CN112290567B - 一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法 - Google Patents
一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112290567B CN112290567B CN202011544707.0A CN202011544707A CN112290567B CN 112290567 B CN112290567 B CN 112290567B CN 202011544707 A CN202011544707 A CN 202011544707A CN 112290567 B CN112290567 B CN 112290567B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- current
- representing
- component
- reference value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 11
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
- H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
- H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
- H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明属于电能补偿装置技术领域,具体涉及一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法。
背景技术
目前,我国低压配电网中绝大部分民用负荷以单相负荷为主,由于用户用电的随机性与波动性,导致配电网常出现三相不平衡和功率因素降低的问题。三相***不平衡会导致电压和电流中含有大量的负序和零序分量,影响电气设备的正常运行。功率因数降低会导致设备容量利用少,线路电流增大,损耗增加。目前三相电能质量补偿的方案主要是投切并联电容器和使用三相有源电力滤波器。投切电容器的方案价格便宜,原理简单,但是无法精确补偿无功,且不能实现动态补偿,在***有谐波时,还可能发生并联谐振。三相有源电力滤波器通过内部逆变器产生特定的补偿电流,馈入电网,抵消网侧不平衡电流和无功电流。但是三相有源电力滤波器需要使用较多的开关器件和电流传感器,成本较高,并且由于目标补偿电流是交流信号,采用瞬态电流控制会有稳态误差,难以实现良好的电流跟踪性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决三相电能质量补偿的问题,提出了一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法。
电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接,其负极分别与电网的负极和电网的负极连接;电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接;电网的正极和电流传感器的一端连接,其连接点还与支撑电容的一端和支撑电容的一端连接的连接点连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;负载的另一端分别与负载的另一端和负载的另一端连接;滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;开关管的集电极分别与反并联二极管的负极、支撑电容的另一端、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;开关管的发射极分别与反并联二极管的正极、支撑电容的另一端、开关管的发射极和反并联二极管的正极连接;
基于以上***,本发明还提出一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,包括以下步骤:
S1:利用锁相环对网侧电压的相位进行锁定,并获取三相网侧电压的相位;
S2:根据三相网侧电压的相位,对A相网侧电压、三相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换,得到A相网侧电压的有功分量和无功分量、三相负载电流的有功分量和无功分量与补偿电流的有功分量和无功分量;
S4:将补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换,得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;
S5:根据A相网侧电压的有功分量和无功分量,将补偿电流的有功分量和无功分量与补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行dq解耦控制,得到半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量;
S6:将半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换,得到半桥变换器的调制信号;
S7:将半桥变换器的调制信号进行PWM调制,得到半桥变换器开关管的驱动信号,完成基于半桥变换器的三相电能质量补偿。
本发明的有益效果是:三相有功平衡和无功为零时,网侧电流有功分量和无功分量满足步骤S2的表达式;为了维持直流侧电容电压的稳定,需要将直流侧电容电压的闭环输出作为动态调整的有功电流,注入到补偿电流中,得到电压环的表达式;根据基尔霍夫电流定律和三相平衡及无功为零的条件进行变换。三相三线制电路中,C相补偿电流为A相补偿电流与B相补偿电流之和的相反数,因此仅需控制A相和B相补偿电流,当A相和B相补偿电流满足步骤S32中的公式时,三相网侧电流将处于平衡状态,功率因数为1;由于变换器接入的是网侧线电压,而补偿电流是注入到网侧相电流中,相线之间存在30度相角差,因此需要进行角度转换;补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值也是控制***中实际的补偿电流参考值。
本发明提出一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置,采用单相半桥背靠背的拓扑,减少开关管和电流传感器的数量,实时检测三相负载电流,相对于传统的并联电容器,本发明既可以动态补偿无功,也可以动态补偿有功不平衡,不易发生谐振。相对于传统的三相有源电力滤波器,本发明可以减少两个开关管和一个电流传感器,降低成本,经济性强。本发明的三相电能质量补偿方法采用变换和交叉变换得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量和无功分量参考值,在旋转坐标系下对补偿电流进行dq解耦控制,能够实现电流跟踪无静差,具有良好的电流跟踪性能,实现三相不平衡和无功的动态补偿,可应用到二极管钳位多电平拓扑和模块化多电平(MMC)拓扑,具有较强的适用性与延展性。
