專利名稱：三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器直流中點(diǎn)平衡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)電能質(zhì)量控制領(lǐng)域，特別涉及ー種三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的直流中點(diǎn)平衡控制方法。
背景技術(shù)：
靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)能夠有效補(bǔ)償無功功率，維持接入點(diǎn)的電壓穩(wěn)定，從而改善電能質(zhì)量，在対稱的三相三線制系統(tǒng)下得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是對用戶供電的低壓配電網(wǎng)主要為三相四線制系統(tǒng)，并且隨著配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電氣化鉄路等負(fù)荷的増加，這些非線性、沖擊性負(fù)荷消耗了大量的無功功率，造成配電網(wǎng)電壓降低和波動，嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量。針對配電網(wǎng)三相四線制系統(tǒng)的無功補(bǔ)償問題，三相四線制靜止同步補(bǔ)償器·(STATC0M)主要有三橋臂和四橋臂兩種結(jié)構(gòu)。其中四橋臂結(jié)構(gòu)由于不存在中點(diǎn)不平衡問題，控制相對簡単，目前對其的研究已經(jīng)比較成熟；三橋臂結(jié)構(gòu)相比四橋臂節(jié)省了開關(guān)器件，能夠從很大程度上降低成本，但是三橋臂結(jié)構(gòu)中線上的零序電流會造成直流中點(diǎn)的分裂電容電壓出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，從而導(dǎo)致靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)工作不正常并且開關(guān)器件的耐壓裕度大大降低。后果輕則降低開關(guān)壽命，嚴(yán)重時還會損壞開關(guān)器件和電容。因此，針對三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的直流中點(diǎn)進(jìn)行平衡控制可以提高該種結(jié)構(gòu)靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，具有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服三相四線制系統(tǒng)下中線的零序電流對三橋臂靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)直流中點(diǎn)分裂電容電壓的影響所造成的中點(diǎn)不平衡問題，本發(fā)明公開了ー種三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的直流中點(diǎn)平衡控制方法，其動態(tài)響應(yīng)快、無穩(wěn)態(tài)誤差。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案ー種三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的直流中點(diǎn)平衡控制方法，其特征在干以直流中點(diǎn)分裂電容的電壓平衡為目標(biāo)，通過零序電壓外環(huán)和零序電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生ー個零序控制電壓，該零序控制電壓調(diào)節(jié)流過中線的零序電流，從而對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，實現(xiàn)直流中點(diǎn)的平衡控制。本發(fā)明包括如下步驟首先檢測直流中點(diǎn)分裂電容電壓，將電容電壓做差比較后經(jīng)過零序電壓外環(huán)PI控制器調(diào)節(jié)得到零序參考電流；裝置電流經(jīng)過dqO變換后與零序參考電流做差，通過零序電流內(nèi)環(huán)PI控制器調(diào)節(jié)得到零序參考電壓；零序參考電壓減去系統(tǒng)電壓的零序分量得到零序控制電壓；最后零序控制電壓經(jīng)過雙極性SPWM調(diào)制方法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號，觸發(fā)脈沖控制全控型開關(guān)器件對直流電壓進(jìn)行逆變；逆變輸出電壓調(diào)節(jié)流過中線的零序電流，從而對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，實現(xiàn)中點(diǎn)平衡的控制目標(biāo)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于1)通過控制流過中線的零序電流，對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，實現(xiàn)了直流中點(diǎn)平衡的控制目標(biāo)；2) PI控制的參考值均為直流，消除了靜態(tài)誤差，降低了控制器設(shè)計難度；3)該方法在工程實際中易于實現(xiàn)。


圖I是三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器主電路原理圖；圖2是本發(fā)明所述中點(diǎn)平衡控制方法的原理圖；圖3是本發(fā)明所述中點(diǎn)平衡控制方法的效果圖。具體實施過程下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明圖I是二相四線ニ橋臂浄止同步補(bǔ)償器(STATC0M)主電路原通圖，主要由二相橋式兩電平變換器(SI至S6)、連接電抗器、電網(wǎng)電壓和負(fù)載組成，其中三相橋式兩電平變換 器直流中點(diǎn)分裂電容連接配電網(wǎng)的中線。從該直流中點(diǎn)分裂的兩路上各自設(shè)置有電容Cl、C2，二者分別對應(yīng)第一電壓Ucl和第二電壓Uc2。Usa,Usb,Usc為配電網(wǎng)三相電壓，Ia、Ib、Ic為三相四線靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的三相補(bǔ)償電流，IO為三相四線靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)中線上的零序電流。圖2所示的是圖I主電路結(jié)構(gòu)下，三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器中點(diǎn)平衡控制方法的原理圖。上述實例中靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的直軸和交軸控制電壓UcUUq根據(jù)三相三線制下的電流直接控制方法得到，但是該方法無法消除三相四線制下直流中點(diǎn)分裂電容電壓的不平衡現(xiàn)象，從而會導(dǎo)致靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)工作不正常，因此需要加入中點(diǎn)平衡控制。