一种dstatcom负序电流交叉耦合补偿控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种DSTATCOM负序电流交叉耦合补偿控制方法，采用基于正余弦三角函数为二维正交基的一种数字锁相方法，避免常规dq变换软件锁相闭环控制的复杂性。且克服当前负序电流补偿控制坐标转换控制的复杂性，提出了一种交叉耦合负序电流控制策略，将负序电流进行闭环控制器的输出值在逆时针旋转dq坐标系中进行交叉耦合到正序无功电流，或者正序谐波电流，流压转换结果上，进行统一空间矢量控制。
【专利说明】-种DSTATCOM负序电流交叉輔合补偿控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及，尤其设及的是一种DSTATCOM负序电流交叉禪合补偿控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子变流装置在电力系统、工 业、交通及家庭中的应用日益广泛，电力系统中存在大量的不平衡、非线性负荷、冲击性、波 动性负荷及一些单相大容量负荷，例如汽车制造等行业中用的单相线电压供电的点焊机、 工业交流电弧炉、电气化铁路等。该些负荷产生的负序、无功和谐波电流造成了大量电能的 损失，且日趋严重，威胁着电力系统的安全和经济运行。在用户端电能质量治理中，无功负 序电流补偿一直是电气工程领域的研究热点，与传统SVC、TSC补偿相比，DSTATCOM配电网 同步静止无功补偿装置具有补偿时间快、可连续补偿、不产生谐振、可补偿一定次谐波等优 点。因此低压DSTATCOM是解决上述用户电能质量问题的一种较优途径。
[0003] 针对负序电流的补偿，当前业内主要采用角型无功补偿方案。无源型；根据 Steinmetz原理，采用纯无功支路进行无功和负序的综合补偿，W基于晶闽管的投切的角接 型无功补偿装置（在=相四线制接法中采用分相补偿方法），但其基于相控技术，响应速度 慢，会产生谐波电流。有源型（SVG)角接方案是一种好的电能质量治理方案，如图1所示， 由3个H桥功率单元组成，按角接方式接入系统中，其具有响应速度快，可进行无功、负序和 谐波的综合治理。角接无功补偿方案中，常采用基于Steinmetz原理的对称分量法通过线 电流相量计算补偿电纳，依赖W周期均值为基础的相量理论。相量识别及复杂的电纳计算 需花费大量时间，造成较大延时，一般为一个电网周期W上，实时性较差。
[0004] 对于角接型SVG补偿负序电流方法，通常是通过CT检测线电流进行序分解（或通 过瞬时无功算法）计算出负序电流及正序无功电流，然后通过线相坐标变换将计算出的负 序、无功电流线值进行坐标转换到相值得到角接型SVG的目标补偿电流进行补偿。但该种 方法存在两种不足，一是补偿装置本身由=个单相H桥组成，功率单元的耐压值相增加，同 时功率单元拓扑结构复杂；二是目标电流由线值转换到相值时，由于线相系数矩阵不是满 秩，因而已知线电流求相电流存在多解，必须增加约束条件才能得到唯一解，该增加了运算 复杂度及运算量。
[0005] 对于负序电流的补偿，当前主要做法是将目标负序电流在ABC时域中进行滞环直 接电流控制或在dq坐标系中通过闭环控制进行流压转换得到目标电压，再转换到a P坐 标系中进行SVPWM控制。该些控制方法都将正负序目标电流分别进行控制需要大量的坐标 转换计算。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种DSTATCOM负序电流交叉禪 合补偿控制方法。
[0007] 本发明是通过W下技术方案实现的；一种DSTATCOM负序电流交叉禪合补偿控制 方法，包括如下步骤：
