用于台区电能质量治理的电力电子变压器控制方法及系统与流程

1.本发明属于电能质量控制方法领域，具体涉及一种用于台区电能质量治理的电力电子变压器控制方法。


背景技术：

2.含分布式电源的低压配电台区电能质量治理措施主要包括配电台区被动治理与分布式电源主动治理两类。传统电网中，同步发电机一般不具备实现电能质量治理的条件，因此只能利用电力滤波器、配电网同步补偿器等专门的电能质量治理装置对配电网电能质量进行被动治理。按照所治理电能质量问题的不同，可将配电网被动治理分为电压被动治理和谐波被动治理两类。电压水平主要取决于系统中的无功功率平衡，因此在实际情况中，通过无功补偿可有效抑制系统电压波动。常见的谐波治理装置包括无源电力滤波器和有源电力滤波器两类。
3.在低压配电台区中，随着分布式电源的渗透率不断提高，电力电子变压器往往无法工作在额定输出工况下，因分布式电源接入配电台区，容易引起的电压波动、电力谐波注入以及三相不平衡等电能质量问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于台区电能质量治理的电力电子变压器控制方法及系统，以解决现有技术中，电力电子变压器往往无法工作在额定输出工况下的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种用于台区电能质量治理的电力电子变压器控制方法，包括如下步骤：
7.对pcc点电压u
gabc
、本地负载电流i
labc
以及电力电子变压器输出电流i
2abc
进行采样；
8.所述本地负载电流i
labc
经补偿电流生成环节输出参考电流的补偿电流分量；
9.将所述pcc点电压u
gabc
经锁相环作用，得到派克变换所需的θ角；并网功率跟踪电流的基波正序有功分量i
dref
和基波正序无功分量i
qref
经过反派克变换得到的输出与所述补偿电流分量相加，得到电力电子变压器的输出电流在两相静止坐标系下的参考电流i
αβref
；
10.将所述参考电流i
αβref
输入电流控制器中，所述电力电子变压器输出电流i
2abc
作为控制反馈量经过派克变换后，在电流控制器的跟踪作用下输出控制信号i
αβout
，随后在pwm产生环节的进一步作用下输出电力电子变压器内igbt的驱动信号，构成控制闭环。
11.进一步的，所述补偿电流分量的计算方法如下：
12.本地负载电流i
labc
经派克变换得到i
ld
和i
lq
分别送入低通滤波器，得到直流分量i
ldf
和i
lqf
；
13.将i
ld
和i
lq
分别与直流分量i
ldf
和i
lqf
作差，得到两相同步旋转坐标系下负载电流中的交流分量i
ldh
和i
lqh
；
14.将交流分量i
ldh
和i
lqh
通过反派克变换转换成两相静止坐标系下的分量i
lαh
和i
lβh
，
得到参考电流的补偿电流分量。
15.进一步的，并网功率跟踪电流的基波正序有功分量i
dref
和基波正序无功分量i
qref
通过反派克变换转换成两相静止坐标系下的分量i
αqref
和i
βdref
，分量i
αqref
与分量i
lαh
相加，分量i
βdref
与分量i
lβh
相加，得到两相静止坐标系下的参考电流分量i
αref
和i
βref
。
16.进一步的，所述电力电子变压器为三相三线制电力电子逆变器。
17.进一步的，所述三相三线制电力电子逆变器的逆变电路由六个绝缘栅双极型晶体管s1～s6构成，经过一个lcl型滤波器连接到pcc点，最后接入配电网；在pcc点并联有本地负载。
18.进一步的，所述lcl型滤波器三相对称，包括逆变侧电感l1、网侧电感l2以及滤波电容c；所述逆变侧电感l1、网侧电感l2串联在电力电子变压器和配电网之间；所述滤波电容c与网侧电感l2并联。
19.进一步的，所述滤波电容c的并联电容支路上串联阻尼电阻r。
20.进一步的，本地负载电流i
labc
的表达式如下：
[0021][0022]
式中，和分别为第n次谐波电流正序分量的有效值和初相位；和分别为第n次谐波电流负序分量的有效值和初相位。
[0023]
进一步的，对本地负载电流i
labc
的表达式进行派克变换得：
[0024][0025]
式中，θ0为初始时刻d轴与a相轴线的夹角，三相负载电流经派克变换后，只有基波正序分量转换成直流量，利用低通滤波器提取出三相负载中的基波正序分量，进而得到剩余的谐波及负序分量。
[0026]
本发明实施例的另一方面，提供了一种用于所述电力电子变压器控制方法的系统，包括：
[0027]
采样模块，用于对pcc点电压u