參考圖2，本發(fā)明具體技術(shù)方案的實施步驟如下SI :檢測第一電壓Ucl、第二電壓Uc2，將第一電壓Ucl減去第二電壓Uc2得到直流中點(diǎn)電壓差，然后將中點(diǎn)電壓差輸入零序電壓外環(huán)PI控制器，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出零序參考電流IOref;S2 :三相四線靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的三相補(bǔ)償電流經(jīng)過dqO變換后提取零序電流10，將零序參考電流IOref減去零序電流IO的值輸入零序電流內(nèi)環(huán)PI控制器，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)得到零序參考電壓UOref ；S3 :配電網(wǎng)電壓經(jīng)過dqO變換后提取零序電壓UsO，然后將零序參考電壓UOref減去電網(wǎng)零序電壓UsO，得到靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)的零序控制電壓UO ；S4 :將靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)控制電壓Ud、Uq、U0經(jīng)過dqO反變換得到正弦調(diào)制信號Uabc，該信號經(jīng)過雙極性SPWM調(diào)制方法生成觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖控制全控型開關(guān)器件對直流電壓進(jìn)行逆變產(chǎn)生零序電流，零序電流經(jīng)過中線對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，從而實現(xiàn)直流中點(diǎn)平衡控制的目標(biāo)；本發(fā)明的直流中點(diǎn)平衡控制方法效果如圖3所示，該方法能夠有效地維持直流中點(diǎn)分裂電容電壓平衡，并且具有無穩(wěn)態(tài)誤差的控制精度；電容電壓經(jīng)過一個電カ系統(tǒng)的エ頻周期(0. 02S)后跟蹤到額定電壓參考值，同時也證明了該控制方法具有良好的動態(tài)響應(yīng)速度。
權(quán)利要求
1.一種三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器直流中點(diǎn)平衡控制方法，其特征在于，以從直流中點(diǎn)分裂的兩路上各自電容分別對應(yīng)的第一電壓和第二電壓的平衡為目標(biāo)，通過零序電壓外環(huán)和零序電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生一個零序控制電壓，該零序控制電壓調(diào)節(jié)流過中線的零序電流，從而對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，實現(xiàn)直流中點(diǎn)的平衡控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括 SI :檢測第一電壓Ucl、第二電壓Uc2，將第一電壓Ucl減去第二電壓Uc2得到直流中點(diǎn)電壓差，然后將中點(diǎn)電壓差輸入零序電壓外環(huán)PI控制器，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后輸出零序參考電流IOref; S2:三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的三相補(bǔ)償電流經(jīng)過dqO變換后提取零序電流10，將零序參考電流IOref減去零序電流IO的值輸入零序電流內(nèi)環(huán)PI控制器，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)得到零序參考電壓UOref ； 53:配電網(wǎng)電壓經(jīng)過dqO變換后提取零序電壓UsO，然后將零序參考電壓UOref減去電 網(wǎng)零序電壓UsO，得到三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的零序控制電壓UO ； 54:將三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的控制電壓Ud、Uq、UO經(jīng)過dqO反變換得到正弦調(diào)制信號Uabc，該信號經(jīng)過雙極性SPWM調(diào)制方法生成觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖控制全控型開關(guān)器件對直流電壓進(jìn)行逆變產(chǎn)生零序電流，零序電流經(jīng)過中線對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，從而實現(xiàn)直流中點(diǎn)平衡控制的目標(biāo)；其中，UcUUq為三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的直軸和交軸控制電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述零序電壓外環(huán)包括從直流中點(diǎn)分裂的兩路上各自電容分別對應(yīng)的第一電壓和第二電壓的檢測以及PI控制器，將第一電壓和第二電壓做差比較后經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)得到零序參考電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是，所述的零序電流內(nèi)環(huán)包括三相四線三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的三相補(bǔ)償電流dqO變換以及PI控制器，將三相補(bǔ)償電流經(jīng)過dqO變換得到所述同步補(bǔ)償器的零序電流，然后將零序參考電流減去上述零序電流并且輸入PI控制器，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)得到零序參考電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是，將電網(wǎng)電壓經(jīng)過dqO變換得到電網(wǎng)零序電壓，然后將零序參考電壓減去電網(wǎng)零序電壓，從而得到零序控制電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征是，零序控制電壓經(jīng)過dqO反變換得到正弦調(diào)制信號，該信號經(jīng)過雙極性SPWM調(diào)制方法生成觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖控制全控型開關(guān)器件對直流電壓進(jìn)行逆變，逆變輸出電壓產(chǎn)生所述的零序電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相四線制三橋臂靜止同步補(bǔ)償器的直流中點(diǎn)平衡控制方法，其以從直流中點(diǎn)分裂的兩路上各自電容分別對應(yīng)的第一電壓和第二電壓的平衡為目標(biāo)，通過零序電壓外環(huán)和零序電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生一個零序控制電壓，該零序控制電壓調(diào)節(jié)所述靜止同步補(bǔ)償器流過中線的零序電流，從而對直流中點(diǎn)的分裂電容分別進(jìn)行充放電，實現(xiàn)直流中點(diǎn)的平衡控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果在于1)通過控制流過中線的零序電流，實現(xiàn)了直流中點(diǎn)平衡的控制目標(biāo)；2)PI控制的參考值均為直流，降低了控制器設(shè)計難度；3)該方法在工程實際中易于實現(xiàn)。
文檔編號H02J3/18GK102957153SQ201210270519
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者鄭益慧, 李立學(xué), 王昕 , 姚鋼, 劉景暉, 高明仕, 王書春, 張楊, 陳洪濤, 李柏成 申請人:上海交通大學(xué), 吉林省電力有限公司松原供電公司, 國家電網(wǎng)公司