[000引步骤一、构造初始相位为0的标准正余弦函数得到=角函数二维正交基，实时采 样电网线电压瞬时值，与构造的正交基正余弦值进行乘积后再进行积分，得到电网线电压 基波正序分量相位进行锁相，得到电网线电压相位，根据此相位可得到对应线电压Uab相位 正余弦值及二倍频正余弦值，同时计算得到对应相电压Ua相位正余弦值及二倍频正余弦 值；
[0009] 步骤二、根据步骤一锁相结果对电网线电压进行逆时针dq变换及顺时针dq变换， 将转换结果分别经陷波器滤波；
[0010] 步骤=、将二的结果进行解禪得到=相电网线电压的正序和负序分量对应的dq 坐标的值；
[0011] 步骤四、实时采样负载电流的瞬时值，根据步骤一锁相结果对负载电流值进行逆 时针dq变换及顺时针dq变换，将转换结果分别经陷波器滤波；
[0012] 步骤五、将四的结果进行正负序解禪得到负载电流的正序和负序分量对应dq坐 标的值；
[0013] 步骤六、实时采样DSTATCOM输出电流的瞬时值，根据步骤一锁相结果对输出电流 值进行逆时针dq变换及顺时针dq变换，将转换结果分别经陷波器滤波；
[0014] 步骤^;：、将四的结果进行正负序解禪得到 DSTATCOM输出电流的正序和负序分量 对应dq坐标的值；
[0015] 步骤八、根据装置控制要求，采用直流侧电压闭环控制，其输出值为d轴目标电 流，根据步骤五的q轴结果得到DSTATCOM装置的正序无功补偿目标电流，同时得到装负序 补偿目标电流；
[0016] 步骤九、根据S的结果，将电网线电压的正负序分量转换成相电压的正负序分量， 根据八的结果，在逆时针dq坐标系下的d轴与q轴上分别进行目标电流的前馈解禪控制， 并且进行PI闭环控制；
[0017] 步骤十、将步骤九中顺时针dq坐标系中的前馈解禪、闭环控制的结果进行交叉禪 合到逆时针dq坐标中，实现负序电流的交叉禪合控制，其本质是将负序分量闭环控制结果 禪合到正序分量进行统一控制；
[0018] 步骤十一、将步骤十的结果进行逆PA服变换到a、P坐标系中实现流压转换，进 行SVPWM控制，实现目标无功及负序电流补偿。
[0019] 本发明相比现有技术具有W下优点：本发明提供了一种DSTATCOM负序电流交叉 禪合补偿控制方法，该方法提供一种简便可靠易于实现的数字锁相方法，避免常规dq变换 软件锁相闭环控制的复杂性及结果的不精确性。采用基于正余弦=角函数为二维正交基的 一种数字锁相方法。且克服当前负序电流补偿控制坐标转换控制的复杂性，提出了一种交 叉禪合负序电流控制策略，将负序电流进行闭环控制器的输出值在逆时针旋转dq坐标系 中进行交叉禪合到正序无功电流，或者正序谐波电流，流压转换结果上，进行统一空间矢量 控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是角接DSTATCOM拓扑系统结构示意图。
[0021] 图2是本发明的S相全桥星接DSTATCOM拓扑系统结构示意图。
[0022] 图3是本发明的S相全桥星接DSTATC0M数学模型示意图。
[0023] 图4是本发明的应用的化A服、PA服变换坐标轴示意图。
[0024] 图5是本发明使用的基于正余弦正交二维基锁相原理图。
[0025] 图6是本明的电网电压正负序分量解禪分序原理图。
[0026] 图7是本发明的负载电流正负序分量解禪分序原理图。
[0027] 图8是本发明的DSTATC0M装置输出电流正负序分量解禪分序原理图。
[002引图9是本发明的无功及负序分量双闭环控制及负序分量的交叉禪合控制补偿原 理图。
【具体实施方式】
[0029] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0030] 参见图2-3,为本发明的S相全桥星接DSTATC0M拓扑系统结构示意图和对于的数 学模型结构示意图，星形DSTATC0M接于S相S线制配电网中。星形DSTATC0M为S相星形 连接结构，其拓扑结构为低压的S相全桥或中高压的链式H桥组成，负载电流ii。，iib，ii。包 含有功、无功、负序和谐波电流，其中无功、负序及谐波电流注入电网，造成电网电能损失， 威胁系统稳定运行。星形DSTATC0M输出电流1。。、1。6、1。。与负载电流中无功、负序和谐波电 流幅值相同、方向相反。星形DSTATC0M输出电流与所述负载电流叠加消除所述网侧电流中 无功、负序和谐波电流，保证电网电能质量。
