一种不平衡负荷下的柔性多状态开关补偿方法与流程

本发明具体涉及一种不平衡负荷下的柔性多状态开关补偿方法。

背景技术：

1、随着分布式能源和单相负荷在低压配电网中的广泛接入，馈线三相不平衡问题愈发突出，给配网运行带来诸多不利影响。柔性多状态开关（flexible multi-state switch，fmss）依托电力电子变流器的快速调控能力，不仅能够实现馈线间潮流柔性调节，还可对系统不平衡电流开展补偿，为解决上述三相不平衡问题提供了有效技术手段。

2、但现有不平衡补偿方法多侧重于交流侧负序电流抑制，通常未充分处理补偿过程中由瞬时功率不平衡传递至直流侧所引起的二倍频脉动功率。二此种将二倍频脉动功率直接作用于直流母线，将直接导致直流母线电压产生二倍频纹波，影响直流电容寿命和柔性多状态开关稳定运行。因此，本技术提出一种不平衡负荷下的柔性多状态开关补偿方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、发明目的：提供一种不平衡负荷下的柔性多状态开关补偿方法，解决了现有技术存在的上述问题。

2、技术方案：一种不平衡负荷下的柔性多状态开关补偿方法，包括以下步骤：

3、步骤1、采集柔性多状态开关端口处的三相负荷电压、三相负荷电流、三相线路电流、直流母线电压、变流器输出的有功功率和无功功率，将三相负荷电压和三相负荷电流变换至坐标系，并利用双二阶广义积分器对其处理后分别得到正序分量、负序分量和零序分量；

4、步骤2、获取正序分量搭建dsogi-pll锁相环，得到电压相位角；

5、步骤3、依据电压相位角，将正序分量变换至正序旋转坐标系中，将负序分量变换至负序旋转坐标系中；

6、步骤4、以负序分量作为不平衡补偿电流参考量，分别进行正、负序双电流内环前馈解耦控制，基于外环pi控制器获得直流电流参考值；

7、步骤5、获取负序旋转坐标系下的电流参考值作为补偿量，做双电流内环前馈解耦控制，生成柔性多状态开关交流侧调制参考电压；

8、步骤6、提取直流母线电压偏差中的二倍频纹波分量，基于功率公式将二倍频波纹分量换算为二倍频脉动功率，并对二倍频脉动功率进行缓存；

9、步骤7：采集buck型有源功率解耦电路apd的电容实际电压和电容参考电压作差，得到电容电压偏差，根据电容电压偏差生成直流电流参考值，二倍频纹波分量生成交流补偿电流参考值，将直流电流参考值与交流补偿电流参考值叠加得到buck型有源功率解耦电路apd电感电流参考值，并根据电感电流参考值生成pwm驱动信号，驱动buck型有源功率解耦电路apd吸收或释放二倍频脉动功率。

10、优选的，步骤1中，得到正序分量和负序分量的过程如下：

11、步骤1.1、采用clark变换将三相负荷电压和三相负荷电流变换至静止坐标系中；

12、步骤1.2、利用双二阶广义积分器将静止坐标系下三相负荷电压分解为正序电压分量、负序电压分量和零序电压分量；

13、步骤1.3、利用双二阶广义积分器将三相负荷电流分解为正序电流分量、负序电流分量和零序电流分量。

14、优选的，正序分量变换至正序旋转坐标系中的变换公式如下：

15、；

16、式中，表示电压相位角，表示park变换矩阵，表示park逆变换矩阵；

17、负序分量变换至负序旋转坐标系的变换公式如下：

18、。

19、优选的，步骤2中，电压相位角的计算过程如下：

20、获取步骤1中的正序电压分量、负序电压分量，经park变换转换至同步旋转坐标系下，得到正序轴和轴电压分量、，变换公式如下：

21、

22、式中：、分别表示两相静止坐标系下的正序负荷电压轴和轴分量，表示电压相位角；

23、以正序轴电压分量作为鉴相误差信号，输入pi控制器进行闭环调节计算，得到角频率偏差量：

24、

25、式中：表示锁相环pi控制器的比例调节参数，表示锁相环pi控制器的积分调节参数，表示拉普拉斯变换算子；

26、将角频率偏差量与电网额定谐振角频率叠加，再经积分环节计算得到电压相位角：

27、

28、式中：表示谐振角频率，表示时间微元；

29、在计算得到的电压相位角后，反馈至park变换环节构成闭环锁相，并输出作为后续正、负序坐标变换的基准相位。

30、优选的，步骤4中负序分量作为不平衡补偿电流参考量，对电流内环交叉耦合项进行前馈解耦控制的过程如下：

31、步骤4.1、获得相位角，利用双二阶广义积分器分离得到的正序电压分量作为同步旋转坐标系锁相环输入，以抑制三相不平衡引起的相位二倍频波动；

32、步骤4.2、提取直流母线电压、有功功率和无功功率的实际值与参考值，经外环pi控制器生成正序d轴电流参考值和正序q轴电流参考值；

33、步骤4.3、基于dsogi-pll锁相环输入的正序电压分量，得到准确的正负序坐标变换及电流内环控制的相位；

34、步骤4.4、将dsogi分离得到的负荷电流负序分量作为不平衡补偿电流参考量，在正序旋转坐标系和负序旋转坐标系下，分别建立正、负序双电流内环控制模型，并对电流内环交叉耦合项进行前馈解耦补偿；

