一种电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法，本混合系统控制方法包括直流稳压模块控制、电压补偿模块控制以及故障限流模块控制三个部分；所述直流稳压模块控制采用SVPWM控制为直流侧提供有功能量交换通道；电压补偿模块控制采用广域预测变PI控制，对电网电压的波动进行精确跟踪补偿。本发明提出的控制方法能够有效的实现电压实时补偿，能够及时限制短路电流，以提高电网供电可靠性以及安全性。
【专利说明】一种电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的不断发展进步，电能质量越来越受到人们的重视。而短路故障的频繁发生，过大的短路电流会将损坏电网设备，同时可能会对用户电气设备造成损坏；电压暂升、暂降和不平衡会对某些敏感用户造成损失，严重情况下会造成巨大的经济损失。虽然已经有许多限流以及电压补偿装置，但是大部分产品还存在许多不足:
[0003]1、传统串联限流电抗长期串联在线路中，在电网正常情况其上的损耗非常大；
[0004]2、电压补偿装置常见的控制方法有PI控制和滞环控制等；采用PI控制时控制精度较差且PI参数较难以调节；滞环控制时环宽的设定对系统影响较大，环宽小时对开关管的频率要求高，环宽过大又不能准确的达到补偿要求；
[0005]3、直流侧稳压装置常使用传统的PI控制，无差拍控制等；当采用这些控制方法时交流侧电压发生波动时，直流稳压值会发生较明显的变化，不能很好地为共用直流侧的电压补偿装置提供能量。
[0006]因此，有必要设计一种电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法，该电压补偿和故障限流混合系统及其控制方法能提供稳定的直流侧电压，同时提高电压补偿精度，能够在电网发生短路故障的时候限制短路电流。
[0008]发明的技术解决方案如下:
[0009]一种电压补偿和故障限流混合系统，包括三相变压器、直流稳压模块(I)、电压补偿模块(2)、限流模块(3)、三个单相变压器、控制器和脉冲驱动电路；
[0010]直流稳压模块的输出侧并联有电容器；
[0011]所述的直流稳压模块为由6个IGBT组成的三相桥式整流器；
[0012]所述的电压补偿模块包括相互独立的3个单相逆变器，所述的单相逆变器为由4个IGBT组成的桥式逆变器；
[0013]所述的限流模块包括相互独立的3个限流模块；
[0014]三相电网通过主变压器与三相桥式整流器的交流侧相接；
[0015]三相桥式整流器的直流侧分别通过3个单相逆变器与3个限流模块的输入侧对应相接，3个限流模块的输出侧分别于三个单相变压器的原边对应相接；三个单相变压器的次边分别串接在三相电网为三相非线性负载供电的主电路中；
[0016]所述的限流模块包括2个并联在单相逆变器直流侧(即输出侧)的晶闸管；且2个晶闸管反向设置；还包括串联在所述晶闸管与单相变压器原边之间的供电回路中的限流电抗器以及与单相变压器原边并联的电容；[0017]所述的控制器与脉冲驱动电路相连；所述的脉冲驱动电路为直流稳压模块(I)、电压补偿模块(2)和限流模块(3)提供触发脉冲。
[0018]【2个电容，以及3个电感L1，L2，L3的参数都是跟设计参量有关的，直流电容跟负载有功容量，允许纹波有关，电感参数与负载容量，变压器变比，限流目标有关，滤波电容与控制频率和LC谐振次数有关，这些设计参量一旦变化，所有参数都是要改变的，没办法给出范围的。一实例中可让电容为15000uF，电感L1=L2=L3为0.5mH】
[0019]一种基于前述的的电压补偿和故障限流混合系统的控制方法，包括直流稳压控制、电压补偿控制和限流控制三部分；
[0020]直流稳压控制为基于SVPWM的控制，电压补偿控制采用采用广域预测变PI控制；限流控制为基于限流电抗和双向可控硅的控制。
[0021]所述的直流稳压控制包括以下步骤:
[0022]I) 检测三相电网电压Ea，Eb，E。、三相电网电流Ia，Ib，I。，通过PLL锁相三相电网电压得到角度Θ【这个角度就是跟随电网电压相角实时变化的角度从0-360°，而后依次循环。举例，A相电压此时相角为30°，θ=30°。Θ是个跟随电网电压角度实时变化的参数。】；通过abc-dq变换得到Ed，Eq和Id，Iq ；
