一种两桥臂潮流调节器及其控制策略的制作方法

本发明涉及一种两桥臂潮流调节器及其控制策略，属于电能质量治理领域。

背景技术：

1、随着低压配电网台区负荷差异化、分布式电源渗透率持续提升，台区间潮流分布不均、电压偏移、功率互济能力弱等问题愈发突出，传统台区互联调控手段难以适配现代配电网柔性运行需求，台区供电均衡性与运行经济性受限。

2、为实现台区间功率均衡与潮流优化，传统方案多采用分立电能治理设备与潮流调节装置配合运行，或采用单一两电平变流器拓扑开展调控。此类传统设备功能单一、硬件架构零散，需依靠多类装置协同工作才可兼顾母线稳压、无功补偿与潮流调控需求，存在设备冗余度高、占地面积大、建设成本高、器件运行损耗大等诸多问题，且多设备独立调控易出现控制时序不匹配、调控目标相互耦合冲突的情况，难以实现分层、精准、稳定的电网调控。

3、传统台区互联变流器多采用单闭环或开环控制策略，缺乏完善的电压外环稳压与中点电位均衡校正机制，在负荷波动、电网扰动等复杂工况下，直流母线电压易出现持续漂移与大幅波动，无法为潮流调控提供稳定的工作基础。传统三电平拓扑应用过程中普遍存在中点电位失衡问题，易造成器件应力不均、输出波形畸变、谐波含量升高等问题，严重降低台区电能质量与装置运行稳定性。

4、此外，传统潮流调控策略未建立功率-电流双闭环解耦控制架构，多采用简易比例调节方式，无法实现有功、无功潮流的独立精准调控，两类功率调节相互耦合干扰，动态响应滞后、稳态调控误差大。同时传统控制方式缺失电容电压前馈补偿环节，串联支路扰动无法有效抵消，进一步降低潮流跟踪精度与动态响应速度，难以实现台区间双向、平滑、连续的潮流互济调控，无法有效解决台区峰谷负荷不均、线路损耗过高、潮流分布不合理等实际问题。

5、综上所述，如何简化潮流调节器拓扑结构、降低设备损耗与成本，提升直流母线稳压精度与系统运行稳定性，实现台区双向潮流精准解耦调控，是当前低压配电网台区柔性互联领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种两桥臂潮流调节器及其控制策略，旨在解决传统台区互联装置拓扑冗余、稳压差、潮流调控精度低、适配不平衡的问题。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种两桥臂潮流调节器的控制策略包括：

3、获取电网1的电网电压与相位；对并联侧直流母线的实际电压与电压给定值作差，通过pi控制器得到并联侧的d轴给定电流；计算并联侧的q轴给定电流；处理并联侧对应的实际补偿电流，得到并联侧d轴与q轴的实际电流；在并联侧，对并联侧在d轴与q轴的给定电流与实际电流作差并叠加并联侧的电网电压前馈与直流母线中点电位平衡修正量，经过反park变换，得到台区1对应的并联侧调制波；处理并联侧调制波，输出控制并联侧功率器件的驱动信号；

4、获取有功功率与无功功率的给定值，获取串联侧的实际反馈电流以及电网2的电网电压，计算串联侧的实际有功功率与实际无功功率；计算有功功率与有功功率偏差，通过pi控制器，得到串联侧的d轴与q轴的电流给定值；处理串联侧的实际反馈电流，得到串联侧反馈电流的正交分量；以电网1的相位为基准，对串联侧反馈电流的正交分量进行坐标变换，得到串联侧d轴与q轴的实际电流；计算并联侧的电流偏差，输入pi控制器并叠加串联侧电压前馈补偿量，得到串联侧调制波；处理串联侧调制波，输出控制串联侧功率器件的驱动信号；

5、获取并联侧电与串联侧两侧的电网参数，判断台区1与台区2是否满足同期条件；若满足，则发出合闸指令，闭合台区1与台区2之间的台区联络断路器；若不满足，则重新调整串联补偿电容输出的电压与相位。

