CN108964066A - Dvr***的电压跌落和谐波同步补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，通过检测算法的修改和控制策略的调整使得DVR(动态电压恢复器)具备治理谐波和电压跌落的双重能力。检测算法上采用基于瞬时无功功率理论的电压跌落和谐波检测方法，通过延时60°构造两相电压的方式实现单相电压检测；控制方面采用混合控制策略，将跌落参考量和谐波参考量进行合并，从而产生PWM脉冲信号实现DVR谐波检测和治理的功能。在满足电压跌落补偿的基础上，谐波信号能够准确采集，使得为补偿提供了良好的参数基础。在电压跌落和谐波同步补偿过程中不仅能够实现电压跌落补偿，同时对谐波具有明显的抑制作用，使得负载电压的质量有了进一步提升。
Description
技术领域
本发明涉及电能质量监测与治理领域，具体涉及一种DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法。
背景技术
现代电力***中，用电负荷不断由传统型向基于电力电子技术型转变。各种冲击性、非线性、波动性和不对称负载大量使用，造成一系列电能质量问题，如电压跌落、电压波动及等。
DVR(动态电压恢复器)是目前最经济最有效的电压跌落补偿装置。传统的DVR作为一种极具代表性的串联补偿设备，可以有效改变线路的能量分布，对负载端电压进行有效调整。但其发生的次数有限，DVR大部分时间处于旁路工作状态，使得其利用效率不高。同时其旁路电路投资大，控制其由闭合状态转换为断开状态的技术难度也大，这影响了整体装置的运行可靠性。此外，传统方法没有考虑***工作时产生的谐波，如DVR***敏感负载和整流桥产生的谐波、实际电力***非线性负载产生的谐波，这些谐波量的加入会对负载设备产生严重干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，包括如下步骤：
步骤1、对电网三相电压进行PARK变换，得到dq坐标系下的电压分量；
步骤2、对dq坐标系下的电压分量后量进行低通滤波器，提取电压正序基波分量；
步骤3、电压正序基波分量进行dq反变换，得到电压基波正弦量，利用锁相环(PLL)技术构造电压跌落幅值及相位；
步骤4、对电网三相电压进行αβ变化，得αβ坐标系下的电压分量；
步骤5、对αβ坐标系下的电压分量进行αβ-dq变换得到d、q轴分量，低通滤波后进行dq-αβ变换，得到谐波电压基波量；
步骤6、将基波量与***电压作差，得到谐波电压量，作为输入逆变器的参考电压；
步骤7、根据参考电压和跌落电压相位构造跌落补偿电压和谐波补偿电压；
步骤8、将跌落补偿电压与谐波补偿电压叠加，通过前馈控制加双闭环反馈控制的混合控制方法产生补偿信号，控制逆变器功率开关进行补偿。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明在不增加硬件设备的前提下，通过在现有检测算法中增加谐波检测环节，为逆变器提供与线路中等值反向的谐波电压量来有效抑制线路谐波，不仅实现了电压跌落补偿，同时进一步的提升了负载电压的质量。
附图说明
图1为本发明的三相四线制DVR拓扑***结构示意图。
图2为本发明的单相谐波电压检测电路图。
图3为本发明的单相谐波电压检测电路图。
图4为本发明的电压跌落及谐波补偿原理图。
图5为本发明的单相电压跌落及谐波补偿波形图。
图6为本发明的三相电压跌落及谐波补偿波形图。
图7为本发明的电压跌落和谐波同步补偿方法流程图。
具体实施方式
三相四线制DVR拓扑***结构如图1所示，其拓扑结构由低压的三单相桥组成。三相四线制DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，包括以下步骤：
步骤一、实时采样电网三相电压与三相电流的瞬时值。基于改进的瞬时无功功率理论的检测方法；对abc坐标系下的三相电进行PARK变换，将abc坐标系下的三相电转换成dq坐标系下的相应分量，即：
令三相不对称电压的瞬时值为：
其中变换矩阵C为：
步骤二、以步骤一采用的dq变换为基础，通过加入低通滤波器提取电压正序基波分量Ud0和Uq0。
假设三相***中A相电压的基波有效值为U1，初相位为n次谐波有效值为Un，初相角为则有：
对上式进行坐标变换，然后经低通滤波器对Ud和Uq分量进行滤波处理获得电压正序基波分量Ud0和Uq0，其中
步骤三、将步骤二提取的电压正序基波分量Ud0和Uq0经过dq反变换得到电压基波正弦量，采用单相延时构造两相电压的方法进行电压跌落幅值及相角的检测，得到跌落电压的有效值U1'和相位
通过对直流分量进行处理，可得到跌落电压的有效值和相位信息为：
步骤四、将三相电压αβ变化后得两相正交坐标系下的变量uα、uβ，对uα、uβ进行αβ-dq变换得到d、q轴分量Ud、Uq，结合步骤三提供的相位信息通过低通滤波器得到d轴基波分量，再通过dq-αβ得到的反变换结果为谐波电压基波量Uαf。
参见图2为本发明应用的单相谐波电压检测电路图。假设电网电压角频率为ω，A相电压初相角为电网电压有效值为E，则电压瞬时值可以表述为：
把瞬时电压变换到αβ两相正交坐标系中，可以得到表达式：
其中C32为坐标变换的变换矩阵。
其中变换矩阵C为：
将所得到d轴基波分量U‘d进行dq-αβ反变换可得谐波电压基波量：
Uαf＝C32 -1U‘d
