一種基于dstatcom拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法及裝置，屬于屬于電網(wǎng)控制技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展的需要，大容量高壓遠(yuǎn)距離輸電已經(jīng)成為一種工程需求， 而電能的遠(yuǎn)距離傳輸必然帶來很多問題，例如損耗、電能質(zhì)量等一系列問題。目前，現(xiàn)代電 力電子技術(shù)已運(yùn)用到大容量高壓柔性直流輸電(HVDC)以及靈活柔性交流輸電(FACTS)等領(lǐng) 域，非線性的電力電子器件給電力系統(tǒng)注入了諧波和無功。由瞬時(shí)無功功率理論可知，不同 頻率的諧波電壓電流產(chǎn)生的功率為廣義無功功率，所以，電力電子技術(shù)的應(yīng)用降低了電力 系統(tǒng)的功率因數(shù)，隨著各種電能質(zhì)量敏感性負(fù)荷的大量應(yīng)用，電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求 也日益提高。而一般的治理諧波的補(bǔ)償裝置的主電路通常是由電力電子器件構(gòu)成的換流 器，從電氣節(jié)能的角度，這些換流器是需要消耗能量的（諧波的消耗相比于基波分量更大）， 然而從整個(gè)配電網(wǎng)的全局角度，它的補(bǔ)償使得整個(gè)配電網(wǎng)的所有部分都實(shí)現(xiàn)了電氣節(jié)能， 所以從整體上它是可以實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能的。在配電網(wǎng)中，將中小容量的靜止無功同步補(bǔ)償器 安裝在某些特殊負(fù)荷(如電弧爐)附近，可以顯著地改善負(fù)荷與公共電網(wǎng)連接點(diǎn)處的電能質(zhì) 量，例如提高功率因數(shù)、克服三相不平衡、消除電壓閃變、治理諧波污染等等。這種在配電網(wǎng) 中用來提高電能質(zhì)量的靜止無功同步補(bǔ)償器一般稱為配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器。 諧波電流產(chǎn)生的無功是一種廣義上的無功功率，有源電力濾波器和靜止同步補(bǔ)償器并 無本質(zhì)上的區(qū)別，它們的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略大致相同，只是控制電路略有不同以及電感 電容值的選取不盡相同。然而，無功功率對(duì)電力系統(tǒng)存在一定的影響和擾動(dòng)： 一是設(shè)備容量增加。無功功率的增加，會(huì)增大輸電線路中總電流，從而增加了電力變壓 器、發(fā)電機(jī)、輸電線及其它電氣設(shè)備的容量，增大了用戶的控制設(shè)備、啟動(dòng)設(shè)備的規(guī)格和尺 寸，增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本； 二是增加設(shè)備及線路損耗。無功功率的增加會(huì)增大輸電線路中總電流，從而增加了用 電設(shè)備和輸電線路的損耗； 三是增大變壓器及線路的電壓降。無功功率的增加，會(huì)增大電力系統(tǒng)中的電壓損耗，從 而引起電壓的波動(dòng)。在電網(wǎng)中，有功功率主要影響系統(tǒng)的頻率，無功功率主要影響系統(tǒng)的電 壓。如果負(fù)載是劇烈變化的，會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，甚至?xí)l(fā) 生嚴(yán)重地電力事故； 四是如果系統(tǒng)供給的無功功率不足，會(huì)使用戶端供電電壓下降，如果供給的無功功率 過剩，會(huì)使用戶端供電電壓升高，影響工業(yè)生產(chǎn)和人民的正常生活。 由于一些沖擊性負(fù)荷在配電網(wǎng)中應(yīng)用的不斷增加，配電網(wǎng)無功功率愈來愈呈現(xiàn)波動(dòng) 快、波動(dòng)較大、波動(dòng)頻繁等特征，需要進(jìn)行快速、動(dòng)態(tài)的無功功率補(bǔ)償。傳統(tǒng)的固定電容器無 功補(bǔ)償方式，雖然成本低廉，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但不能滿足動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償要求。靜止無功補(bǔ)償 裝置(SVC)，能夠治理動(dòng)態(tài)無功功率，但其運(yùn)行易受電網(wǎng)電壓等系統(tǒng)環(huán)境的影響，工作過程 中自身會(huì)產(chǎn)生一定諧波，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，可能引發(fā)諧振且靈活性不高。