一种输出电流优化的SVG直流母线电压控制方法与流程

一种输出电流优化的svg直流母线电压控制方法
技术领域
1.本发明涉及svg直流母线电压控制领域，具体是一种基于输出电流优化的svg直流母线电压控制方法。


背景技术：

2.在电网中，电能质量问题一直是长期困扰电力系统的问题。无功功率会降低电网有效输电容量、使线路及变压器压降增大，引起电压波动和损耗增加。由于无功负荷的存在，使得电网电能质量降低，所以必须对无功负荷和谐波进行补偿。
3.svg(静止补偿器)是一种新型的补偿装置，可以实现无功和谐波的的补偿调节，其中三相三桥臂结构svg已经普遍应用。这种设计中，母线电压一般为恒定电压，在满功率输出时有较好的波形，但是在轻载输出时，输出电流中谐波含量较大。现有技术一般通过改变脉冲调制序列可以降低特定次数谐波，但是无法降低整体谐波含量(thd)。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于输出电流优化的svg直流母线电压控制方法，使得svg在任意负载情况下，通过调节直流母线电压，使输出电流斜率和补偿电流斜率在电流过零时恰好相等，从而实现对输出电流的最佳跟踪，该控制方法可以在保证输出电流波形的情况下，同时降低输出电流谐波和电力电子器件开关频率。
5.一种基于输出电流优化的svg直流母线电压控制方法，包括如下步骤：
6.步骤一、根据补偿无功电流ic，按照公式(1)计算补偿电流斜率
[0007][0008]
其中ic为补偿无功电流，ω为角频率，us为系统电压，x
l
为连接电抗，为电流相角；
[0009]
步骤二、由电路拓扑关系得到输出电流斜率与输出电压关系如下：
[0010][0011]
其中u
dc
为直流母线电压。
[0012]
步骤三、使补偿电流斜率的最大值与输出电流斜率在电流过0时的值相等，计算得到直流母线电压u
dc
：
[0013][0014]
步骤四、通过直流母线电压控制，将直流母线电压控制在式(3)计算得到直流的母线电压u
dc
。
[0015]
进一步的，步骤四中使用pid控制将直流母线电压控制在式(3)计算得到直流母线电压u
dc
。
[0016]
本发明的创新型及有益效果：
[0017]
1、利用补偿电流过0时的斜率达到最大值的特点，直接进行波形跟踪，实现输出电流的优化；
[0018]
2、通过让输出电流和补偿电流的斜率尽可能接近，使得输出波形精度更高；
[0019]
3、无需进行谐波电流计算和无功电流提取计算；
[0020]
4、跟踪，输出电流更平滑，纹波更少，具有比恒定直流母线电压更低的谐波含量；
[0021]
5、通过最佳电流跟踪，在电流斜率最大区间降低了开关次数，使得平均开关频率比恒定直流母线电压更低，降低了开关损耗。
附图说明
[0022]
图1是本发明的电压控制示意图；
[0023]
图2是采用本发明控制方法的输出电流波形；
[0024]
图3是本发明svg拓扑及接入系统的结构示意图；
[0025]
图4是本发明电压控制方法和原直流母线额定电压下，输出电流谐波含量(thd)和一个工频周期内电力电子元件开关次数最大值的对比图。
具体实施方式
[0026]
下面将结合本发明中的附图和具体实例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0027]
本发明实施例提供一种基于输出电流优化的svg直流母线电压控制方法，包括如下步骤：
[0028]
步骤一、根据补偿无功电流ic，按照公式(1)计算补偿电流斜率
[0029][0030]
其中ic为补偿无功电流，ω为角频率，us为系统电压，x
l
为连接电抗，为电流相角。
[0031]
步骤二、由电路拓扑关系得到输出电流斜率与输出电压关系如下：
[0032]
[0033]
其中u
dc
为直流母线电压。
[0034]
步骤三、使补偿电流斜率的最大值与输出电流斜率在电流过0时的值相等，使得输出电流的斜率与补偿电流的斜率尽可能相近，从而实现平滑输出波形，降低输出电流谐波和降低开关频率的效果。经过如下计算可得到直流母线电压u
dc
：
[0035][0036]
具体的，根据式(1)可知，电流过零时，补偿电流斜率达到最大值，为：
[0037][0038]
由式(2)可知，输出电流斜率为：
[0039][0040]
令式(4)、式(5)相等，得到：
[0041][0042]
根据式(6)即可得到直流母线电压u
dc
的计算公式，即公式(3)。公式计算框图如图1所示。
[0043]
步骤四、通过直流母线电压控制(使用pid控制或其他控制方式)，将直流母线电压控制在式(3)计算得到直流母线电压u
dc
。在该电压控制下，输出波形如图2所示。
[0044]
下面结合一个具体实例对本方法做进一步说明。
[0045]
一接入某380v系统的三相三桥臂svg，直流母线使用pid控制。svg及系统参数如表1所示：
[0046]
表1
[0047]
参数数值额定电流304a额定容量200kvar最大输出电压1.1kv连接电抗2.89ω电路形式三相三桥臂直流母线额定电压1554v接入系统电压380v
[0048]
svg拓扑及接入系统见图3。
[0049]
当svg输出容性无功电流幅值为100a时，根据式(3)，可知直流母线电压为：
[0050][0051]
图4为在使用本发明的电压控制方法和原直流母线额定电压下，输出电流谐波含量(thd)和一个工频周期内电力电子元件开关次数最大值的对比。图4中，左图为现有技术，
直流母线电压为额定电压1554v，右图为本发明技术，直流母线电压为本专利控制策略的电压599v。图中横坐标为时间，纵坐标为总谐波含量(thd)和一个周期内的开关次数。从图4可见使用本发明控制方法后，thd从8％下降到3％，开关次数从约10000次降低到约6000次，减少了40％。
[0052]
本发明适用于三相三桥臂和mmc结构的svg。
[0053]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，将本专利的电压控制策略应用于三相四桥臂或者mmc结构的svg，以及其他结构的svg，均在本专利保护范围内。任何可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种基于电流波形优化的svg直流母线电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、根据补偿无功电流i
c
，按照公式(1)计算补偿电流斜率，按照公式(1)计算补偿电流斜率其中i
c
为补偿无功电流，ω为角频率，u
s
为系统电压，x
l
为连接电抗，为电流相角；步骤二、由电路拓扑关系得到输出电流斜率与输出电压关系如下：其中u
dc
为直流母线电压。步骤三、使补偿电流斜率的最大值与输出电流过0时的的斜率相等，计算得到直流母线电压u
dc
：步骤四、通过直流母线电压控制，将直流母线电压控制在式(3)计算得到直流的母线电压u
dc
。2.如权利要求1所述的基于输出电流优化的svg直流母线电压控制方法，其特征在于：步骤四中使用pid控制将直流母线电压控制在式(3)计算得到直流母线电压u
dc
。

技术总结
本发明提供一种基于输出电流优化的SVG直流母线电压控制方法，包括如下步骤：步骤一、根据补偿无功电流I


技术研发人员：万黎 刘铃铃 蔡德福 王涛 董航 刘海光 王文娜 王莹 饶渝泽 余笑东 陈汝斯 张良一 孙冠群 王尔玺 唐泽洋
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司武汉供电公司 国家电网有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/6/10