一种宽范围有载调压电压补偿控制方法及系统与流程

本发明涉及电力电子和柔性配电网，尤其涉及一种宽范围有载调压电压补偿控制方法及系统。

背景技术：

1、随着大规模分布式光伏、电动汽车充电等新型源荷的接入，配电网面临设备重过载、电压越限、三相不平衡等巨大挑战，弱电网末端供电质量变差，影响电网及用电器安全，降低了用户服务满意度。

2、常规有载调压变压器调档寿命有限，无法做到无级调节；ac/dc/ac电力电子变流技术可实现电压灵活无级调节，但是过载能力及可靠性差。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种宽范围有载调压电压补偿控制方法及系统，考虑结合有载调压和电力电子变流器各自的优势，打造有载调压系统，考虑结合有载调压和电力电子变流器各自的优势，打造有载调压系统，推进配网网架形态升级，以提升城市中心、园区、农村的资源灵活互动、电压精准补偿能力。实现能够将大规模分布式光伏、电动汽车充电接入现有配电网，提升弱电网末端供电质量。

2、所提出的方案中，以有载调压变压器的输出接ac/dc/ac变流器，变流器主要包括并联侧和串联侧，串联侧变流器的输出接至串联变压器。输出电压调节将有载调压配电变压器档位调节变流器串联补偿相融合；变流器电压补偿调节用于平滑有载调压配电变压器调档的电压不连贯，实现宽补偿范围的输出电压补偿无极调节。变流器容量配置考虑电压补偿范围、三相不平衡补偿、无功补偿、谐波补偿引起的热效应及变流器输出最大电流应力。串联侧变流器输出电压补偿采用正负序分离控制算法。本方案可实现宽范围的输出电压无极补偿调节，能够灵活对串联侧变流器电流内环进行限幅，避免设备过载，提升了设备可靠性。

3、本发明具体采用以下技术方案：

4、一种宽范围有载调压电压补偿控制方法，将有载调压配电变压器档位调节和变流器补偿相融合；变流器电压补偿调节用于平滑有载调压配电变压器调档的电压不连贯，以实现宽补偿范围的输出电压补偿无极调节。

5、进一步地，变流器容量配置考虑电压补偿范围、三相不平衡补偿、无功补偿、谐波补偿引起的热效应及变流器输出最大电流应力。

6、进一步地，串联侧变流器输出电压补偿采用正负序分离控制算法。

7、具体为：

8、在某一有载调压变压器档位下，串联侧变流器电压补偿的实现是：协调控制器根据三相电网电压当前有效值usa、usb、usc，结合输出电压有效值目标值uout_ref，分解出分相电压补偿量指令ua_pk_t、ub_pk_t、uc_pk_t；

9、串联侧变流器收到分相电压补偿量指令后，进一步分解出正序电压、负序电压和零序电压补偿量指令。

10、一种宽范围有载调压电压补偿控制系统：

11、有载调压变压器的输出端接变流器，所述变流器包括并联侧变流器和串联侧变流器，其中所述串联侧变流器的输出端接至串联变压器；

12、并联侧变流器和串联侧变流器通过直流母线相连；直流母线再通过dc断路器引出直流端口，接dc负载；

13、其中，三相不平衡电流并联补偿、谐波电流并联补偿、直流供配电通过并联侧变流器实现；

14、输出电压补偿调节通过有载调压配电变压器档位调节和变流器串联补偿相融合实现：

15、1)有载调压配电变压器仅做三相电压平均值补偿调档，不平衡部分的电压补偿全部由串联侧变流器实现；

16、2)所述串联侧变流器电压补偿调节用于平滑有载调压配电变压器调档的电压不连贯，以实现宽补偿范围的输出电压补偿无极调节。

17、进一步地，串联侧变流器容量配置方法如下：

18、设串联变压器低压侧的调压范围为±γ1％×un，配电变压器额定容量为sn，则串联侧变流器的容量配置为：

19、s串联＝γ1％×sn

20、设有载调压配电变压器最小档位为δ％，则：

21、γ1≥δ。

22、进一步地，并联侧变流器配置考虑：

23、1)为串联侧变流器提供稳定的直流电源和有功功率p1；

24、p1＝γ1％×sn

25、2)为dc负载提供稳定的直流电源和有功功率p2，设配电变压器的γ2％，则：

26、p2＝γ2％×sn

27、3)为ac负载的三相不平衡电流提供补偿，包括有功功率p3、无功功率q1，假定分相有功补偿容量占配电变压器单相容量的比例为γ3％，分相无功补偿容量占配电变压器单相容量的比例为γ4％，则：