6、进一步地，生成并联侧调制波的步骤如下：

7、获取电网1对应的电网电压，生成并联侧端口的调制波；

8、通过sogi得到对应α轴与β轴的电压分量与；

9、通过pll锁相环，得到电网1的相位；

10、获取直流母线的实际电压，获取直流母线的电压给定值，计算并联侧的电压差，通过pi控制器得到d轴电流的给定值；

11、获取电网1对应无功功率的给定值，计算q轴电流的给定值；

12、获取电网1对应的实际补偿电流，通过sogi，得到的α轴与β轴的电流分量与；

13、以相位为基准，对与进行park变换，得到d轴与q轴的实际电流与；

14、计算与以及与的差值，得到并联侧有功电流偏差与无功电流偏差，将与输入pi控制器，得到并联侧对应d轴与q轴的调节电压与；

15、在与的基础上叠加电网电压前馈分量与直流母线中点的电位平衡修正量，得到d轴与q轴的总调节电压与。

16、进一步地，生成并联侧调制波的后续步骤如下：

17、对与进行反park变换，得到并联侧的调制波；

18、根据电网1的并联侧调制波，生成两路载波信号，得到上载波与下载波；

19、对并联侧调制波进行标幺化，逐点比较调制波与上、下载波的瞬时值大小，确定功率开关管q1、q2、q3、q4的开关状态：

20、当调制波＞上载波，端口a1输出正电平，q1与q2导通，q3与q4断开；

21、当下载波＜调制波＜上载波，端口a1输出零电平，q2与q3导通，q1与q4断开；

22、当调制波＜下载波，端口a1输出负电平，q3与q4导通，q1与q2断开；

23、当调制波与上、下载波的瞬时值相等，输出零电平；

24、在调制波的瞬时值与上载波的瞬时值发生边界穿越时，插入死区；

25、根据并联侧的调制波与上、下载波的比较结果，生成控制a相并联侧功率开关管的pwm脉冲序列。

26、进一步地，电网电压前馈分量与直流母线中点的电位平衡修正量的计算步骤如下：

27、计算电网电压前馈：

28、以相位为基准，对与进行park变换，得到d轴与q轴的电网电压前馈分量与；

29、计算直流母线中点的电位平衡修正量：

30、获取上直流电压，下直流电压，计算直流电压偏差；

31、将输入pi控制器，得到直流母线中点电位平衡修正量。

32、进一步地，插入死区的具体步骤如下：

33、工况11：正电平→零电平，电平状态切换前：q1导通，q2导通，q3断开，q4断开；

34、q3插入死区，电平状态切换后：q1断开，q2导通，q3导通，q4断开；

35、工况12：零电平→正电平，电平状态切换前：q1断开，q2导通，q3导通，q4断开；

36、q1插入死区，电平状态切换后：q1导通，q2导通，q3断开，q4断开；

37、在调制波的瞬时值与下载波的瞬时值发生边界穿越时，插入死区；

38、工况21：零电平→负电平，电平状态切换前：q1断开，q2导通，q3导通，q4断开；

39、q4插入死区，电平状态切换后：q1断开，q2断开，q3导通，q4导通；

40、工况22：负电平→零电平，电平状态切换前：q1断开，q2断开，q3导通，q4导通；

41、q2插入死区，电平状态切换后：q1断开，q2导通，q3导通，q4断开。

42、进一步地，生成串联侧调制波的步骤如下：

43、获取电网2的电网电压，生成串联侧端口的调制波；

44、通过sogi得到的α轴与β轴电压分量与；

45、获取电网2对应串联滤波电感的实际电流，通过sogi得到的α轴与β轴电流分量与；

46、计算电网2的实际有功功率与实际无功功率；

47、获取电网2对应有功功率的给定值与无功功率的给定值；

48、计算串联侧的有功功率偏差与无功功率偏差；

49、将与输入pi控制器，得到串联侧的d轴电流给定值与q轴电流给定值；

50、获取电网1的相位，以相位为基准，对电流与进行park变换，得到串联侧的实际d轴电流与实际q轴电流；

51、计算串联侧电压前馈：

52、获取串联侧滤波电容两端的电压，使用sogi二阶广义积分器处理电压，得到α轴与β轴的电压分量与；

53、以相位为基准，对与进行park变换，得到串联侧d轴与q轴的电压前馈分量与；

54、计算串联侧有功电流偏差与无功电流的偏差，将与输入pi控制器，得到串联侧对应d轴与q轴的调节电压与；

55、在与的基础上叠加串联侧电压前馈，得到串联侧d轴与q轴的总调节电压与；

56、对与进行反park变换，得到串联侧的调制波。

57、进一步地，生成串联侧调制波的后续步骤如下：

58、根据串联侧调制波，生成载波；

59、对串联侧调制波进行标幺化，逐点比较串联侧调制波与载波的瞬时值大小，确定功率开关管q5与q6的开关状态：

60、当调制波＞载波，端口a2输出正电平，q5导通，q6断开；

61、当调制波＜载波，端口a2输出负电平，q5断开，q6导通；

62、当调制波与载波相等，则输出负电平；

63、设置死区，在调制波的瞬时值与载波的瞬时值发生边界穿越时，在串联侧插入死区；

64、根据串联侧的调制波与载波的比较结果，生成控制串联侧两功率开关管的pwm脉冲序列。

65、进一步地，在串联侧插入死区的步骤如下：

66、工况a：正电平→负电平，电平状态切换前：q5导通，q6断开；

67、q6插入死区，电平状态切换后：q5断开，q6导通；

68、工况b：负电平→正电平，电平状态切换前：q5断开，q6导通；

69、q5插入死区，电平状态切换后：q5导通，q6断开。

70、进一步地，重新调整串联补偿电容输出的电压与相位的步骤如下：

71、分别获取台区1与台区2各相对应的电网电压，计算两台区各相的电压幅值差与相位差；

72、将幅值差与相位差与预设的同期阈值进行对比：

73、情形一：若全部的幅值差与相位差都不超过同期阈值，则说明台区1与台区2满足同期条件，发出合闸指令，闭合台区1与台区2之间的台区联络断路器，完成两个台区的柔性合环；

