三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911256356.0 (22)申请日 2019.12.10 (71)申请人 东北电力大学 地址 132000 吉林省吉林市长春路169号 申请人 国网吉林省电力有限公司松原供电 公司 (72)发明人 辛业春王威儒王延旭陈厚合 雷司宇陈洪涛何琦彭海超 张静伟张晶玉谭聪刘丽静 (74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 22100 代理人 王怡敏 (51)Int.Cl. H02J 3/26(2006.01) H02J 3/18(2006.01) H02J 3/。

2、38(2006.01) (54)发明名称 三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法 (57)摘要 本发明涉及一种三相不平衡负荷电流有源 补偿控制方法， 属于电能治理领域。 针对两电平 SVG的基本结构和工作原理， 改进瞬时功率， 针对 传统瞬时功率理论， 不直接对功率进行分解， 而 是将电流分解到同步旋转坐标系下。 针对指令电 流的提取， 采用基于单同步坐标系的软件锁相环 的锁相方法， 基于dq坐标变换原理获得SPLL线性 化模型， 并通过PI控制实现新型三相SPLL。 针对 电流控制算法， 采用基于模型预测控制的电流控 制方法。 能够对三相不平衡电路实时补偿， 便于 在实际电力系统中应用。 方法灵。

3、活简单， 精确性 高。 具有科学合理， 适用性强， 可靠性高， 效果佳 的优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 110994649 A 2020.04.10 CN 110994649 A 1.一种三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 其特征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 针对两电平SVG的基本结构和工作原理， 改进瞬时功率； 步骤2： 针对指令电流的提取， 采用基于单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法； 步骤3： 针对电流控制算法， 采用基于模型预测控制的电流控制方法。 2.根据权利要求1所述的三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 其特征在于： 所述的 步骤1中， 改进瞬时功率是。

4、， 针对传统瞬时功率理论， 不直接对功率进行分解， 而是将电流分 解到同步旋转坐标系下。 3.根据权利要求1所述的三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 其特征在于： 所述的 步骤2中， 基于单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法是， 基于dq 坐标变换原理获得SPLL 线性化模型， 并通过PI控制实现新型三相SPLL。 4.根据权利要求1所述的三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 其特征在于： 所述的 步骤3中， 采用模型预测控制方法， 实现三相电流的稳定控制， 提高SVG补偿效果和电能质 量； 由调制器调制参考电压来获得变流器的驱动信号。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110994649 A。

5、 2 三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法 技术领域 0001 本发明涉及电能治理领域， 特别涉及一种三相不平衡负荷电流有源补偿控制方 法。 背景技术 0002 电力是现代人类社会不可或缺的一种主要能源形式， 随着现代电力电子技术的飞 速发 展， 尤其是近年来电力电子装置在电力系统、 各个工业部门和家电领域中的广泛应 用， 对电 力系统安全、 稳定、 经济运行构成潜在的威胁， 使电能质量受到了严重的影响， 甚 至危及到 电力系统的安全运行。 与此同时， 各种精密电子设备对电能质量的要求也越来越 高， 因此改 善电能质量成为了摆在电力部门和用户面前的巫待解决的问题。 无功功率作为 电能质量重要 衡。

6、量指标， 对它的补偿关系到提高供电用电设备的安全可靠运行、 提高功率 因数、 降低电路 损耗、 减少设备容量等诸多方面。 0003 在一般公用电网中， 有功功率的波动一般对电网电压的影响较小， 电网电压的波 动主要 是由无功功率的波动引起的。 电动机在起动期间功率因数很低， 这种冲击性无功功 率会使电 网电压剧烈波动， 甚至使接在同一电网上的用户无法正常工作。 电弧炉、 轧钢机 等大型设备 会产生频繁的无功功率冲击， 严重影响电网供电质量， 因此需要切实有效的控 制方法补偿三 相不平衡。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 解决了现有 技术存 在的。

7、上述问题。 本发明能够对三相不平衡电路实时补偿， 便于在实际电力系统中应 用。 具有 科学合理， 适用性强， 可靠性高， 效果佳的优点。 0005 本发明的上述目的通过以下技术方案实现： 0006 三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 包括以下步骤： 0007 步骤1： 针对两电平SVG的基本结构和工作原理， 改进瞬时功率； 0008 步骤2： 针对指令电流的提取， 采用基于单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法； 0009 步骤3： 针对电流控制算法， 采用基于模型预测控制的电流控制方法。 0010 所述的步骤1中， 改进瞬时功率是， 针对传统瞬时功率理论， 不直接对功率进行分 解， 而是将电流。