35、步骤4.5、提取负荷电流中的负序分量作为不平衡补偿电流参考量，利用内环前馈解耦抵消固有耦合。

36、优选的，步骤5中得到调制参考电压的过程如下：

37、步骤5.1、获取负序旋转坐标系下的电流参考值作为补偿量变换至正序旋转坐标系下，得到变换电流参考值，其中坐标系变换矩阵公式如下：

38、；

39、式中：表示负序旋转坐标系变换至正序旋转坐标系的坐标变换矩阵，表示电压相位角；

40、步骤5.2、获取变换电流参考值与正序控制量叠加，得到柔性多状态开关交流侧调制参考电压；

41、步骤5.3、将柔性多状态开关交流侧调制参考电压输入调制环节，负序补偿电流。

42、优选的，步骤7中，buck型有源功率解耦电路apd吸收或释放二倍频脉动功率的过程如下：

43、步骤7.1、buck型有源功率解耦电路apd中包括解耦电感、解耦电容和开关管，其中，解耦电感与解耦电容串联，解耦电容的电压低于直流母线电压，降低开关管电压应力；

44、步骤7.2、基于解耦电容电压与缓存的二倍频脉动功率，计算得到二倍频功率及四倍频分量；

45、步骤7.3、当buck型有源功率解耦电路apd生成的二倍频功率与交流侧传递至直流侧的二倍频脉动功率幅值相等、相位相反时，可实现对直流母线二倍频纹波抑制。

46、优选的，二倍频功率及四倍频分量的计算过程如下：

47、首先，预设解耦电容电流与解耦电感电流相等，即公式如下：

48、；

49、式中：表示解耦电容电流，表示解耦电感电流，表示buck型有源功率解耦电路apd电流幅值，表示解耦电容电流相位；

50、基于解耦电容电压由交流分量和直流偏置分量组成，即解耦电容电压的计算公式如下：

51、；

52、式中：表示解耦电容实际瞬时电压，表示解耦电容的电容值，表示微分算子，表示时间，表示解耦电容直流偏置电压分量，表示电网角频率，表示apd电路电流幅值，表示解耦电容电流；

53、基于buck型有源功率解耦电路apd中缓存功率有电容功率和电感功率组成，即缓存功率的计算公式如下：

54、；

55、式中，表示buck型有源功率解耦电路apd总缓存瞬时功率，表示解耦电容吸收或释放的瞬时功率，表示解耦电感吸收或释放的瞬时功率，表示解耦电容实际瞬时电压，表示解耦电容电流，表示解耦电感瞬时电压，表示解耦电感电流，即可得到：

56、；

57、其中，二倍频功率计算公式以及伴随产生的四倍频分量计算公式如下：

58、二倍频功率分量计算公式如下：

59、；

60、式中：表示二倍频功率分量，表示buck型有源功率解耦电路apd中解耦储能电容的两端电压，表示buck型有源功率解耦电路apd电流幅值，表示电网基波角频率，表示时间，表示电压相位角；

61、四倍频分量计算公式如下：

62、；

63、式中：表示四倍频功率分量，表示解耦电感，表示buck型有源功率解耦电路apd电流幅值，表示时间，表示电压相位角；

64、buck型有源功率解耦电路apd总缓存功率即为二倍频功率与四倍频分量之和：。

65、有益效果：本发明涉及一种不平衡负荷下的柔性多状态开关补偿方法，采用dsogi对不平衡电压、电流进行正、负序分量分离，能够在三相不平衡工况下准确获得负荷电流负序分量，避免传统直接检测方法在电压畸变或不平衡条件下提取精度不足的问题；

66、基于正序电压分量的dsogi-pll锁相方法，能够削弱负序电压对锁相环的影响，提高电网同步相位角提取精度，为正、负序双坐标系下的不平衡补偿控制提供稳定相位基准并配合正、负序双电流内环控制方法，将负荷电流负序分量作为补偿参考量，使柔性多状态开关端口主动注入负序补偿电流，从而使馈线侧三相电流趋于平衡，并改善三相有功功率和无功功率分配不均衡问题。

67、在柔性多状态开关直流端口引入buck型有源功率解耦电路apd，对不平衡补偿过程中产生的直流侧二倍频脉动功率进行缓存，避免二倍频脉动功率直接作用于直流母线电容，从而降低直流母线二倍频电压纹波。

68、将交流侧不平衡补偿控制与直流侧二倍频纹波抑制控制相结合，能够在改善配电网馈线三相不平衡的同时提高柔性多状态开关直流侧电压稳定性，增强柔性多状态开关在不平衡负荷工况下的运行可靠性和电能质量治理能力。