一種svg功率單元直流電容電壓控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法，包括以下步驟：1)采用三相換流鏈，每一相換流鏈包括若干串聯鏈節功率單元；2)在上層控制中計算無功補償電流；3)計算用于系統中總的有功和無功控制的調節電壓矢量；4)在下層控制中計算各鏈節功率單元調節控制輸出電壓瞬時值；5)計算平衡控制輸出電壓微調量■’6)疊加調節控制輸出電壓瞬時值和平衡控制輸出電壓微調量得到實際控制輸出量。本發明的有益效果為：采用分層控制的方法，下層控制中同一相各鏈節功率單元平衡控制輸出電壓的微調量的代數和接近于零，不會影響到上層控制；與上層控制解耦，控制特性好，參數設計簡單；直流電容電壓一致性好，輸出波形質量高。
【專利說明】-種SVG功率單元直流電容電壓控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無功補償領域，尤其涉及一種SVG功率單元直流電容電壓控制方法。
【背景技術】
[0002] 鏈式結構SVG裝置是基于Η橋大功率逆變器串聯的動態無功補償裝置，它的每一 相都是由結構相同的Η橋功率單元串聯而成，三相鏈接采用星形連接，再經連接電抗器與 電網相連。其具有如下優點：所需功率器件數量少，無須額外的鉗位二極管或平衡電容；容 易實現模塊化，易于擴展，適用不同的電壓等級。鏈式SVG可對中高壓配電網中的非線性負 載進行動態無功補償和諧波治理，改善配電網電能質量。
[0003] 在鏈式SVG中，功率單元直流電容彼此獨立，而每個鏈節的并聯損耗、開關損耗、 調制比和脈沖延時等又存在差異，導致各個功率單元存在直流電容電壓不平衡的問題。直 流電容電壓不平衡會帶來許多不利的影響，電容電壓的不平衡會使SVG輸出電壓的諧波畸 變率增大，當其不平衡度較大時，某些鏈節的電容電壓會偏高，影響到裝置的安全運行，嚴 重時會導致系統崩潰。
[0004] 目前直流電容電壓平衡控制多是通過外部的平衡控制電路來實現，通過外部平衡 控制電路的方法可以簡化控制程序的算法，但均需要額外的硬件電路和控制系統，增加了 系統的成本和復雜性，降低了系統的可靠性。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種SVG功率單元直流電容電壓控制方法，采用分層控制的 自身平衡控制算法實現功率單元直流電容電壓平衡控制，確保裝置的安全運行，并且成本 低，系統可靠性高，以解決現有技術多采用集中控制，而導致的控制目標量之間容易發生干 擾、直流電容電壓一致性差、輸出波形質量低等問題。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案來實現： 一種鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法，其特殊之處在于： 1) 采用三相換流鏈，三相換流鏈經電抗器與電網相連，每一相換流鏈由若干個鏈節功 率單元串聯而成，所述鏈節功率單元為單個Η橋功率單元，Η橋功率單元并聯有直流電容支 路； 2) 經上層控制的主控制單元檢測獲得相應相的電網電壓信號和電流信號，依據P-Q瞬 時功率理論計算出瞬時補償電流值； 3) 上層控制的主控制單元通過電流調節算法將瞬時補償電流轉化為需要調節的各相 換流鏈的電壓，再與對應相的電網電壓信號相加，得到用于系統中總的有功和無功控制的 調節電壓矢量； 4) 依據上層控制的調節電壓矢量計算下層控制的各鏈節功率單元的調節控制輸出電 壓瞬時值； 5) 以下層控制的鏈式SVG各鏈節功率單元電壓的平均值作參考值，以鏈式SVG各鏈節 功率單元的實際電壓作為反饋值，計算用于調控各鏈節功率單元吸收有功的平衡控制輸出 電壓微調量； 6)通過下層控制將鏈式SVG各鏈節功率單元的調節控制輸出電壓瞬時值疊加平衡控 制輸出電壓微調量得到對應的鏈式SVG鏈節功率單元的實際控制輸出量。
[0007] 所述平衡控制輸出電壓微調量累積的結果是與SVG輸出電流方向平行的矢量，即 一個純有功電壓矢量，當鏈節功率單元的電壓偏低時疊加一個與電流方向相同的矢量，當 鏈節功率單元電壓偏高時疊加一個與電流方向相反的矢量。