gabc
、本地负载电流i
labc
以及电力电子变压器输出电流i
2abc
进行采样；
[0028]
补偿电流分量模块，用于所述本地负载电流i
labc
经补偿电流生成环节输出参考电流的补偿电流分量；
[0029]
参考电流模块，用于将所述pcc点电压u
gabc
经锁相环作用，得到派克变换所需的θ
角；并网功率跟踪电流的基波正序有功分量i
dref
和基波正序无功分量i
qref
经过反派克变换得到的输出与所述补偿电流分量相加，得到电力电子变压器的输出电流在两相静止坐标系下的参考电流i
αβref
；
[0030]
驱动信号模块，用于将所述参考电流i
αβref
输入电流控制器中，所述电力电子变压器输出电流i
2abc
作为控制反馈量经过派克变换后，在电流控制器的跟踪作用下输出控制信号i
αβout
，随后在pwm产生环节的进一步作用下输出电力电子变压器内igbt的驱动信号。
[0031]
本发明的有益效果如下：
[0032]
1、本发明实施例提供的电力电子变压器控制方法，在基本并网功能的基础上复合了电能质量治理功能，其参考电流不仅包括基波正序有功分量，还包括各种谐波、无功以及不平衡分量。能够有效降低台区控制复杂度和电能质量治理成本，提升设备利用率，保障台区电能质量和安全稳定运行。
[0033]
2、因为分布式电源所用电力电子变压器的拓扑结构与有源电力滤波器等电能质量装置的拓扑结构基本相同，因此，本发明实施例提供的电力电子变压器控制方法利用电力电子变压器的剩余容量对接入配电网的电能质量进行主动治理。提高台区电力电子变压器的利用率，有效降低台区控制复杂度和电能质量治理成本。
附图说明
[0034]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0035]
图1为本发明实施例中电力电子变压器与配电网的连接拓扑图。
[0036]
图2为本发明实施例电力电子变压器控制方法示意图。
[0037]
图3为本发明实施例中参考电流生成算法示意图。
具体实施方式
[0038]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0040]
本发明实施例的一方面提出了一种用于台区电能质量治理的电力电子变压器控制方法，在基本并网功能的基础上复合了电能质量治理功能。使电力电子变压器能够在传输有功功率的同时实现对谐波、无功及不平衡分量的快速精确补偿，从而有效提升配电网的电能质量。
[0041]
本实施例中，为了能够在传输有功功率的同时，实现电能质量治理。本发明提出无差地跟踪输出负载电流i
labc
中的谐波、无功及不平衡分量的方案，使得入网电流i
gabc
中将只包含基波正序有功分量。在控制电力电子变压器的过程中，输出电流的参考值包含两部分：并网功率跟踪电流的基波正序有功分量与补偿电流。其中，补偿电流等于负载电流中的谐波、无功及不平衡分量之和。由此可在图1所示主电路拓扑的基础上，给出多功能并网逆变
器的控制策略如图2所示。具体的控制方式如下：
[0042]
如图2和3所示，一种用于台区电能质量治理的电力电子变压器控制方法，包括如下步骤：
[0043]
s1、对pcc点电压u
gabc
、本地负载电流i
labc
以及电力电子变压器输出电流i
2abc
进行采样；
[0044]
电力电子变压器输出电流i
2abc
、本地负载电流i
labc
和入网电流i
gabc
满足基尔霍夫电流定律：
[0045]
i
2abc
＝i
labc
i
gabc
[0046]
s2、本地负载电流i
labc
经补偿电流生成环节输出参考电流的补偿电流分量；
[0047]
如图3所示，补偿电流分量的计算方法具体如下：
[0048]
1)本地负载电流i
labc
经派克变换得到i
ld
和i
lq
分别送入低通滤波器，得到直流分量i
ldf
和i
lqf
。本地负载电流i
labc
的表达式如下：
[0049][0050]
式中，和分别为第n次谐波电流正序分量的有效值和初相位；和分别为第n次谐波电流负序分量的有效值和初相位。
[0051]
对本地负载电流i
labc
的表达式进行派克变换得：
[0052][0053]
式中，θ0为初始时刻d轴与a相轴线的夹角，三相负载电流经派克变换后，只有基波正序分量转换成直流量，利用低通滤波器提取出三相负载中的基波正序分量，进而得到剩余的谐波及负序分量。
[0054]
在一个工频周期内对派克变换的结果式进行积分，所有的交流分量的积分结果为零，而直流分量的积分结果为直流分量与工频周期的乘积。由瞬时无功理论可知，i
lq