28、p3＝γ3％×sn

29、q1＝γ4％×sn

30、4)为ac负载的谐波电流提供补偿，包括5次补偿容量h5，7次补偿容量h7，9次补偿容量h9，按由低到高的优先级进行补偿，设谐波补偿电流占配电变压器额定电流的比例为γ5％，则补偿容量：

31、h5＝γ5％×sn

32、h7＝γ7％×sn

33、h9＝γ9％×sn

34、由此计算得到并联侧变流器的容量配置为：

35、

36、进一步地，所述并联侧变流器的容量配置考虑变流器输出最大电流应力的瞬时值，在极端情况下，变流器输出电流峰值为：

37、

38、式中，ip为有功电流峰值，iq为无功电流峰值，i5为5次谐波峰值，i7为7次谐波峰值，i9为9次谐波峰值；

39、开关器件选型时，imax设计在开关器件的安全工作区范围内。

40、进一步地，串联侧变流器控制策略采用正负序分离控制算法，具体为：

41、在某一有载调压变压器档位下，串联侧变流器电压补偿的实现是：协调控制器根据三相电网电压当前有效值usa、usb、usc，结合输出电压有效值目标值uout_ref，分解出分相电压补偿量指令ua_pk_t、ub_pk_t、uc_pk_t：

42、ua_pk_t＝(uout_ref–usa)*1.414

43、ub_pk_t＝(uout_ref-usb)*1.414

44、uc_pk_t＝(uout_ref-usc)*1.414

45、串联侧变流器收到分相电压补偿量指令后，进一步分解出正序电压、负序电压和零序电压补偿量指令。

46、进一步地，所述串联侧变流器收到分相电压补偿量指令后，进一步分解出正序电压、负序电压和零序电压补偿量指令具体包括：

47、1)正序电压补偿量指令计算

48、正序电压补偿量指令即为分相电压补偿量指令平均值u_pk_0，计算如下：

49、u_pk_0＝(ua_pk_t+ub_pk_t+ub_pk_t)/3；

50、在dq旋转坐标系下，正序电压补偿量指令为：

51、ud_ref＝u_pk_0；

52、uq_ref＝0；

53、2)负序电压补偿量指令计算

54、将分相电压补偿量指令减去分相电压补偿量指令平均值，得到的结果仅包含负序电压补偿量指令与零序电压补偿量指令，进一步得到三相不平衡电压补偿量指令ua_pk、ub_pk、uc_pk：

55、ua_pk＝ua_pk_t-u_pk_0

56、ub_pk＝ub_pk_t-u_pk_0

57、uc_pk＝uc_pk_t-u_pk_0

58、设当前电网相位角0度，则根据三相不平衡电压补偿量指令，得到当前串联侧变流器三相电压目标值分别为：

59、as＝ua_pk×cos0°

60、bs＝ub_pk×cos(0-120°)

61、cs＝uc_pk×cos(0+120°)

62、通过clark变换，得到αβ静止坐标系下的值：

63、alpha＝(2×as-bs-cs)/3；

64、beta＝0.5774×(bs-cs)；

65、通过park变换，得到在dq旋转坐标系下，负序电压补偿量指令为：

66、ud_n_ref＝alpha；

67、uq_n_ref＝beta；

68、3)零序电压补偿量指令计算

69、设当前相位角为θ，根据三相不平衡电压补偿量指令，得到零序电压补偿量指令为：

70、u0_ref＝ua_pk×cos(θ)+ub_pk×cos(θ-120°)+uc_pk×cos(θ

71、+120°)。

72、相比于现有技术，本发明及其优选方案的有益效果至少包括：

73、1)有载调压配电变压器档位调节与变流器补偿相融合，实现宽范围的输出电压无极调节。

74、2)变流器容量配置不仅考虑了电压补偿范围、三相不平衡补偿、无功补偿、谐波补偿引起的热效应(有效值)，还考虑了变流器输出最大电流应力(瞬时值)。

75、3)串联侧变流器输出电压控制策略采用正负序分离控制算法，可对串联侧变流器电流内环正负序电流进行限幅，避免设备过载或过流，提升变流器可靠性，弥补了常规比例谐振控制器进行分相电压控制带来的不足。