进一步地,步骤S2中,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的公式为:
对A相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的二阶变换矩阵为P矩阵,表示A相网侧电压,表示相位滞后于A相网侧电压的虚拟电压,表示A相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示A相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示A相负载电流,表示相位滞后于A相负载交流的虚拟电流,表示A相补偿电流,表示相位滞后于A相补偿电流的虚拟电流,表示电网角频率,t表示时间;
对B相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示B相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示B相负载电流,表示相位滞后于B相负载交流的虚拟电流,表示B相补偿电流,表示相位滞后于B相补偿电流的虚拟电流;
对C相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示C相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的无功分量,表示C相补偿电流的有功分量,表示C相补偿电流的无功分量,表示C相负载电流,表示相位滞后于C相负载交流的虚拟电流,表示C相补偿电流,表示相位滞后于C相补偿电流的虚拟电流。
进一步地,步骤S2中,三相网侧电流的有功分量和无功分量满足的表达式为:
其中,表示A相网侧电流有功分量的参考值,表示B相网侧电流有功分量的参考值, 表示C相网侧电流有功分量的参考值,表示A相网侧电流无功分量的参考值,表示B相网侧电流无功分量的参考值,表示C相网侧电流无功分量的参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量。
进一步地,步骤S3包括以下子步骤:
其中,表示A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示B相负载电流的无功分量;
所述步骤S32中,根据基尔霍夫电流定律,网侧电流有功分量参考值和无功分量参考值、负载电流的有功分量和无功分量以及补偿电流在相电压参考系下有功分量参考值和无功分量参考值满足的表达式为:
其中,表示A相网侧电流有功分量的参考值,表示B相网侧电流有功分量的参考值,表示C相网侧电流有功分量的参考值,表示A相网侧电流无功分量的参考值,表示B相网侧电流无功分量的参考值,表示C相网侧电流无功分量的参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示C相负载电流的无功分量,表示C相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示C相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值。
进一步地,对A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换的公式分别为:
对B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换的公式分别为:
其中,表示A相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值。
进一步地,步骤S5中, 对A相进行dq解耦控制的公式为:
对B相进行dq解耦控制的公式为:
其中,表示A相调制信号的有功分量,表示B相调制信号的有功分量,表示A相调制信号的无功分量,表示B相调制信号的无功分量,表示电流环的第三控制参数,表示电流环的第四控制参数,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,S表示复频率,表示A相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示A相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示电网角频率,表示A相滤波电感,表示B相滤波电感。
进一步地,对A相调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换的公式为:
对B相调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换的公式为:
附图说明
图1为三相电能质量补偿装置的结构图;
图2为三相电能质量补偿方法的流程图;
图3为网侧电压波形和补偿前后的三相网侧电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接,其负极分别与电网的负极和电网的负极连接;电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接;电网的正极和电流传感器的一端连接,其连接点还与支撑电容的一端和支撑电容的一端连接的连接点连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;电流传感器的另一端和负载的一端连接;负载的另一端分别与负载的另一端和负载的另一端连接;滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;开关管的集电极分别与反并联二极管的负极、支撑电容的另一端、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;开关管的发射极分别与反并联二极管的正极、支撑电容的另一端、开关管的发射极和反并联二极管的正极连接;
在本发明实施例中,如图1所示,点为电网的正极和电流传感器的连接点,且A相滤波电感输出端连接点;点为电网的正极和电流传感器的连接点,且B相滤波电感输出端连接点;点为电网的正极和电流传感器的连接点,且直流侧上下支撑电容的中点连接点。
基于以上***,本发明还提出一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,如图2所示,包括以下步骤:
S1:利用锁相环对网侧电压的相位进行锁定,并获取三相网侧电压的相位;
S2:根据三相网侧电压的相位,对A相网侧电压、三相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换,得到A相网侧电压的有功分量和无功分量、三相负载电流的有功分量和无功分量与补偿电流的有功分量和无功分量;
S4:将补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换,得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;