[0023]2)检测三相桥式整流器的直流侧电压Udc,用直流侧参考电压Uref减去Udc,经PI控制得到整流器d轴参考输入电流/:，系统中设置q轴参考电流为O ;
[0024]3)计算电压指令矢量Vd，Vq:
[0025]
【权利要求】
1.一种电压补偿和故障限流混合系统，其特征在于，包括三相变压器、直流稳压模块(I)、电压补偿模块(2)、限流模块(3)、三个单相变压器、控制器和脉冲驱动电路； 直流稳压模块的输出侧并联有电容器； 所述的直流稳压模块为由6个IGBT组成的三相桥式整流器； 所述的电压补偿模块包括相互独立的3个单相逆变器，所述的单相逆变器为由4个IGBT组成的桥式逆变器； 所述的限流模块包括相互独立的3个限流模块； 三相电网通过主变压器与三相桥式整流器的交流侧相接； 三相桥式整流器的直流侧分别通过3个单相逆变器与3个限流模块的输入侧对应相接，3个限流模块的输出侧分别于三个单相变压器的原边对应相接；三个单相变压器的次边分别串接在三相电网为三相非线性负载供电的主电路中； 所述的限流模块包括2个并联在单相逆变器直流侧(即输出侧)的晶闸管；且2个晶闸管反向设置；还包括串联在所述晶闸管与单相变压器原边之间的供电回路中的限流电抗器以及与单相变压器原边并联的电容； 所述的控制器与脉冲驱动电路相连；所述的脉冲驱动电路为直流稳压模块(I)、电压补偿模块(2)和限流模块(3)提供触发脉冲。
2.一种基于权利要求1所述的电压补偿和故障限流混合系统的控制方法，其特征在于， 包括直流稳压控制、电压补偿控制和限流控制三部分； 直流稳压控制为基于SVPWM的控制，电压补偿控制采用采用广域预测变PI控制；限流控制为基于限流电抗和双向可控硅的控制。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述的直流稳压控制包括以下步骤: 1)检测三相电网电压Ea，Eb，E。、三相电网电流Ia，Ib，I。，通过PLL锁相三相电网电压得到角度Θ ;通过abc-dq变换得到Ed，Eq和Id，Iq ； 2)检测三相桥式整流器的直流侧电压Ud。，用直流侧参考电压Uref减去Udc,经PI控制得到整流器d轴参考输入电流/",系统中设置q轴参考电流<为O ; 3)计算电压指令矢量Vd，V,:
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述的电压补偿控制包括以下步骤: 1)检测系统三相电压Usa、Usb,Usc,电压补偿模块实际输入到电网中的电压Udvra、Udvrb,Udvrc，系统电压参考值为?/二、Ul, ?/二，则电压补偿模块的补偿电压参考值为系统参考电压值减去系统侧实际电压值，即t/:wa、u*dVTb, ulTC； 2)电压补偿模块实际输出电压与参考输出电压之间的误差使用PI调节，经过调制后产生电压补偿模块中IGBT的控制信号； 3)参考补偿电圧Uchl与电压补偿器实际输入的电压Udra之间的误差UOTOT、PI调节后的信号U(S)的变化量和实际输出Udvr作为广域预测控制的输入，计算PI控制器的参数的更新值Kp、K1,实现PI控制器的在线调节； 广域预测控制的输入为实际输出的补偿电压Udra，期望输出电压输出为Kp，Ki参数，广域预测控制准则的目标函数为:
5.根据权利要求2-4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述的限流控制包括以下 步骤: 首先系统检测短路故障是否发生； 若系统未发生短路故障，则可控硅不导通； 若检测到系统发生短路故障，则控制系统触发故障相可控硅导通，将限流电抗串入系统进行限流； 可控硅动作规则如下:在接地系统中，当某一相或某几相发生短路故障时，故障相的限流装置动作，系统控制可控硅闭合将限流电抗串入系统；在不接地系统中，单相接地故障发生时，限流装置不动作，系统可以带故障继续运行，当发生两相或者三相短路故障时，故障相限流装置动作，限制短路电流增大。
【文档编号】H02H9/02GK103715693SQ201310556650
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】何禹清, 徐超, 刘菁菁, 毛丽林 申请人:国家电网公司, 国网湖南省电力公司经济技术研究院