一种级联H桥SVG负序补偿参数自整定方法及系统与流程

本发明涉及电力电子变换器控制参数整定，具体涉及一种通过受限负序激励取得级联h桥静止无功发生器（svg）的二倍频相链能量响应，构造二倍频能量耦合矩阵，并据此整定负序补偿及直流侧能量均衡控制参数的方法。

背景技术：

1、级联h桥静止无功发生器（svg）的每相由多个具有独立直流电容的h桥单元串联构成。三相不平衡负载或不平衡电网电压会在电网侧形成负序电流。级联h桥svg注入负序补偿电流时，正序电网电压与负序电流交互产生二倍基频功率，使三相相链之间发生周期性能量交换，并引起单元直流电压波动和相链能量分化。

2、工程上通常根据并网电感和等效电阻整定负序电流pi参数，再在现场调整序分量提取、相间均衡及补偿投入参数。这种整定方式以标称模型为基础；电网阻抗、单元电容或数字控制延时偏离标称值后，负序电流环与直流侧能量环之间的耦合程度也随之变化，原参数未必仍有足够的稳定裕度。

3、现有相间能量均衡控制多由瞬时功率关系求取零序或共模电压指令，另有控制方法针对直流电压二倍频分量设置抑制环节。上述方法解决的是运行过程中的能量分配或纹波抑制问题，并不直接给出当前装置中负序电流与相链能量之间的实测耦合关系，因而仍需另行确定负序电流环、相间能量环及补偿投入参数。

技术实现思路

1、本发明提供的整定方法能够在不改变级联h桥svg主电路结构的条件下，获得负序电流至相链能量的实际响应关系，并据此整定负序补偿比例及直流侧能量均衡控制参数。

2、本发明提供的级联h桥svg负序补偿参数自整定方法基于二倍频相链能量响应辨识实现，包括：

3、s1：根据各h桥单元直流电压计算三相相链能量，并将三相相链能量变换为二维能量不平衡矢量；

4、s2：以电网正序相角的二倍角对二维能量不平衡矢量进行同步解调，得到二倍频能量复矢量，二倍频能量复矢量的实部和虚部组成二维实响应向量；

5、s3：通过负序同步旋转坐标系的d轴和q轴上的辨识信号辨识负序d轴、q轴电流增量和二倍频能量复矢量增量，d轴、q轴电流增量组成输入矩阵，二倍频能量复矢量增量得到对应的二维实响应向量增量组成响应矩阵；

6、s4:输入矩阵和响应矩阵通过正则化最小二乘运算得到二倍频能量耦合矩阵；

7、s5：根据二倍频能量耦合矩阵整定负序补偿比例及直流侧能量均衡控制参数。

8、进一步的，负序补充比例λ经以下方式整定：

9、λ = min{1, w2,lim/(ẇ2 + ε)}

10、式中：w2,lim为允许的二倍频相链能量幅值；ẇ2为二倍频相链能量预测幅值，ẇ2 =‖k2i⁻ref‖2，k2为二倍频能量耦合矩阵，i⁻ref为负序电流参考向量；ε为与二倍频相链能量幅值同量纲的正数。

11、进一步的，直流侧能量均衡控制参数包括负序电流环目标角频率ωci,target，经以下方式整定：

12、ωci,target = ηiωci,nom

13、式中：ωci,nom为标称负序电流环目标角频率，ηi为负序电流环带宽修正系数，经以下方式确定：

14、ηi = clip[1/(1 + a1g + a2q + a3 ln κ), ηi,min, 1]

15、式中：κ为二倍频能量耦合矩阵的条件数，a1、a2、a3为正数，g为根据二倍频能量耦合矩阵的最大奇异值计算得到的归一化耦合增益指标，q为实测响应矩阵与二倍频能量耦合矩阵预测响应之间的偏差计算得到的归一化辨识残差指标，分别经以下方式确定：

16、g = σmax(k2)/g0, q = ek/e0

17、式中：σmax(k2)为二倍频能量耦合矩阵的最大奇异值，g0为预设的耦合增益基准值，ek为二倍频能量耦合矩阵的归一化残差，e0为预设的残差基准值。

18、进一步的，直流侧能量均衡控制参数包括相间能量环目标角频率ωce,target；相间能量环目标角频率ωce,target经以下方式整定：

19、ωce,target = min(ρωci,target, ωce,max)

20、式中：ρ为带宽分离系数，ωci,target为负序电流环目标角频率，ωce,max为相间能量环允许最大目标角频率。

21、进一步的，ρ取值范围为0＜ρ＜1。

22、进一步的，在验证窗口内计算负序电流衰减比和二倍频能量复矢量衰减比；任一衰减比超过对应阈值，或者发生电流、单元直流电压或调制越界时，撤回本次参数，并降低负序电流环目标角频率、相间能量环目标角频率或负序补偿比例。

