\Delta P}}_A=P_A+\bar{P}=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n)+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos {\beta }_n---\left(8\right)$

${\mathrm{\Delta P}}_B=P_B+\bar{P}=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n+\frac{2\pi }{3})+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n+\frac{2\pi }{3})---\left(9\right)$

${\mathrm{\Delta P}}_C=P_C+\bar{P}=\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n-\frac{2\pi }{3})+\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-\frac{2\pi }{3})---\left(10\right)$

由(8)式推导可得：

$\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n)={\mathrm{\Delta P}}_A-\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}{\cos \beta }_n---\left(11\right)$

由(9)式推导可得：

$\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n+\frac{2\pi }{3})={\mathrm{\Delta P}}_B-\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n+\frac{2\pi }{3})---\left(12\right)$

由(12)式除以(11)式可得：

$\frac{\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n+\frac{2\pi }{3})}{\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n)}=\frac{\Delta P_B-\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n+\frac{2\pi }{3})}{\Delta P_A-\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos {\beta }_p}---\left(13\right)$

设式(13)的等号右边的项等于k，则(13)式可转换为：

$\tan ({\beta }_P-{\alpha }_n)=-\frac{2k+1}{\sqrt{3}}---\left(14\right)$

由(14)式推导可得负序电压的初相位α_n：

由(11)式推导可得负序电压的幅值U_nm：

$U_{\mathrm{nm}}=\frac{\Delta P_A-\frac{1}{2}{U}_{\mathrm{pm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos {\beta }_n}{\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{pm}}\cos ({\beta }_p-{\alpha }_n)}---\left(16\right)$

如图2所示，SVG的正序基波电流计算如下：

由(7)式推导可得

$I_{\mathrm{dq}}^{*}=\frac{2\bar{P}-U_{\mathrm{nm}}{I}_{\mathrm{nm}}\cos ({\beta }_n-{\alpha }_n)}{U_{\mathrm{pm}}}---\left(17\right)$

SVG经正负序电压注入的控制，其直流侧电压实现均衡。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化 或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以 权利要求所界定的保护范围为准。