S5:根据A相网侧电压的有功分量和无功分量,将补偿电流的有功分量和无功分量与补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行dq解耦控制,得到半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量;
S6:将半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换,得到半桥变换器的调制信号;
S7:将半桥变换器的调制信号进行PWM调制,得到半桥变换器开关管的驱动信号,完成基于半桥变换器的三相电能质量补偿。
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S2中,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的公式为:
对A相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的二阶变换矩阵为P矩阵,表示A相网侧电压,表示相位滞后于A相网侧电压的虚拟电压,表示A相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示A相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示A相负载电流,表示相位滞后于A相负载交流的虚拟电流,表示A相补偿电流,表示相位滞后于A相补偿电流的虚拟电流,表示电网角频率,t表示时间;
对B相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示B相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示B相负载电流,表示相位滞后于B相负载交流的虚拟电流,表示B相补偿电流,表示相位滞后于B相补偿电流的虚拟电流;
对C相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示C相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的无功分量,表示C相补偿电流的有功分量,表示C相补偿电流的无功分量,表示C相负载电流,表示相位滞后于C相负载交流的虚拟电流,表示C相补偿电流,表示相位滞后于C相补偿电流的虚拟电流。
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S2中,三相网侧电流的有功分量和无功分量满足的表达式为:
其中,表示A相网侧电流有功分量的参考值,表示B相网侧电流有功分量的参考值, 表示C相网侧电流有功分量的参考值,表示A相网侧电流无功分量的参考值,表示B相网侧电流无功分量的参考值,表示C相网侧电流无功分量的参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量。
在本发明中,三相有功平衡和无功为零时,网侧电流有功分量和无功分量满足上述表达式。
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S3包括以下子步骤:
在本发明中,为了维持直流侧电容电压的稳定,需要将直流侧电容电压的闭环输出作为动态调整的有功电流,注入到补偿电流中,得到电压环的表达式。
其中, 表示A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示B相负载电流的无功分量;
步骤S32中,根据基尔霍夫电流定律,网侧电流有功分量参考值和无功分量参考值、负载电流的有功分量和无功分量以及补偿电流在相电压参考系下有功分量参考值和无功分量参考值满足的表达式为:
其中,表示A相网侧电流有功分量的参考值,表示B相网侧电流有功分量的参考值,表示C相网侧电流有功分量的参考值,表示A相网侧电流无功分量的参考值,表示B相网侧电流无功分量的参考值,表示C相网侧电流无功分量的参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示C相负载电流的无功分量,表示C相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示C相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值。
在本发明中,根据基尔霍夫电流定律和三相平衡及无功为零的条件进行变换。三相三线制电路中,C相补偿电流为A相补偿电流与B相补偿电流之和的相反数,因此仅需控制A相和B相补偿电流。当A相和B相补偿电流满足步骤S32中的公式时,三相网侧电流将处于平衡状态,功率因数为1。将补偿电流在相电压参考系下有功和无功分量的参考值与负载电流的有功和无功分量以及维持直流电压稳定的有功电流之间的关系表示成一个四行六列的矩阵乘法运算,将该运算称为变换,其表达式为:
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S4中,对A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换的公式分别为:
对B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换的公式分别为:
其中,表示A相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值。
在本发明中,由于变换器接入的是网侧线电压,而补偿电流是注入到网侧相电流中,相线之间存在30度相角差,因此需要进行角度转换。补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值也是控制***中实际的补偿电流参考值。
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S5中, 对A相进行dq解耦控制的公式为:
对B相进行dq解耦控制的公式为:
其中,表示A相调制信号的有功分量,表示B相调制信号的有功分量,表示A相调制信号的无功分量,表示B相调制信号的无功分量,表示电流环的第三控制参数,表示电流环的第四控制参数,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,S表示复频率,表示A相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示A相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示电网角频率,表示A相滤波电感,表示B相滤波电感。
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S6中,对A相调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换的公式为:
对B相调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换的公式为:
其中,表示A相开关管调制信号,表示B相开关管调制信号,表示构造的滞后A相开关管调制信号的虚拟信号,表示构造的滞后B相开关管调制信号的虚拟信号,表示A相调制信号的有功分量,表示B相调制信号的有功分量,表示A相调制信号的无功分量,表示B相调制信号的无功分量,表示电网角频率,t表示时间,对半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换的二阶变换矩阵为矩阵。
在本发明实施例中,如图3所示,是网侧电压波形和补偿前后的三相网侧电流波形,补偿前不平衡度为67.50%,功率因数为0.8090,补偿后不平衡度为2.63%,功率因数为0.9999,结果表明,本发明的三相电能质量补偿装置能有效改善三相不平衡和提高功率因数。
本发明的工作原理及过程为:在本发明中,半桥变换器产生的电流和不平衡负载的电流之和是平衡的,使三相电网的电流是平衡的,所以半桥变换器是补偿装置,来补偿不平衡负载带来的不平衡电流。基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置所需的开关管为四个,所需的电流传感器为五个,相较于三相有源电力滤波器,可减少两个开关管,一个电流传感器。使用锁相环对三相网侧电压进行锁相,得到三相网侧电压的相位,采集A相网侧电压、三相负载电流和两相补偿电流,进行旋转坐标变换,得到A相网侧电压、三相负载电流和两相补偿电流的有功分量和无功分量。根据三相网侧平衡和无功为零以及维持直流电压稳定的条件,将负载电流的有功分量和无功分量以及维持直流电压稳定的有功电流进行变换,得到补偿电流在相电压参考系下的有功分量和无功分量,由于变换器输出端连接的是三相网侧线电压,而旋转坐标变换的参考相位是相电压的相位,两者存在角度差,将会在线电压参考系下引入无功,因此需要对补偿电流的参考值进行交叉变换,在补偿电流有功分量参考值中注入一定的无功分量,在补偿电流无功分量参考值中注入一定的有功分量,得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量和无功分量,将补偿电流在线电压参考系下的有功分量和无功分量进行dq解耦控制,得到调制信号的有功分量和无功分量,通过旋转坐标反变换,得到变换器的调制信号,将调制信号进行PWM调制,得到开关管的驱动信号。
本发明的有益效果为:
本发明提出一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置,采用单相半桥背靠背的拓扑,减少开关管和电流传感器的数量,实时检测三相负载电流,相对于传统的并联电容器,本发明既可以动态补偿无功,也可以动态补偿有功不平衡,不易发生谐振。相对于传统的三相有源电力滤波器,本发明可以减少两个开关管和一个电流传感器,降低成本,经济性强。
本发明的三相电能质量补偿方法采用变换和交叉变换得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量和无功分量参考值,在旋转坐标系下对补偿电流进行dq解耦控制,能够实现电流跟踪无静差,具有良好的电流跟踪性能,实现三相不平衡和无功的动态补偿,可应用到二极管钳位多电平拓扑和模块化多电平(MMC)拓扑,具有较强的适用性与延展性。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
所述电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接,其负极分别与电网的负极和电网的负极连接;所述电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接;所述电网的正极和电流传感器的一端连接,其连接点还与支撑电容的一端和支撑电容的一端连接的连接点连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述负载的另一端分别与负载的另一端和负载的另一端连接;所述滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;所述滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;所述电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述开关管的集电极分别与反并联二极管的负极、支撑电容的另一端、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述开关管的发射极分别与反并联二极管的正极、支撑电容的另一端、开关管的发射极和反并联二极管的正极连接;
2.一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:利用锁相环对网侧电压的相位进行锁定,并获取三相网侧电压的相位;
S2:根据三相网侧电压的相位,对A相网侧电压、三相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换,得到A相网侧电压的有功分量和无功分量、三相负载电流的有功分量和无功分量与补偿电流的有功分量和无功分量;
S4:将补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换,得到补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值;
S5:根据A相网侧电压的有功分量和无功分量,将补偿电流的有功分量和无功分量与补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行dq解耦控制,得到半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量;
S6:将半桥变换器调制信号的有功分量和无功分量进行旋转坐标逆变换,得到半桥变换器的调制信号;
S7:将半桥变换器的调制信号进行PWM调制,得到半桥变换器开关管的驱动信号,完成基于半桥变换器的三相电能质量补偿;
所述基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置用于执行基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法;所述基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置包括电网、电网、电网、负载、负载、负载、滤波电感、滤波电感、电流传感器、支撑电容、开关管和反并联二极管;