步骤五、将步骤四得到的基波量通过减法器与***电压作差，得到谐波电压量，作为输入逆变器的参考电压。以A相为例，将基波量Uαf通过减法器与***A相电压Ua作差，得到对应的谐波电压量Uah。
步骤六、利用步骤五得到的参考电压，由步骤三得到的跌落电压相位构造出补偿电压UDVR，并将提取出的谐波电压进行等值反向处理作为谐波补偿电压Ush，参见图3为本发明的应用的谐波电压检测电路图。
步骤七、将跌落补偿电压UDVR与谐波补偿电压Ush叠加，通过前馈控制加双闭环反馈控制的混合控制方法及PWM生成器产生补偿信号，控制逆变器功率开关进行补偿，参见图4为本发明的应用的电压跌落及谐波补偿原理图。
实施例
为了验证本发明方法的有效性，利用仿真软件MATLAB/Simulink进行仿真，仿真实验中DVR仿真模型的主要参数为，电源为220V三相电源，容量为60kVA，开关频率为10kHz，负载选用简单的RL阻感负载，其中R＝2.3Ω，L＝0.5e-3H；采用电阻分压加旁路开关投切方式模拟电压跌落，设置含谐波电网电压的跌落故障，采样间隔时间为5e-5s，验证电压跌落检测和谐波检测的准确性和快速性，DVR***可以同步进行电压补偿和谐波补偿的功能。
仿真时，为了验证谐波与电压跌落同步补偿效果，在***电压中除了基波外，还含有3、5、7次谐波，为了验证电压跌落检测和谐波检测的准确性，设置含谐波电网电压的跌落故障；仿真时间设置为0.5s，跌落发生时间为0.1s-0.4s之间，并伴随30°相位跳变，仿真分为单相跌落和三相跌落两组。
图5-6为本发明的单相电压跌落及谐波补偿波形图和三相电压跌落及谐波补偿波形图，Vas为***电压波形，Vd为DVR检测***电压后得到的补偿电压波形，VaL为负载电压波形。从图中可见，负载电压几乎不受谐波和电压跌落影响。
从以上实验仿真分析看，本发明方法在满足电压跌落补偿的基础上，谐波信号能够准确采集，为补偿提供了良好的参数基础；在电压跌落和谐波同步补偿过程中不仅能够实现电压跌落补偿，同时对谐波具有明显的抑制作用，使得负载电压的质量有了进一步提升。
Claims (7)
1.一种DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对电网三相电压进行PARK变换，得到dq坐标系下的电压分量；
步骤2、对dq坐标系下的电压分量后量进行低通滤波器，提取电压正序基波分量；
步骤3、电压正序基波分量进行dq反变换，得到电压基波正弦量，利用锁相环技术构造电压跌落幅值及相位；
步骤4、对电网三相电压进行αβ变化，得αβ坐标系下的电压分量；
步骤5、对αβ坐标系下的电压分量进行αβ-dq变换得到d、q轴分量，低通滤波后进行dq-αβ变换，得到谐波电压基波量；
步骤6、将基波量与***电压作差，得到谐波电压量，作为输入逆变器的参考电压；
步骤7、根据参考电压和跌落电压相位构造跌落补偿电压和谐波补偿电压；
步骤8、将跌落补偿电压与谐波补偿电压叠加，通过前馈控制加双闭环反馈控制的混合控制方法产生补偿信号，控制逆变器功率开关进行补偿。
2.根据权利要求1所述的DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，步骤1进行PARK变换的方法为：
其中，Ud、Uq表示dq坐标系下的电压分量，Ua、Ub、Uc表示abc坐标系下的三相电压；
变换矩阵C为：
3.根据权利要求1所述的DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，步骤2提取电压正序基波分量的具体方法为：
设三相***中A相电压的基波有效值为U1，初相位为n次谐波有效值为Un，初相角为则abc坐标系下的三相电压Ua、Ub、Uc表示为：
经低通滤波器对Ud和Uq分量进行滤波处理获得直流分量Ud0和Uq0，表示为：
4.根据权利要求1所述的DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，步骤3得到的电压跌落幅值及相位表示为：
式中，U1'、表示电压跌落幅值及相位，Ud0、Uq0表示直流分量。
5.根据权利要求1所述的DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，步骤4进行αβ变化的方法为：
设电网电压角频率为ω，A相电压初相角为电网电压有效值为E，则abc坐标系下的三相电压Ua、Ub、Uc表示为：
把瞬时电压变换到αβ两相正交坐标系中，则αβ坐标系下的电压分量Uα、Uβ表示为：
式中，C32为αβ变换的变换矩阵。
6.根据权利要求1所述的DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，步骤5确定谐波电压基波量的方法为：
设αβ坐标系下的电压分量Uα、Uβ，进行αβ-dq变换得到d、q轴分量u′d、u′q分别表示为：
其中变换矩阵C为：
式中，电网电压角频率为ω；
将所得到d轴基波分量U‘d进行dq-αβ反变换可得谐波电压基波量Uαh表示为：
Uαf＝C32 -1U‘d
式中，C32为αβ变换的变换矩阵。
7.根据权利要求1所述的DVR***的电压跌落和谐波同步补偿方法，其特征在于，步骤7利用跌落电压相位和参考电压构造跌落补偿电压，将谐波电压进行等值反向处理作为谐波补偿电压。
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