8、分解到同步旋转坐标系下。 0011 所述的步骤2中， 基于单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法是， 基于dq坐标变换 原 理获得SPLL线性化模型， 并通过PI控制实现新型三相SPLL。 0012 所述的步骤3中， 采用模型预测控制方法， 实现三相电流的稳定控制， 提高SVG补偿 效果和电能质量； 由调制器调制参考电压来获得变流器的驱动信号。 0013 本发明的有益效果在于： 本发明能够对三相不平衡电路实时补偿， 便于在实际电 力系统 中应用。 针对两电平SVG的的基本结构和工作原理， 提出改进的瞬时功率理论， 与传 统瞬 时功率理论只适用于三相三线制系统相比适应于任何系统。 针对指令电流的提取。

9、， 提 说明书 1/4 页 3 CN 110994649 A 3 出基于 单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法， 当电网平衡时能够快速准确提取电网相 位。 针对电 流控制算法， 提出了一种基于模型预测控制的电流控制方法， 能够提供快速的 动态响应， 方 法灵活简单， 精确性高。 具有科学合理， 适用性强， 可靠性高， 效果佳的优点。 附图说明 0014 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部分， 本发 明的示 意性实例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 0015 图1为本发明的两电平三相桥式全控PWM逆变器拓扑； 0016 图2为本发明的信号处理部分。

10、框图； 0017 图3为本发明的不含零序分量的abc三相电压电流变换到静止的 坐标系示意图； 0018 图4为本发明的单同步坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)的原理框图； 0019 图5为本发明的有限集模型预测控制应用于两电平逆变器电流控制框图。 具体实施方式 0020 下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。 0021 参见图1至图5所示， 本发明的三相不平衡负荷电流有源补偿控制方法， 针对两电 平 SVG的基本结构和工作原理， 提出改进的瞬时功率理论， 与传统瞬时功率理论只适用于 三 相三线制系统相比适应于任何系统。 针对指令电流的提取， 提出基于单同步坐标系的软 件锁。

11、 相环的锁相方法， 当电网平衡时能够快速准确提取电网相位。 针对电流控制算法， 提 出了一 种基于模型预测控制的电流控制方法， 能够提供快速的动态响应， 方法灵活简单， 精确性高。 0022 包括以下步骤： 0023 步骤1： 针对两电平SVG的基本结构和工作原理， 改进瞬时功率； 0024 步骤2： 针对指令电流的提取， 采用基于单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法； 0025 步骤3： 针对电流控制算法， 采用基于模型预测控制的电流控制方法。 0026 所述的步骤1中， 改进瞬时功率是， 三相电路瞬时无功功率理论首先由日本学者赤 木 泰文提出， 此后该理论经过不断研究逐渐完善。 该理论突破了。

12、传统的以平均值为基础的 功率 定义， 系统地定义了瞬时无功功率和瞬时有功功率等瞬时功率量。 以该理论为基础的 谐波和 无功电流实时检测方法在SVG中得到了成功和广泛的应用。 针对传统瞬时功率理论 存在着 只适用于三相三线制系统中， 提出不直接对功率进行分解， 而是将电流分解到同步 旋转坐标 系下。 0027 所述的步骤2中， 基于单同步坐标系的软件锁相环的锁相方法是， 针对传统锁相环 在 电压畸变条件下不能获得准确相位的问题， 根据软件锁相环(SPLL)原理， 提出了一种基 于dq坐标变换原理获得SPLL线性化模型， 并通过PI控制实现的新型三相SPLL。 0028 所述的步骤3中， 针对传统。

13、内外环控制存在动态性能差， 方法不灵活， 采用模型预 测 控制方法， 实现三相电流的稳定控制， 提高SVG补偿效果和电能质量； 由调制器调制参考 电压来获得变流器的驱动信号。 0029 参见图1所示， 两电平三相桥式全控PWM逆变器拓扑。 两电平APF的功率处理部分 由一个两电平三相桥式全控PWM逆变器和一个LCL滤波器构成。 三相桥式PWM逆变电路 通常 说明书 2/4 页 4 CN 110994649 A 4 采用双极性调制方式。 当uruc时， 给上桥臂导通信号， 给下桥臂关断信号； 当uruc时， 给 下桥臂导通信号， 给上桥臂关断信号。 0030 参见图2所示， 信号处理部分框图。 。