所述电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接,其负极分别与电网的负极和电网的负极连接;所述电网的正极分别与滤波电感的一端和电流传感器的一端连接;所述电网的正极和电流传感器的一端连接,其连接点还与支撑电容的一端和支撑电容的一端连接的连接点连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述电流传感器的另一端和负载的一端连接;所述负载的另一端分别与负载的另一端和负载的另一端连接;所述滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;所述滤波电感的另一端和电流传感器的一端连接;所述电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述开关管的集电极分别与反并联二极管的负极、支撑电容的另一端、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述电流传感器的另一端分别与开关管的发射极、反并联二极管的正极、开关管的集电极和反并联二极管的负极连接;所述开关管的发射极分别与反并联二极管的正极、支撑电容的另一端、开关管的发射极和反并联二极管的正极连接;
3.根据权利要求2所述的基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,所述步骤S2中,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的公式为:
对A相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,对A相网侧电压进行旋转坐标转换的二阶变换矩阵为P矩阵,表示A相网侧电压,表示相位滞后于A相网侧电压的虚拟电压,表示A相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示A相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示A相负载电流,表示相位滞后于A相负载交流的虚拟电流,表示A相补偿电流,表示相位滞后于A相补偿电流的虚拟电流,表示电网角频率,t表示时间;
对B相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
其中,表示B相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的无功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示B相负载电流,表示相位滞后于B相负载交流的虚拟电流,表示B相补偿电流,表示相位滞后于B相补偿电流的虚拟电流;
对C相负载电流和补偿电流进行旋转坐标转换的公式分别为:
7.根据权利要求5所述的基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,所述步骤S32中,对A相负载电流的有功分量和无功分量、补偿电流的有功分量和无功分量与维持直流电压稳定的有功电流进行变换的公式分别为:
其中,表示A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在相电压参考系下的无功分量参考值,表示A相负载电流的有功分量,表示B相负载电流的有功分量,表示C相负载电流的有功分量,表示A相负载电流的无功分量,表示B相负载电流的无功分量;
所述步骤S32中,根据基尔霍夫电流定律,网侧电流有功分量参考值和无功分量参考值、负载电流的有功分量和无功分量以及补偿电流在相电压参考系下有功分量参考值和无功分量参考值满足的表达式为:
8.根据权利要求2所述的基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,所述步骤S4中,对A相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换的公式分别为:
对B相补偿电流在相电压参考系下的有功分量参考值和无功分量参考值进行交叉变换的公式分别为:
9.根据权利要求2所述的基于半桥变换器的三相电能质量补偿方法,其特征在于,所述步骤S5中,对A相进行dq解耦控制的公式为:
对B相进行dq解耦控制的公式为:
其中,表示A相调制信号的有功分量,表示B相调制信号的有功分量,表示A相调制信号的无功分量,表示B相调制信号的无功分量,表示电流环的第三控制参数,表示电流环的第四控制参数,表示A相网侧电压的有功分量,表示A相网侧电压的无功分量,S表示复频率,表示A相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的有功分量参考值,表示A相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示B相补偿电流在线电压参考系下的无功分量参考值,表示A相补偿电流的有功分量,表示B相补偿电流的有功分量,表示A相补偿电流的无功分量,表示B相补偿电流的无功分量,表示电网角频率,表示A相滤波电感,表示B相滤波电感。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011544707.0A CN112290567B (zh) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | 一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011544707.0A CN112290567B (zh) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | 一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112290567A CN112290567A (zh) | 2021-01-29 |
CN112290567B true CN112290567B (zh) | 2021-03-23 |
Family
ID=74426590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011544707.0A Active CN112290567B (zh) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | 一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112290567B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112909947B (zh) * | 2021-02-01 | 2022-11-18 | 广西水利电力职业技术学院 | 一种交直交变换器的有功均衡方法 |
CN112821400A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-18 | 广西水利电力职业技术学院 | 一种补偿不平衡谐波的复合控制方法 |
CN116582006B (zh) * | 2023-06-15 | 2024-03-12 | 西南交通大学 | 一种三相-单相多电平变换器的协调控制方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3682544B2 (ja) * | 1998-07-16 | 2005-08-10 | 株式会社日立製作所 | インバータドライブ装置によるプラント電源カ率制御方式 |