[0008] 步驟5進一步包括： 1) 檢測鏈式SVG每相各鏈節功率單元的電容直流電壓，計算每相直流電壓的平均值與 相應相各鏈節的電容直流電壓的差值； 2) 通過PI調節對差值進行調節； 3) 調節結果與電容直流電壓平均值相關的系數K相乘后，再除以SVG的輸出電流，得到 輸出電壓的微調量，K的取值為0. 01。
[0009] 所述鏈節功率單元為一個單相全橋逆變電路，包括左右兩個橋臂和與之并聯的一 個直流電容支路，每個橋臂由兩個功率器件串聯組成，每個橋臂的串聯功率器件的結點做 為外電路的連接點。
[0010] 本發明的有益效果為：采用分層控制的方法，上層控制采用主控制單元由瞬時電 流跟蹤以實現系統中總的有功和無功控制，下層通過調節各鏈節功率單元疊加電壓矢量來 實現鏈節間有功的合理分配，保證直流電容電壓平衡，各鏈節功率單元平衡控制輸出電壓 的微調量的代數和接近于零，因此可有效保證下層平衡控制僅是對鏈節功率單元間有功進 行合理分配，不會影響到上層控制，解決了集中控制的控制目標量之間易出現干擾的問題； 與上層控制解耦，控制特性好，參數設計簡單；只改變鏈節單元的有功而不影響其無功，直 流電容電壓一致性好，輸出波形質量高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明實施例所述鏈式結構SVG主電路拓撲結構圖； 圖2是本發明實施例所述鏈式結構SVG的基于分層控制的電容電壓平衡控制算法總 圖； 圖3是本發明實施例所述鏈節內平衡控制算法框圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發明的基本思想是采用分層控制的方法，上層控制依據P-Q瞬時功率理論計算 出瞬時補償電流以實現系統中總的有功和無功控制，下層通過調節各鏈節功率單元疊加電 壓矢量來實現鏈節功率單元間有功的合理分配，保證直流電容電壓平衡。
[0013] 直流電容電壓平衡控制的本質是實現鏈節間的有功的合理分配，必須遵循二個原 貝1J :1)直流電容電壓平衡控制自身是穩定的；2)直流電容電壓平衡控制不影響上層控制。
[0014] 下面結合附圖對本發明做詳細說明： 如圖1-圖3所示，本發明實施例所述鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法如下： 1)本發明實施例所述的鏈式結構SVG每一相是由N個鏈節功率單元串聯而成換流鏈， 三相換流鏈連接采用星形連接，再經電抗器la、lb、lc與電網A、B、C相連。
[0015] 每個鏈節功率單元是結構相同的H橋功率單元，它是一個單相全橋逆變電路，包 括左右兩個橋臂和與之并聯的一個直流電容支路，每個橋臂由兩個功率器件串聯組成，每 個橋臂的串聯功率器件的結點做為外電路的連接點。Η橋功率單元可以通過接收調節電壓 矢量轉化為兩路控制系統的信號，每路控制信號轉化為兩個互斥電平信號，來控制同一橋 臂的功率器件的通斷，同一時刻每一橋臂只有一個功率器件導通；功率單元可以輸出直流 電容電壓信號。
[0016] 2)經上層控制的主控制單元檢測獲得電網電壓信號Usa、Usb、Use和電流信號 isa、isb、isc，依據P-Q瞬時功率理論計算出將要補償的電流la、lb、Ic ; 3) 通過電流調節器將要補償的電流la、lb、Ic轉化為需要調節的各相換流鏈的電壓， 再加上電網電壓信號Usa、Usb、Use，得到用于系統中總的有功和無功控制的調節電壓矢量 Ura、Urb、Urc ; 4) 依據上層控制的調節電壓矢量計算下層控制的各鏈節功率單元的調節控制輸出電 壓瞬時值； 5) 計算用于調控每相各鏈節功率單元吸收的有功的下層控制的平衡控制輸出電壓微 調量：以C相換流鏈為例，檢測換流鏈各鏈節功率單元的電容直流電壓（VdeeL··· VdeeN，計 算電壓總和的平均值與本鏈節(設為i節）的電容直流電壓Vci做差，通過PI調節器調節， 調節值與直流側電壓平均值相關的系數K相乘后，K的取值為0. 01，再除以SVG的輸出電 流，所得的結果為平衡控制輸出電壓微調量Λ I。