中的直流分量对应三相负载电流的基波正序无功分量。
[0055]
2)将i
ld
和i
lq
分别与直流分量i
ldf
和i
lqf
作差，得到两相同步旋转坐标系下负载电流中的交流分量i
ldh
和i
lqh
。i
ldf
和i
lqf
分别为两相同步旋转坐标系下负载电流经低通滤波器作用后得到的直流分量，并分别对应三相负载电流的基波正序有功分量和基波正序无功分量。
[0056]
3)将交流分量i
ldh
和i
lqh
通过反派克变换转换成两相静止坐标系下的分量i
lαh
和
i
lβh
，作为参考电流的补偿电流分量。i
ldh
和i
lqh
分别为两相同步旋转坐标系下负载电流中的交流分量，对应三相负载电流中的谐波及负序分量。
[0057]
s3、pcc点电压u
gabc
经锁相环作用，得到派克变换所需的θ角；并网功率跟踪电流的基波正序有功分量i
dref
和基波正序无功分量i
qref
，经过反派克变换转换成两相静止坐标系下的分量i
αqref
和i
βdref
，分量i
αqref
与分量i
lαh
相加，分量i
βdref
与分量i
lβh
相加，得到两相静止坐标系下的参考电流分量i
αref
和i
βref
。进而得到电力电子变压器的输出电流在两相静止坐标系下的参考电流i
αβref
。本发明中并网功率跟踪电流的基波正序有功分量i
dref
为给定值。其中，i
qref
与负载电流的基波正序无功分量i
lqf
相等。
[0058]
s4、将参考电流i
αβref
输入电流控制器中，电力电子变压器输出电流i
2abc
作为控制反馈量经过派克变换后得到反馈电流i
αβ
，在电流控制器的跟踪作用下输出控制信号i
αβout
，随后在pwm产生环节的进一步作用下输出电力电子变压器内igbt的驱动信号，构成控制闭环，从而使得电力电子变压器输出电流无差地跟踪参考电流。
[0059]
如图1所示，本发明控制的主电路与传统三相三线制lcl型电力电子变压器相同，系统中无零序分量，因此不平衡分量仅为负序分量。其中，u
dc
为直流电源，c1和c2为直流稳压电容。电力电子变压器为三相三线制电力电子逆变器。
[0060]
三相三线制电力电子逆变器的逆变电路由六个绝缘栅双极型晶体管s1～s6构成，经过一个lcl型滤波器连接到pcc点，最后接入配电网；在pcc点并联有三相负载，用于模拟本地负载对网侧电能质量的影响。在三相半桥逆变电路中，同一相两个igbt的驱动信号理论上是互补的。但在实际情况中，同一相的两个igbt的总导通时间小于一个周期，这是为了防止在换相过程中同一相两个igbt因为误动同时导通而造成短路。在电力电子领域中，将换相时同一相两个开关元件同时关断的时间称为死区时间。死区时间的引入会使逆变器输出的电流波形中含有一定量的低次谐波，因此，本发明在逆变电路出口加装滤波器以消除高频谐波对接入电网的污染。
[0061]
图1中使用的lcl型滤波器三相对称，包括逆变侧电感l1、网侧电感l2以及滤波电容c；逆变侧电感l1、网侧电感l2串联在电力电子变压器和配电网之间；滤波电容c与网侧电感l2并联。滤波电容c的并联电容支路上串联阻尼电阻r可以有效抑制lcl三阶滤波系统的谐振尖峰，同时削弱本地负载与lcl滤波器之间的谐振联系，从而有效提高系统的稳定性。
[0062]
本发明的另一个方面，提供了一种用于电力电子变压器控制方法的系统，包括：
[0063]
采样模块，用于对pcc点电压u
gabc
、本地负载电流i
labc
以及电力电子变压器输出电流i
2abc
进行采样；
[0064]
补偿电流分量模块，用于本地负载电流i
labc
经补偿电流生成环节输出参考电流的补偿电流分量；
[0065]
参考电流模块，用于将pcc点电压u
gabc
经锁相环作用，得到派克变换所需的θ角；并网功率跟踪电流的基波正序有功分量i
dref
经过反派克变换得到的输出与补偿电流分量相加，得到电力电子变压器的输出电流在两相静止坐标系下的参考电流i
αβref
；
[0066]
驱动信号模块，用于将参考电流i
αβref
输入电流控制器中，电力电子变压器输出电流i
2abc
作为控制反馈量经过派克变换后，在电流控制器的跟踪作用下输出控制信号i
αβout
，随后在pwm产生环节的进一步作用下输出电力电子变压器内igbt的驱动信号。
[0067]
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方
案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。