74、情形二：若不满足情形一，则根据两台区的电压偏差计算新功率给定；

75、将电网1的电网电压转化为d轴与q轴电压分量与；

76、以电网1的相位为基准，将电网2的电网电压转化到电网1对应的两相旋转坐标系，得到与；

77、计算两台区的d轴与q轴电压偏差与；

78、分别将与输入pi控制器，得到新有功功率给定与新无功功率给定；

79、使用与替换串联侧原有的有功与无功功率给定，重新调整电网2中对应串联补偿电容输出的电压与相位。

80、一种两桥臂潮流调节器包括：

81、并联侧桥臂与串联侧桥臂；

82、并联侧桥臂包括：功率开关管q1、q2、q3、q4，钳位管da1、da2，共用直流母线电容cbus1、cbus2，交流输出端口a1，并联侧滤波电感lf1；

83、功率开关管q1、q2、q3、q4自上而下依次串联，q1的集电极接直流正母线，q2的发射极引出并联侧桥臂的交流输出端口a1；

84、da1的阴极接交流输出端口a1上方，阳极接直流中点o；

85、da2的阳极接交流输出端口a1下方，阴极接直流中点o；

86、并联侧滤波电感lf1的一端接端口a1，另一端接电网相线l；

87、串联侧桥臂包括：

88、功率开关管q5与q6，共用直流母线电容cbus1、cbus2，交流输出节点为a2，串联侧滤波电感lf2、串联侧滤波电容cf1。

89、cbus1的上端接直流正母线，下端接cbus2的上端，cbus2的下端接直流负母线；

90、q5作上管，q6作下管，q5的集电极接直流正母线，q6的发射极接直流负母线；q5的发射极与q6的集电极相连，引出串联侧桥臂的交流输出端口a2；

91、并联侧桥臂并联接入电网1，串联侧桥臂、串联侧滤波电感lf2与串联侧滤波电容cf1整体串联接在电网1与电网2之间。

92、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

93、采用并联三电平与串联两电平的复合拓扑，集成度高、损耗低：

94、本发明采用并联侧i-npc三电平桥臂与串联侧两电平半桥桥臂的复合两桥臂拓扑结构，突破了单一变流器仅能实现并网补偿或单一潮流调节的功能局限，本装置同时具备直流母线稳压、电网无功补偿、台区双向潮流调控多重功能，大幅提升装置集成度与设备利用率，有效精简设备硬件架构，降低设备体积、制造成本与运行功耗，适配配电网台区轻量化、低成本、多功能的改造需求。

95、并联侧双闭环控制，实现直流母线稳压与中点电位自均衡，稳定性强：

96、本发明中的步骤s1构建了电压外环、电流内环的双闭环解耦控制体系，同时叠加中点电位平衡修正策略，从控制层面彻底解决了传统互联变流器直流母线电压波动、中点电位偏移、输出电流畸变的技术缺陷；电压外环通过采集直流母线实时电压，与给定电压做差值运算，经pi调节生成有功电流参考指令，通过动态调节电网与装置间的有功功率吞吐，实现直流母线电压的高精度恒定控制；电流内环以电网锁相相位为基准完成坐标解耦，快速跟踪电流参考指令，抑制采样噪声与开关谐波带来的电流扰动，保证并网输出电流波形正弦度；整套闭环控制策略抗干扰能力强，可适配台区负荷频繁波动、电网电压扰动等工况，保障整套装置的长期可靠运行。

97、串联侧功率-电流双闭环精准调控，实现台区双向潮流互济：

98、本发明中的步骤s2针对台区间的潮流调节需求，设计功率外环、电流内环双层闭环控制策略，可精准实现台区1与台区2之间有功、无功功率的双向独立调控；功率外环以上层调度功率给定与实时实测功率的偏差为调节依据，将功率偏差量精准转化为d、q轴电流参考指令，实现有功潮流与无功潮流的解耦控制，避免有功、无功调节相互耦合干扰；电流内环结合串联电容电压前馈补偿策略，有效抵消串联支路电容反电动势带来的扰动影响，提升电流跟踪精度与动态响应速度，降低稳态调节误差；该控制策略可适配台区负荷不均衡、功率倒送、无功缺额等工况，优化配电网潮流分布，提升台区供电的经济性。