[0031] 一种DSTATC0M负序电流交叉禪合补偿控制方法，包括如下步骤；
[0032] 步骤一、构造初始相位为0的标准正余弦函数得到=角函数二维正交基，实时采 样电网线电压瞬时值，与构造的正交基正余弦值进行乘积后再进行积分，得到电网线电压 基波正序分量相位进行锁相，得到电网线电压相位，根据此相位可得到对应线电压Uab相位 正余弦值及二倍频正余弦值，同时计算得到对应相电压Ua相位正余弦值及二倍频正余弦 值。
[0033] 参见图5,为基于正余弦函数二维正交基的锁相，构造初始相位为0的正余弦函数 sinwt、coswt为二维正交基，设线电压Uab基波正序分量相位为wt+ 0 +，其幅值为Um，锁相的 目的在于求解出Wt+ 0 +;将采集到的U W分别与构造的sinwt、coswt相乘作周期内积得到：
[0034]
【权利要求】
1. 一种DSTATCOM负序电流交叉耦合补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、构造初始相位为0的标准正余弦函数得到三角函数二维正交基，实时采样电 网线电压瞬时值，与构造的正交基正余弦值进行乘积后再进行积分，得到电网线电压基波 正序分量相位进行锁相，得到电网线电压相位，根据此相位可得到对应线电压Uab相位正余 弦值及二倍频正余弦值，同时计算得到对应相电压Ua相位正余弦值及二倍频正余弦值； 步骤二、根据步骤一锁相结果对电网线电压进行逆时针dq变换及顺时针dq变换，将转 换结果分别经陷波器滤波； 步骤三、将步骤二的结果进行解耦得到三相电网线电压的正序和负序分量对应的dq坐标的值； 步骤四、实时采样负载电流的瞬时值，根据步骤一得到的锁相结果对负载电流值进行 逆时针dq变换及顺时针dq变换，将转换结果分别经陷波器滤波； 步骤五、将四的结果进行正负序解耦得到负载电流的正序和负序分量对应dq坐标的 值； 步骤六、实时采样DSTATCOM输出电流的瞬时值，根据步骤一得到的锁相结果对输出电 流值进行逆时针dq变换及顺时针dq变换，将转换结果分别经陷波器滤波； 步骤七、将步骤四的结果进行正负序解耦得到DSTATCOM输出电流的正序和负序分量 对应dq坐标的值； 步骤八、根据装置控制要求，采用直流侧电压闭环控制，其输出值为d轴目标电流，根 据步骤五的q轴结果得到DSTATCOM装置的正序无功补偿目标电流，同时得到装负序补偿目 标电流； 步骤九、根据步骤三的结果，将电网线电压的正负序分量转换成相电压的正负序分量， 根据八的结果，在逆时针dq坐标系下的d轴与q轴上分别进行目标电流的前馈解耦控制， 并且进行PI闭环控制； 步骤十、将步骤九中顺时针dq坐标系中的前馈解耦、闭环控制的结果进行交叉耦合到 逆时针dq坐标中，实现负序电流的交叉耦合控制，其本质是将负序分量闭环控制结果耦合 到正序分量进行统一控制； 步骤十一、将步骤十的结果进行逆PARK变换到αβ坐标系中实现流压转换，进行SVPWM控制，实现目标无功及负序电流补偿。
2.根据权利要求1所述的一种DSTATCOM负序电流交叉耦合补偿控制方法，其特 征在于：根据步骤一得到线电压基波正序分量相位A=w〖 + 6> ,基波负序分量相位f;根据相电压与线电压相位关系得对应相电压Ua的基波正负序相位分别为 θρ =θ] ,θρ =~θρ 60
【文档编号】H02J3/01GK104466968SQ201410820196
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】李瑜, 齐东流 申请人:安徽天沃电气技术有限公司