23、进一步的，三相相链能量经以下方式计算：

24、wx(t) = σⱼ=1ᴺ ½cxⱼu²dc,xj(t)

25、式中：x为a、b或c，分别表示a相、b相和c相；n为每相级联h桥单元数，cxⱼ为x相第j个单元的直流电容，udc,xj为对应单元直流电压；二维能量不平衡矢量由wα = (2wa − wb −wc)/3和wβ = (wb − wc)/√3构成，其中wa、wb和wc分别为a相、b相和c相的相链能量。

26、进一步的，辨识期间监测峰值电流、调制比和各h桥单元直流电压，任一监测量达到停止阈值时撤除辨识信号。

27、进一步的，负序d轴辨识和负序q轴辨识分别包括基线窗口、激励窗口和恢复窗口；基线窗口用于估计二倍频能量复矢量的噪声，激励窗口用于计算响应增量，恢复窗口用于判断各h桥单元直流电压是否返回允许范围。

28、本发明还提供了一种级联h桥svg负序补偿参数自整定系统，包括相链能量计算模块、受限辨识信号生成模块、二倍频能量响应提取模块、二倍频能量耦合矩阵计算模块、参数整定模块；所述各模块被配置为执行本发明所提供的方法

29、本发明的有益效果包括：

30、（1）本方法采用同一二倍频能量耦合矩阵整定负序补偿比例及直流侧能量均衡控制，使各参数受同一相链能量约束协调变化，减少参数分别整定造成的相互冲突，并减少重复辨识和现场调试次数。

31、（2）负序补偿比例、负序电流环带宽和相间能量环带宽均由同一二倍频能量耦合矩阵导出，可以使三个参数受同一能量约束：耦合增强时同时收紧补偿比例并降低相关控制环带宽，耦合较弱且辨识质量合格时保留较高补偿能力。由此避免三个参数分别整定后相互冲突。

32、（3）级联h桥每相由多个具有独立直流电容的功率单元串联构成。单一单元直流电压除受整相能量变化影响外，还会受该单元电容偏差、开关纹波、调制分配和单元均压动作影响，不能完整代表整相能量状态。本方法的辨识量取自装置的相链储能，可以保留各单元实际储能的贡献，并降低单一单元局部纹波或参数差异对辨识结果的影响。三相相链能量进一步变换为二维能量不平衡矢量后，辨识量与相间能量交换关系直接对应，更适合作为负序补偿和相间能量均衡参数的整定依据。采用三相相链能量以整相能量状态作为辨识量，降低单一单元局部纹波、电容偏差及均压动作对辨识结果的影响，使辨识结果能够反映负序电流引起的相间能量交换。

33、（4）本方法通过正交辨识分别给出负序d轴、q轴电流变化对应的二维实响应，并形成输入、响应矩阵的耦合辨识关系，实现了负序电流与相链能量之间的实测耦合关系，能够直接得出包括负序电流环目标角频率ωci,target、相间能量环目标角频率ωce,target在内的直流侧能量均衡控制参数，无需额外另行再整定，提高了整定速率及响应速率。

34、（5）辨识信号会在负序电流给定上引入短时增量，参数投入也会改变闭环动态。若峰值电流、单元直流电压或调制比达到停止阈值，继续施加辨识信号可能扩大过流、过压或调制饱和程度，并使所得响应进入非线性区，失去作为参数辨识依据的意义。越界时撤除辨识信号，可立即停止附加激励；参数验证阶段恢复原参数，可使控制器返回已经验证的稳定基准状态。两项措施共同限制辨识和试投参数造成的暂态偏移，防止风险继续累积，同时避免将越界条件下的失真数据用于参数更新。

35、本方法在辨识和参数投入期间监测峰值电流、单元直流电压及调制比；任一监测量达到停止阈值时撤除辨识信号或恢复原参数，以停止附加能量注入，使控制器返回已验证的基准状态，并避免采用饱和或越界条件下的失真响应更新参数。

36、（6）仅检查负序电流衰减，可能把“电网侧电流改善但直流侧能量波动加重”的参数组合误判为有效。例如，提高负序电流环带宽或补偿比例可能加快负序电流衰减，同时增大相链二倍频能量响应，使部分单元直流电压波动增加。

37、同时检查负序电流衰减比和二倍频能量衰减比，可以从电网侧补偿效果和直流侧能量状态两个方面验证参数。任一指标不满足要求即撤回或降档，可排除只改善一个控制目标而恶化另一个控制目标的参数组合。

38、本方法在参数投入后同时校验负序电流衰减比和二倍频相链能量衰减比，排除仅改善负序电流而加重直流侧能量波动的参数组合，使保留的参数同时满足电流补偿和直流侧能量约束。