[0017] 6)由SVG各鏈節功率單元計算的平衡控制輸出電壓微調量Λ \與調節控制輸 出電壓瞬時值疊加，得到對應每個SVG鏈節功率單元的實際控制輸出電壓Ural…Uran、 Urb 1 …Urbn、Urc 1 …Urcn 〇
[0018] 由于步驟5)中同一時刻各鏈節功率單元計算時使用相同的電容電壓的平均值和 SVG的輸出電流，同時鏈節功率單元的系數K及PI調節系數都相等，會使各鏈節功率單元的 平衡控制輸出電壓微調量的代數和接近于零，因此可有效保證下層平衡控制僅是對鏈節間 有功進行合理分配，不會影響到上層控制。
[0019] 本發明為了只調控各鏈節單元吸收的有功而不改變其無功，采用疊加有功電壓矢 量的直流電容電壓平衡控制策略，以各鏈節電壓的平均值作參考值，以鏈節的實際電壓作 為反饋值，經過PI控制器后，與直流側電壓相關系數K相乘后，再除以SVG的實際電流，所 得的結果為平衡控制輸出電壓微調量，加上上層控制對各鏈節功率單元的調節控制輸出電 壓瞬時值為實際控制輸出量。
[0020] 本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種 形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技 術方案，均落在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法，其特征在于： 1) 采用三相換流鏈，三相換流鏈經電抗器與電網相連，每一相換流鏈由若干個鏈節功 率單元串聯而成，所述鏈節功率單元為單個Η橋功率單元，Η橋功率單元并聯有直流電容支 路； 2) 經上層控制的主控制單元檢測獲得相應相的電網電壓信號和電流信號，依據P-Q瞬 時功率理論計算出瞬時補償電流值； 3) 上層控制的主控制單元通過電流調節算法將瞬時補償電流轉化為需要調節的各相 換流鏈的電壓，再與對應相的電網電壓信號相加，得到用于系統中總的有功和無功控制的 調節電壓矢量； 4) 依據上層控制的調節電壓矢量計算下層控制的各鏈節功率單元的調節控制輸出電 壓瞬時值； 5) 以下層控制的鏈式SVG各鏈節功率單元電壓的平均值作參考值，以鏈式SVG各鏈節 功率單元的實際電壓作為反饋值，計算用于調控各鏈節功率單元吸收有功的平衡控制輸出 電壓微調量； 6) 通過下層控制將鏈式SVG各鏈節功率單元的調節控制輸出電壓瞬時值疊加平衡控 制輸出電壓微調量得到對應的鏈式SVG鏈節功率單元的實際控制輸出量。
2. 根據權利要求1所述的鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法，其特征在于：所 述平衡控制輸出電壓微調量累積的結果是與SVG輸出電流方向平行的矢量，即一個純有功 電壓矢量，當鏈節功率單元的電壓偏低時疊加一個與電流方向相同的矢量，當鏈節功率單 兀電壓偏高時疊加一個與電流方向相反的矢量。
3. 根據權利要求1所述的鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法，其特征在于：步 驟5進一步包括： 1) 檢測鏈式SVG每相各鏈節功率單元的電容直流電壓，計算每相直流電壓的平均值與 相應相各鏈節的電容直流電壓的差值； 2) 通過ΡΙ調節對差值進行調節； 3) 調節結果與電容直流電壓平均值相關的系數Κ相乘后，再除以SVG的輸出電流，得到 輸出電壓的微調量，Κ的取值為0. 01。
4. 根據權利要求1所述的鏈式SVG功率單元直流電容電壓控制方法，其特征在于：所 述鏈節功率單元為一個單相全橋逆變電路，包括左右兩個橋臂和與之并聯的一個直流電容 支路，每個橋臂由兩個功率器件串聯組成，每個橋臂的串聯功率器件的結點做為外電路的 連接點。
【文檔編號】H02J3/18GK104218592SQ201410065961
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】朱陽, 黃剛, 李桂杰 申請人:錦州拓新電力電子有限公司