配電網(wǎng)靜止同步 補(bǔ)償(DSTATCOM)，能夠快速的補(bǔ)償電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功功率，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，運(yùn)行可靠性高， 對(duì)電網(wǎng)無污染，方便靈活，基于這些優(yōu)點(diǎn)，DSTAT⑶Μ正得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)， DSTATCOM技術(shù)是解決非線性、不平衡和沖擊性負(fù)荷所帶來的電能質(zhì)量問題以及增加配電網(wǎng) 輸送能力，提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限和增強(qiáng)電網(wǎng)阻尼的有效手段。因此，深入研究DSTATCOM裝置的 實(shí)現(xiàn)對(duì)提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量具有十分重要的作用。 另外，IGBT作為大功率全控型電力電子器件，優(yōu)點(diǎn)是器件可控制導(dǎo)通也可控制關(guān)斷，采 用PWM技術(shù)避免了晶閘管換流的位移因數(shù)和基波因數(shù)的過低（由于出發(fā)角可控，所以輸出電 壓波形會(huì)失真，不是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，經(jīng)傅立葉分解，里面含低頻諧波分量，諧波分量的幅值與 觸發(fā)角有關(guān))而導(dǎo)致低功率因數(shù)運(yùn)行，僅僅產(chǎn)生開關(guān)頻率附近及其整數(shù)倍的高頻諧波分量， 只需小容量濾波器即可濾除。IGBT的劣勢(shì)是相比于晶閘管，相同造價(jià)的器件通流能力較差， 耐壓值相對(duì)較低，而且在實(shí)現(xiàn)相同的容量電能傳輸和變換時(shí)，器件的通態(tài)損耗較大，并且還 存在開關(guān)損耗(與開關(guān)頻率近似線性關(guān)系）。由于器件本身的非線性帶來的損耗只有通過改 變內(nèi)部PN結(jié)來實(shí)現(xiàn)，而采用先進(jìn)的控制技術(shù)可以帶來更好的諧波特性和更低的損耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明提供一種基于DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法及裝置，從而減少了電網(wǎng)系統(tǒng) 的無功和諧波電流含量，大大降低了配電網(wǎng)電氣損耗，實(shí)現(xiàn)了電氣節(jié)能，并且提高了電網(wǎng)的 電能質(zhì)量。 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，首先搭建三相全橋電壓 源型變換器，將三相全橋電壓源型變換器的每個(gè)相單元分成上下兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由3個(gè) 子模塊級(jí)聯(lián)，每個(gè)子模塊由兩個(gè)IGBT、兩個(gè)反并聯(lián)二極管和一個(gè)分散電容組成，同時(shí)在三相 全橋電壓源型變換器的直流側(cè)連接有集中電容，其交流側(cè)與連接電感連接，這樣即可組成 四電平三相全控橋的DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后將整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并接至電網(wǎng)，此時(shí)通過DSP控 制器的AD采樣電路采集該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)的電流和電壓信號(hào)，再通過DSP控制器對(duì)所采 集的信號(hào)進(jìn)行處理，將信號(hào)還原為實(shí)際值大小，然后采用瞬時(shí)無功功率理論ip-iq算法對(duì)采 樣得到的負(fù)載電流信號(hào)進(jìn)行分析，提取負(fù)載無功電流信號(hào)，并疊加直流側(cè)控制有功分量得 到調(diào)制指令信號(hào)（調(diào)制信號(hào)為〇、1的數(shù)字信號(hào)，控制IGBT的開通與關(guān)斷），再采用電壓外環(huán)電 流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制進(jìn)行數(shù)字離散化，使直流側(cè)電壓及逆變器輸出電流準(zhǔn)確無誤差跟蹤指 令信號(hào)，從而達(dá)到電流自適應(yīng)跟蹤的目的。由于控制電路采用電壓外環(huán)PI和電流內(nèi)環(huán)無差 拍的控制策略，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近于1。同時(shí)，采用線電壓過零 信號(hào)作為系統(tǒng)的過零信號(hào)，使得該軟件系統(tǒng)在硬件電路不提供N線的情況下能夠正常使用。 上述方法中，采用瞬時(shí)無功功率理論ip-iq算法對(duì)采樣得到的負(fù)載電流信號(hào)進(jìn)行分析 時(shí)，將檢測(cè)到的三相負(fù)載電流瞬時(shí)值乘以正變換矩陣，再經(jīng)過低通濾波器，得到基波無功電 流幅值，再將直流側(cè)控制有功分量作為基波有功電流幅值，然后乘以反變換矩陣得到三相 電流指令信號(hào)，其中： 正變換為： ft 5
