一種功率可回饋的有源全諧波消弧控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種消弧設備的控制方法，尤其涉及的是一種功率可回饋的有源 全諧波消弧控制方法及其系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著城市化進程加速，近年來配電網絡普遍向大容量、多出線方向發(fā)展。城市電纜 網絡的廣泛應用更加加劇了這種容量擴展的趨勢。與此同時，不斷進步的社會對供電可靠 性也提出了越來越高的要求，供電可靠性成為衡量供電企業(yè)成功與否的重要標準。在這種 大背景下，配電網主要采用中性點經消弧線圈接地方式。傳統(tǒng)的中性點諧振接地的電網如 圖1所示，當發(fā)生接地故障時，電力系統(tǒng)中除了由于電纜的分布電容帶來的容性電流IC 0以 外，還包含很大成分的諧波電流Ih，以及有功電流，其中，有功電流分量主要是電力設備的 泄漏電流、零序回路中的有功損耗、電暈損耗和消弧線圈的有功損耗等引起的。尚次諧波的 重要來源是電力系統(tǒng)中含有鐵芯及整流元件的非線性負載。而通常采用消弧線圈，均系無 源工頻無功電流補償裝置，顧名思義，即只補償接地故障電流中的工頻無功電容電流分量， 而對電阻性電流和高頻電流，只輸出感性電流的消弧線圈則無能為力，這是目前的消弧線 圈在原理上存在的一個不足。隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，配電網絡的不斷擴大，電力電子變電 設備尤其是新能源并網設備的增加，此部分電流越來越不容忽視這些因素帶來的污染正日 益加劇，傳統(tǒng)的消弧裝置對此部分電流沒有補償能力，所以很容易造成補償失敗而造成電 弧重燃，造成諸如跳閘或火災等安全事故。通過以上分析可知，接地故障時，電流中的有功 分量和諧波分量造成的危害是不容忽視的。為了消除它們，實現(xiàn)真正意義上的全補償，提高 電網的供電可靠性，就要求采用接地故障電流的全補償技術，補償包括有功電流和諧波電 流在內的殘余電流。對接地電流的全補償要求將有功分量、無功分量和諧波分量一并補償， 顯然只依靠消弧線圈是不能滿足要求的。而有源逆變技術是一種廣泛應用于諧波抑制、無 功功率補償、交直流混合輸電、新能源并網等領域的電力電子技術。有源逆變器的特點是可 以通過檢測工作系統(tǒng)的狀態(tài)生成控制指令，通過控制電子開關生成補償波形。它克服了無 源補償技術只能補償固定頻率和幅值的波形的缺點，可以對頻率和幅值都變化的波形進行 跟蹤補償。由于自身具有狀態(tài)跟蹤、檢測和控制算法，可以根據要求任意補償無功和諧波成 分，而且可以實現(xiàn)有功功率的重新并網，從而真正實現(xiàn)全補償。要實現(xiàn)全諧波補償以及有功 功率的電網回饋，就需要一套適合故障電網的并網策略以及快速度準確的電流發(fā)生機制。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種功率可回饋的有源全諧波消 弧的控制方法及其系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有電網故障接地消弧技術無法對接地故障中的所有諧波 電流進行快速全部的消除，有功功率的電流也無法進行電網回饋的技術問題。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明提供了一種功率可回饋的有源全諧波補償消弧的控制方法，包括以下步 驟：
[0006] 步驟si:三相電網的電壓處理方法
[0007] 步驟SlOl:將三相電網的線電壓Uab、UBC先進行Clark變換，再根據三相電網線電壓 AB的相位角6^進行正負序的Park+、Park-變換，得到正序坐標系下的直流電壓分量 if、和負序坐標系下的直流電壓分量巧、