14、信号处理部分为功率处理部分给出实时的准确 的 参考电流值， 并实时的传递给功率处理部分。 这部分由软件锁相环、 指令电流提取(包含 序 分量检测和分离)、 调制方法和输出电流控制组成。 其中软件锁相环为指令电流提取和 并网 运行提供相角依据， 是控制器中其他信号的基准。 指令电流生成模块以闭环的方式运 行， 它 负责连续地检测负载电流， 并给出待补偿电流的参考iC*， 该值经过电流控制策略作 为PWM 变流器的输入信号。 0031 参见图3所示， 不含零序分量的abc三相电压电流变换到静止的 坐标系示意图。 当 三相电压或电流出现不对称甚至谐波的情况下， 传统的功率理论无法对现象进行有效 系统。

15、的 解释， 传统的功率理论已不适用。 为建立一个完善的功率理论， 日本学者赤木在八 十年代提 出了瞬时无功理论(pq理论)。 0032 在数学关系上有： 0033 0034 0035其中C32为变换矩阵， 0036 定义瞬时无功为： 0037 q(t)ei-ei (3) 0038 瞬时有功为： 0039 0040 基于以上的定义， 三相电路的三相功率关系为： 0041 0042 式中等号左边第一项之和为p(t)， 第二项之和为0。 这说明可以通过合适的策略， 不需 要存储原件即可将其补偿掉。 0043 针对传统瞬时功率理论存在着只适用于三相三线制系统中， 引入p(t)和q(t)的过 程中的 又。

16、引入 的必要性等问题， 提出： 不直接对功率进行分解， 而是将电流分解到同步 旋转坐 标系下， 定义平行于电压的分量为有功分量， 垂直于电压的为无功分量。 说明书 3/4 页 5 CN 110994649 A 5 0044 0045式中 为电压e和电流i的夹角。 0046 此时三相瞬时有功功率P和无功功率Q可以表示为 0047 0048 由图3的几何关系得到： 0049 0050式中e是图3中电压向量的幅值Em的倍， 即 0051 综上， 0052 0053 参见图4所示， 单同步坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)的原理框图。 当PLL处于精确 锁相时， 电压矢量应该和d轴重合。 在电压发。

17、生变化时， 重合关系必然会被破坏。 故采取闭 环控制以使PLL输出与d轴误差在可接受范围内。 三相电压经克拉克变换和派克变换后， 变 为两相同步旋转dq坐标系的电压相量。 三相交流量变换为直流量后， 将q输入具有直流 无 偏调节特性的PI调节器中即可使q趋于0。 0054 参见图5所示， 有限集模型预测控制应用于两电平逆变器电流控制框图。 MPC策略 是 在有限的时间内求解条件最小值的结果。 由于传统算法产生的是连续的输出， 因此在电 力电 子应用中， 必须由调制器调制参考电压来获得变流器的驱动信号。 此外， 由于电力系 统具有 快速的动态特性， 通常需要较高的采样频率和短时间内计算、 执行此。

18、实时优化算法 的能力。 0055 有限集模型预测控制策略会为每个有效的开关状态预测控制变量， 再计算成本函 数， 最后在整个周期中让变流器应用使代价函数取得最值的状态， 首先从控制环等获得参 考电流 i*k的值， 同时可以测量负载电流ik； 其次对每一个不同的电压矢量， 使用系统模型 预测下一 个采样时刻的负载电流ik+1； 再次对每一个电压矢量， 利用代价函数的值来评价 下一个采样 时刻中参考电流与预测电流之间的误差； 最后选择最小的代价函数值所对应 的开关信号作用 于开关管中。 0056 以上所述仅为本发明的优选实例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技术 人员 来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡对本发明所作的任何修改、 等同替换、 改进 等， 均 应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 110994649 A 6 图 1 图 2 说明书附图 1/4 页 7 CN 110994649 A 7 图 3 说明书附图 2/4 页 8 CN 110994649 A 8 图 4 说明书附图 3/4 页 9 CN 110994649 A 9 图 5 说明书附图 4/4 页 10 CN 110994649 A 10 。