CN101699692A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-04-28 | 西安工程大学 | 一种串联型电压暂变补偿控制电路及控制方法 |
CN102185320B (zh) * | 2011-05-23 | 2013-03-13 | 浙江大学 | 一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器 |
CN109830966B (zh) * | 2017-11-23 | 2023-06-06 | 天津平高智能电气有限公司 | 三相四线制电能质量综合治理装置及其控制方法和*** |
CN108667068B (zh) * | 2018-04-19 | 2021-07-27 | 燕山大学 | 一种基于pc-qpci的lcl并网逆变器混合阻尼的实现方法 |
CN109245129B (zh) * | 2018-10-19 | 2020-11-03 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 三相不平衡治理设备的控制方法、装置和计算机设备 |
CN109494770A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-19 | 国网北京市电力公司 | 一种三相负荷不平衡智能调节装置及方法 |
CN110350547A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-10-18 | 哈尔滨理工大学 | 一种适用于不平衡负载的多电平无功补偿***及其控制方法 |
CN110957912B (zh) * | 2019-10-31 | 2022-02-15 | 东南大学 | 基于可控直流母线的分布式储能装置 |
CN111682543A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-18 | 天津大学 | 基于加权平均电流的无差拍控制的有源滤波器及控制方法 |
-
2020
- 2020-12-23 CN CN202011544707.0A patent/CN112290567B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112290567A (zh) | 2021-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112290567B (zh) | 一种基于半桥变换器的三相电能质量补偿装置及方法 | |
CN110707958B (zh) | 一种基于调制波区间划分的中点电压控制方法 | |
CN110739678B (zh) | 一种并网换流器串联虚拟阻抗的控制方法 | |
CN106026140B (zh) | 一种用于三相不平衡和无功补偿的控制装置及方法 | |
CN113224960B (zh) | 全桥型模块化多电平换流器子模块电容电压波动抑制方法 | |
CN107453395B (zh) | 级联h桥中压变流器并网电流低频谐波抑制方法 | |
CN112217225B (zh) | 直流微电网自适应虚拟阻容控制方法 | |
CN113629763B (zh) | 非理想电网下中压直挂储能变流器电流控制方法及*** | |
CN106411161A (zh) | 一种电压不平衡条件下三相pwm变换器及其优化控制方法 | |
CN104410083B (zh) | 一种svg直流侧电容中点电位平衡装置及其控制方法 | |
CN105071390B (zh) | 一种h桥三电平有源电力滤波器的控制方法及*** | |
Tan et al. | High performance controller with effective voltage balance regulation for a cascade statcom with star configuration under unbalanced conditions | |
CN107968580B (zh) | 一种单向混合型三相三电平整流器 | |
CN113765428A (zh) | 一种有源中点钳位型三电平变流器及其调控方法 | |
CN111262460B (zh) | 一种基于耦合电感的五电平整流器滑模pir控制方法 | |
CN104362759A (zh) | 一种配电网末级电能质量调控装置及调控方法 | |
CN108879718B (zh) | 单向可控整流器并联实现静止无功补偿的控制策略 | |
CN116191482A (zh) | 一种三电平电压恢复器带不平衡负载的控制***和方法 | |
CN204290329U (zh) | 一种svg直流侧电容中点电位平衡装置 | |
Zhang et al. | A novel modulation method to suppress the current zero-crossing distortion for Vienna rectifier with different control methods under unbalanced grid | |
Svensson | Grid-connected voltage source converter | |
CN111384716B (zh) | 一种基于不平衡电网的七电平静止同步补偿器 | |
CN108899906B (zh) | 一种三相四线制apf内置重复无差拍控制方法 | |
Zhiwu et al. | Research on STATCOM simulation of H bridge cascade multilevel inverter based on CPS-SPWM control | |
CN112928939A (zh) | 基于二次电压注入的i型三电平中点电位平衡控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 610031 north section of two ring road, Sichuan, Chengdu Applicant after: SOUTHWEST JIAOTONG University Address before: 611731 No.999 Xi'an Road, Xipu campus, Southwest Jiaotong University, Pidu District, Chengdu City, Sichuan Province Applicant before: SOUTHWEST JIAOTONG University |
|
CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |