专利名称：一种微型电网用多功能动态无功补偿装置及其控制方法
技术领域：
本发明属于微型电网系统领域，涉及一种多功能动态无功补偿装置及其控制方 法，尤其是一种微型电网用多功能动态无功补偿装置及其控制方法。
背景技术：
现有技术主要采用开环控制，开环补偿系统中的无功和谐波分量，即只检测负载 侧电流而不检测网测电流，这样开环检测的误差以及由于系统不是闭环的原因，使电网电 流的实际补偿效果得不到直接保障，所有这些都会使系统达不到最佳的补偿效果。特别是 在微型电网条件下，如果想要补偿微网所产生的谐波以及无功分量，则动态无功补偿装置 的安装就会受到较大的限制。现有的技术使用无功电流和谐波电流的开环控制方式，需要检测负载的输入电 流，不过有时在现场条件下，以及当微型电网与大电网并网运行时，无法检测负载电流，所 以无法较好的同时补偿微型电网系统所产生的无功和特定次谐波电流。同时在微型电网单 独运行时，电压的波动较为严重。同时现有的技术控制方式较为单一，无法更好的适用于微 型电网并网和离网两种运行模式下。
发明内容
本发明使用了无功和特定次谐波电流的闭环控制方式，在微型电网与大电网并网 运行时有较好的补偿性能。本发明可以在微型电网单独运行时，较好的维持接入点电压稳定。本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种微型电网用多功能动态无 功补偿装置，包括在微型电网用多功能动态无功补偿装置与微型电网的连接点处安装的电 压霍尔、用来对微型电网和大电网之间的电流进行检测的电流互感器、由电阻和电容组成 的低通滤波器、微型电网中负载或者逆变装置与微型电网的连接点、连接点处设置的第一 负载；所述电流互感器设置在控制开关和连接点之间；所述电压霍尔和低通滤波器之间设 置有第二负载。基于所述多功能动态无功补偿装置的控制方法，包括下述步骤(1)设置多功能动态无功补偿装置；(2)检测微型电网的运行方式；当大电网与微型电网并网时转步骤(3)；当大电网 与微型电网离网时转步骤(4)；(3)当大电网与微型电网并网时，按照如下步骤(a)使用电流互感器和电压霍尔，对微型电网和大电网之间的电流和补偿装置接 入微型电网处的电压进行检测；(b)通过信号调理电路，将采样到的模拟量转换为数字量，同时利用检测到的电压 进行锁相；(c)通过锁相环得到基波相位后，利用瞬时无功功率理论计算出大电网和微型电网连接处的无功以及谐波电流在d轴和q轴上的分量；(d)对于无功电流分量来说，将Is乘以基波转换矩阵之后，可以得到d轴和q轴分 量，低通滤波之后得到屯和qi ；以零为给定值，与qi相减，可以得到q轴上的误差信号；PI 调节后通过基波的转换逆矩阵，可以得到无功分量的给定值；对于特定次谐波分量来说，将 Is乘以特定次谐波转换矩阵之后，可以得到d轴和q轴分量，低通滤波之后得到dk和qk ；以 零为给定值，分别于dk和qk相减，PI调节后可以得到d轴和q轴上的误差信号；然后再乘 以特定次谐波的转换矩阵，可以得到特定次谐波分量的给定值；(e)将电流指令送入DA，系统所实际产生的电流反馈信号相减，经过PI，可以得到 误差信号，然后控制PWM逆变器产生相应的电流，以上环路则作为系统的内环跟踪回路；(f)通过三角波比较回路，生成PWM信号；(g)检测装置的电流电压信号，进行保护和逻辑处理；(h)动态的补偿系统中的无功和抑制谐波电流；(4)当大电网与微型电网离网时，按照如下步骤(a)通过电压霍尔，检测补偿装置接入微型电网处的电压(b)通过信号调理电路，将采样到的模拟量转换为数字量，同时利用检测到的电压 进行锁相；(c)利用瞬时无功功率理论，实时计算电压U经过基波转换矩阵的d轴分量；(d)以给定的电压幅值为指令，与d轴分量相减后，得到误差信号，PI后作为q轴 的指令，通过基波的转换矩阵逆变换之后，可以得到系统的内环给定值；(e)将电流指令送入DA，系统所实际产生的电流反馈信号相减，经过PI，可以得到 误差信号，然后控制PWM逆变器产生相应的电流，以上环路则作为系统的内环跟踪回路；(f)通过三角波比较回路，生成PWM信号；(g)检测装置的电流电压信号，进行保护和逻辑处理；(h)动态的补偿系统中的无功和抑制谐波电流。本发明的有益效果是在闭环补偿无功电流时，可以将基波正序无功电流补偿至 接近于零的水平，在补偿之前，系统的电流中，5次分量与基波电流的比为22%，7次分量与 基波电流的比值为10.6%，11次分量与基波电流的比值为7.7%，补偿之后，5次分量与基 波电流的比为1. 1%，7次分量与基波电流的比值为1. 1%，11次分量与基波电流的比值为 0. 5% ；在系统电压跌落时，可以在一个周期内将电压幅值重新保持至给定值。
图1为本发明的微型电网用多功能动态无功补偿方法的控制流程图；图2为现有的动态无功补偿装置在微型电网中的接线图；图3为本发明的微型电网用多功能动态无功补偿装置接线图。其中1为电压霍尔；2为电网阻抗；3为连接点；4为逆变装置；5为大电网；6为电 流互感器；7为控制开关；8为低通滤波器；9为无功补偿装置；10为第一负载；11为第二负 载。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述参见图1-3，一种微型电网用多功能动态无功补偿装置，其特征在于包括在微型 电网用多功能动态无功补偿装置与微型电网的连接点处安装的电压霍尔、用来对微型电网 和大电网之间的电流进行检测的电流互感器、由电阻和电容组成的低通滤波器、微型电网 中负载或者逆变装置与微型电网的连接点、连接点处设置的第一负载；所述电流互感器设 置在控制开关和连接点之间；所述电压霍尔和低通滤波器之间设置有第二负载。该方法按如下步骤进行当大电网与微型电网并网时(1)使用电流互感器和电压霍尔，对微型电网和大电网之间的电流和补偿装置接 入微型电网处的电压进行检测；(2)通过信号调理电路，将采样到的模拟量转换为数字量，同时利用检测到的电压 进行锁相；(3)通过锁相环得到基波相位后，利用瞬时无功功率理论计算出大电网和微型电 网连接处的无功以及谐波电流在d轴和q轴上的分量；(4)对于无功电流分量来说，将Is乘以基波转换矩阵之后，可以得到d轴和q轴分 量，低通滤波之后得到屯和 。以零为给定值，与 相减，可以得到q轴上的误差信号。PI 调节后通过基波的转换逆矩阵，可以得到无功分量的给定值。对于特定次谐波分量来说，将 Is乘以特定次谐波转换矩阵之后，可以得到d轴和q轴分量，低通滤波之后得到dk和qk。以 零为给定值，分别于dk和qk相减，PI调节后可以得到d轴和q轴上的误差信号。然后再乘 以特定次谐波的转换矩阵，可以得到特定次谐波分量的给定值；(5)将电流指令送入DA，系统所实际产生的电流反馈信号相减，经过PI，可以得到 误差信号，然后控制PWM逆变器产生相应的电流，以上环路则作为系统的内环跟踪回路；(6)通过三角波比较回路，生成PWM信号；(7)检测装置的电流电压信号，进行保护和逻辑处理；(8)动态的补偿系统中的无功和抑制谐波电流。当大电网与微型电网离网时(1)通过电压霍尔，检测补偿装置接入微型电网处的电压(2)通过信号调理电路，将采样到的模拟量转换为数字量，同时利用检测到的电压 进行锁相；(3)利用瞬时无功功率理论，实时计算电压U经过基波转换矩阵的d轴分量；(4)以给定的电压幅值为指令，与d轴分量相减后，得到误差信号，PI后作为q轴 的指令，通过基波的转换矩阵逆变换之后，可以得到系统的内环给定值。(5)将电流指令送入DA，系统所实际产生的电流反馈信号相减，经过PI，可以得到 误差信号，然后控制PWM逆变器产生相应的电流，以上环路则作为系统的内环跟踪回路；(6)通过三角波比较回路，生成PWM信号；(7)检测装置的电流电压信号，进行保护和逻辑处理；(8)动态的补偿系统中的无功和抑制谐波电流。电压霍尔微型电网用多功能动态无功补偿装置与微型电网的连接点，安装电压
6霍尔，用来检测电压；电网阻抗用来模拟微型电网与微型电网用多功能动态无功补偿装置之间的电网 阻抗；连接点微型电网中负载或者逆变装置与微型电网的连接点；逆变装置微型电网中的逆变装置；电流互感器微型电网用多功能动态无功补偿装置的一部分，即用来对微型电网 和大电网之间的电流进行检测的电流互感器。控制开关微型电网和大电网之间的控制开关；低通滤波器微型电网用多功能动态无功补偿装置的一部分，是由电阻和电容组 成的低通滤波器；无功补偿装置用来进行改装的无功补偿装置；第一负载微型电网中的负载；第二负载微型电网中的负载，微型电网用多功能动态无功补偿装置可以在微型 电网与大电网离网时，保持其供电电压幅值恒定。本发明需要对普通的SVG动态无功补偿装置进行改装，以适应本方法的闭环补偿 方式。需要加入电容以及电阻组成的低通滤波器，需要在微型电网与改装之后装置的连接 点处加入电压霍尔，进行锁相和电压的幅值实时计算，在微型电网与大电网的连接点处加 入电流霍尔或者电流互感器，采样电流，进行闭环的无功电流以及特定次谐波的补偿。其中装置具体参数为电容值为30PF，电阻值为0.5Q，SVG(静止无功发生器) 具体参数为直流侧电压700V，交流侧电感0. 7mH。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所 提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