上述方法中，所述的電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制是將電壓外環(huán)采用PI控制，使直 流側(cè)電壓穩(wěn)定，而電流內(nèi)環(huán)采用無差拍控制技術(shù)，這樣即可采用上一個(gè)周期的數(shù)據(jù)計(jì)算出 來占空比用來控制下一個(gè)周期IGBT的開通關(guān)斷時(shí)間。 一種基于DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制裝置，包括三相全橋電壓源型變換器，所述的三相 全橋電壓源型變換器的每個(gè)相單元由上下兩個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由3個(gè)子模塊級(jí)聯(lián)，每個(gè) 子模塊由兩個(gè)IGBT，兩個(gè)反并聯(lián)二極管和一個(gè)分散電容組成，同時(shí)在三相全橋電壓源型變 換器的直流側(cè)連接有集中電容，其交流側(cè)與連接電感連接，設(shè)置在三相全橋電壓源型變換 器上的電壓傳感器和電流傳感器分別與DSP控制器上的AD采樣電路連接，DSP控制器與觸摸 屏進(jìn)行通信，同時(shí)DSP控制器通過PLL鎖相環(huán)采集三相全橋電壓源型變換器的A相交流側(cè)電 壓初相位。 進(jìn)一步，每個(gè)橋臂通過驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與DSP控制器進(jìn)行通信連接。 由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明在電壓電流雙閉環(huán)疊加控制的基 礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DSTATCOM直流側(cè)電壓的平衡控制，確保DSTATCOM的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，同時(shí)通過 三角載波移相SPWM調(diào)制，以較低的器件開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)較高的等效開關(guān)頻率，降低了整個(gè)裝 置的功率損耗，提高了效率，實(shí)現(xiàn)了電氣節(jié)能，且大幅度消除了諧波。另外，本發(fā)明的控制電 路采用電壓外環(huán)PI控制和電流內(nèi)環(huán)無差拍的控制策略，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè) 功率因數(shù)接近于1。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本通過DSTATCOM減少了系統(tǒng)的無功和諧波電流含量，大 大降低了配電網(wǎng)電氣損耗，實(shí)現(xiàn)了電氣節(jié)能，并且提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。 【附圖說明】， 圖1是DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2是DSTATCOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制電路連接時(shí)的示意圖； 圖3是有DSTATCOM補(bǔ)償時(shí)的電壓矢量圖； 圖4是控制方法與調(diào)制策略的原理圖； 圖5是系統(tǒng)軟件主程序流程圖； 圖6是檢測(cè)及控制框圖； 圖7是AD7656采樣芯片接口示意圖； 圖8是電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制模塊程序流程圖； 圖9是三相雙極性PWM調(diào)制圖； 圖10是改進(jìn)之前的輸出電流波形圖； 圖11是改進(jìn)之前的直流側(cè)電容電壓波形圖； 圖12是改進(jìn)之后的三相基波無功電流波形圖； 圖13是改進(jìn)后的直流側(cè)電壓波形圖。 【具體實(shí)施方式】， 為了使本發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)說明。 本發(fā)明的實(shí)施例：基于DSTATCOM拓