[0008] 步驟S102:將K/、和K/、分別進行電壓正負序去耦濾波處理，得到電壓去 ! _Dec ^ Vf _ Dec, Tf __ Dec , Vf _Dec Λ
[0009] 步驟S103:將丨_ Da、匕'' _Dc々.'、「"、進行前饋處理，得到空 間矢量脈寬調制SV_PWM的基波電壓值Vg_FF_dl、Vg_FF_ql;
[0010] 步驟S2:直流電壓的處理方法
[0011] 步驟S201:將實際直流電壓Udc與設定的理想直流電壓L^c?相減并作比例積分，得 到正序基波有功電流給定值/f
[0012] 步驟S202:將三相電網的輸入電流ISA、ISB、I sc先進行Clark變換，再根據三相電網 相電壓A的相位進行正負序的Park+、Park-變換，得到正序坐標系下的直流電流分量 、/&和負序坐標系下的直流電流分量^、;
[0013] 步驟S203:將/。、/&和4、分別進行電流正負序去親濾波處理，得到電流去 耦值& -￡>ec，將_/￡ -i5ec與/; -DC相減并作比例積分，得至Ijq軸調節(jié)電壓;
[0014] 步驟S204:將汧二和Vg_FF_ql輸出至SV_PWM模塊中，產生整流脈沖信號；
[0015]步驟S3:接地故障電流的補償方法
[0016] 步驟S301:將補償電流Iz減去故障電流Io，得到補償電流的誤差值Ig;
[0017] 步驟S302:利用帶通濾波器對18分別進行BPF1-BPF50次諧波運算，得到各次的諧 波電流值IEn;
[0018] 步驟S303:根據各次的IEn及其相應的超前角度0"計算超前電流值ΙΕηθη，將各次 ΙΕη_θη乘以其相應次的諧波次數(shù)下的系統(tǒng)阻抗Ζ，得到各次諧波下的參考電壓值VEn;其中，所 述超前角度θ η為各次諧波電流滯后電壓的角度，超前角度θη與系統(tǒng)阻抗Z均為系統(tǒng)硬件固有 參數(shù)；
[0019] 步驟S304:將各次的參考電壓值VEn相加，得到總補償電壓VE，將Ve輸出至H橋脈寬 調制H_PWM模塊中，產生逆變脈沖信號。
[0020] 所述步驟S102中，將F/、F/和、Pf分別進行正負序去耦濾波處理的具體計 算方法為：
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 式中，疼T為基波負序向基波正序旋轉的角度，匕_化〇說為if的濾波值， f _//?/為f的濾波值，為Rf的濾波值，C _ /p〇說為C的濾波值;各濾波值由 簡易低通濾波器獲得，具體計算方法為：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 式中，if _#-1)為上一個計算周期的if值，為本計算周期的F/值， g -1)Λ上一個計算周期的^；值，巧_々為本計算周期的值，巧_0-1)為上一個 計算周期的F/值，K_i：為本計算周期的Ff值，if 為上一個計算周期的C值， 為本計算周期的Ff值。
[0031]所述步驟S103中，前饋處理的具體計算方法為：
[0034] 式中，KfeecLfoiwrd為前饋系數(shù)，為基波負序向基波正序旋轉的角度，禮"CWP為
[0032]
[0033] 校正后的基波負序向基波正序旋轉的角度，初值為^Γ，Θ?ρ為由于采樣及計算延時產生的 角度校正量。
[0035]所述步驟S203中，電流正負序去耦處理的計算方法具體為：
[0036]
[0037] 式中，和T為基波負序向基波正序旋轉的角度。
[0038] 所述步驟S302中，利用二階Butterworth帶通濾波器對Ig進行諧波運算，具體公式
為：
[0039]
[0040] 式中，&〇、&1、&2、13 1、132為'源汲器糸數(shù)，1￡1^_1^為本計算周期的買際米樣值，1￡1^_仏-1)為前一個計算周期的實際采樣值，I En_x_(k_2)為前2個計算周期的實際采樣值；IEn_y_(k_ 1)為前一個計算周期的濾波后的值，I En_y_(k_2)為前2個計算周期的濾波后的值。IEn初值為 零。