一种微型电网用多功能动态无功补偿装置，其特征在于包括在微型电网用多功能动态无功补偿装置与微型电网的连接点处安装的电压霍尔、用来对微型电网和大电网之间的电流进行检测的电流互感器、由电阻和电容组成的低通滤波器、微型电网中负载或者逆变装置与微型电网的连接点、连接点处设置的第一负载；所述电流互感器设置在控制开关和连接点之间；所述电压霍尔和低通滤波器之间设置有第二负载。
2.基于权利要求1所述多功能动态无功补偿装置的控制方法，其特征在于，包括下述 步骤(1)设置多功能动态无功补偿装置；(2)检测微型电网的运行方式；当大电网与微型电网并网时转步骤(3)；当大电网与微 型电网离网时转步骤(4)；(3)当大电网与微型电网并网时，按照如下步骤(a)使用电流互感器和电压霍尔，对微型电网和大电网之间的电流和补偿装置接入微 型电网处的电压进行检测；(b)通过信号调理电路，将采样到的模拟量转换为数字量，同时利用检测到的电压进行 锁相；(c)通过锁相环得到基波相位后，利用瞬时无功功率理论计算出大电网和微型电网连 接处的无功以及谐波电流在d轴和q轴上的分量；(d)对于无功电流分量来说，将Is乘以基波转换矩阵之后，可以得到d轴和q轴分量， 低通滤波之后分别得到屯和qi ；以零为给定值，与^相减，可以得到q轴上的误差信号；PI 调节后通过基波的转换逆矩阵，可以得到无功分量的给定值；对于特定次谐波分量来说，将 Is乘以特定次谐波转换矩阵之后，可以得到d轴和q轴分量，低通滤波之后得到dk和qk ；以 零为给定值，分别于dk和qk相减，PI调节后可以得到d轴和q轴上的误差信号；然后再乘 以特定次谐波的转换矩阵，可以得到特定次谐波分量的给定值；(e)将电流指令送入DA，系统所实际产生的电流反馈信号相减，经过PI，可以得到误差 信号，然后控制PWM逆变器产生相应的电流，以上环路则作为系统的内环跟踪回路；(f)通过三角波比较回路，生成PWM信号；(g)检测装置的电流电压信号，进行保护和逻辑处理；(h)动态的补偿系统中的无功和抑制谐波电流； 其中Is 微型电网和大电网连接处的电流；d轴三相坐标系转换为d，q坐标系后的d轴；q轴三相坐标系转换为d，q坐标系后的q轴；dk 特定次谐波电流经过特定次转换矩阵转换后的d轴分量；qk 特定次谐波电流经过特定次转换矩阵转换后的q轴分量；屯电流经过基波转换矩阵转换后的d轴分量；q电流经过基波转换矩阵转换后的q轴分量；DA 数模转换设备，将数字信号转换为模拟信号；PI :PI调节器；PWM 脉冲宽度调制技术；U 电压霍尔采样处电压；(4)当大电网与微型电网离网时，按照如下步骤(a)通过电压霍尔，检测补偿装置接入微型电网处的电压(b)通过信号调理电路，将采样到的模拟量转换为数字量，同时利用检测到的电压进行 锁相；(c)利用瞬时无功功率理论，实时计算电压U经过基波转换矩阵的d轴分量；(d)以给定的电压幅值为指令，与d轴分量相减后，得到误差信号，PI后作为q轴的指 令，通过基波的转换矩阵逆变换之后，可以得到系统的内环给定值；(e)将电流指令送入DA，系统所实际产生的电流反馈信号相减，经过PI，可以得到误差 信号，然后控制PWM逆变器产生相应的电流，以上环路则作为系统的内环跟踪回路；(f)通过三角波比较回路，生成PWM信号；(g)检测装置的电流电压信号，进行保护和逻辑处理；(h)动态的补偿系统中的无功和抑制谐波电流。
全文摘要
本发明公开了一种微型电网用多功能动态无功补偿装置及其控制方法，包括在微型电网用多功能动态无功补偿装置与微型电网的连接点处安装的电压霍尔、用来对微型电网和大电网之间的电流进行检测的电流互感器、由电阻和电容组成的低通滤波器、微型电网中负载或者逆变装置与微型电网的连接点、连接点处设置的第一负载；所述电流互感器设置在控制开关和连接点之间；所述电压霍尔和低通滤波器之间设置有第二负载。本发明使用了无功和特定次谐波电流的闭环控制方式，在微型电网与大电网并网运行时有较好的补偿性能。本发明可以在微型电网单独运行时，较好的维持接入点电压稳定。
文档编号H02J3/01GK101984534SQ20101052224
公开日2011年3月9日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者刘宝泉, 卓放, 孟良, 杨美娟, 王先为, 郭海平 申请人:西安交通大学