[0041] 本發(fā)明還提供了一種功率可回饋的有源全諧波消弧系統(tǒng)，包括控制模塊，及與其 連接的并網電壓采樣模塊、并網電流采樣模塊、直流電壓采樣模塊、電網側功率補償模塊和 故障電流米樣模塊，其中：
[0042]所述電網側功率補償模塊包括依次連接的整流橋電路和逆變橋電路，所述整流橋 電路的輸入端通過電抗連接至三相電網，所述逆變橋電路的輸出端通過補償變壓器與三相 電網的消弧線圈串聯(lián)；
[0043]所述并網電壓采樣模塊用于采集三相電網的線電壓Uab和Ubc;
[0044]所述并網電流米樣模塊用于米集三相電網的輸入電流ISA、I SB、I SC ;
[0045] 所述直流電壓采樣模塊用于采集實際直流電壓Udc;
[0046] 所述故障電流采樣模塊用于采集三相電網的故障電流Io和補償電流Iz;
[0047] 所述控制模塊的整流脈沖輸出端與整流橋電路連接，其逆變脈沖輸出端與逆變橋 電路連接，所述控制模塊根據采集的線電壓Uab和U BC，輸入電流1^、1^、1%，實際直流電壓 Udc，故障電流Io和補償電流Iz產生整流脈沖信號和逆變脈沖信號。
[0048] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:本發(fā)明提供了一種功率可回饋的有源全諧波 消弧的控制方法及其系統(tǒng)，該方法可以實現(xiàn)基波無功、諧波無功、諧波有功、基波有功電流 的快速檢測，并將基波無功與諧波無功與有功全部補償，同時可以將有功功率部分回饋至 電網側，在很大程度上提高接地故障時的補償速度與精度，從而提高大大地提高電力系統(tǒng) 的運行安全性。
【附圖說明】
[0049] 圖1為功率可回饋的有源全諧波補償消弧系統(tǒng)的電路原理圖；
[0050] 圖2為功率可回饋的有源全諧波補償消弧的控制方法的系統(tǒng)結構框圖。
[0051] 圖3_(1)故障相電壓；
[0052]圖3_(2)非故障相電壓；
[0053]圖3_(3)全補償電流；
[0054]圖3_(4)諧波補償電流；
[0055] 圖3-( 5)基波有功功率；
[0056] 圖3_( 6)基波無功功率；
[0057] 圖4_(1)補償前故障電流；
[0058]圖4_(2)補償后殘余電流。
【具體實施方式】
[0059] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。
[0060] 實施例1
[0061] 本發(fā)明還提供了一種功率可回饋的有源全諧波消弧系統(tǒng)，具有如圖1所示的結構， 包括控制模塊，及與其連接的并網電壓采樣模塊、并網電流采樣模塊、直流電壓采樣模塊、 電網側功率補償模塊和故障電流采樣模塊，其中：
[0062] 所述電網側功率補償模塊包括依次連接的整流橋電路和逆變橋電路，所述整流橋 電路的輸入端通過電抗組L2連接至三相電網，所述逆變橋電路的輸出端通過補償變壓器Tl 與三相電網的消弧線圈串聯(lián)；
[0063]所述并網電壓采樣模塊包括兩組并網電壓采樣傳感器PT2、PT3,用于采集三相電 網的線電壓Uab和Ubc ;
[0064]所述并網電流采樣模塊包括三組并網電流采樣傳感器CT2、CT3、CT4，用于采集三 相電網的輸入電流Isa、Isb、Isc;
[0065] 所述直流電壓采樣模塊包括直流電壓采樣傳感器PTl，所述直流電壓采樣傳感器 PTl的信號采集端連接至整流橋電路的信號輸出端，用于采集實際直流電壓Udc;
[0066] 所述故障電流采樣模塊包括故障電流采樣傳感器CTl、CT5,所述故障電流采樣傳 感器CTl的信號采集端連接至三相電網的消弧線圈Ll，用于采集三相電網的故障電流1〇,所 述故障電流采樣傳感器CT5的信號采集端連接至逆變橋電路的信號輸出端，用于采集