一种功率可回馈的有源全谐波消弧控制方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种消弧设备的控制方法，尤其涉及的是一种功率可回馈的有源 全谐波消弧控制方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程加速，近年来配电网络普遍向大容量、多出线方向发展。城市电缆 网络的广泛应用更加加剧了这种容量扩展的趋势。与此同时，不断进步的社会对供电可靠 性也提出了越来越高的要求，供电可靠性成为衡量供电企业成功与否的重要标准。在这种 大背景下，配电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式。传统的中性点谐振接地的电网如 图1所示，当发生接地故障时，电力系统中除了由于电缆的分布电容带来的容性电流IC 0以 外，还包含很大成分的谐波电流Ih，以及有功电流，其中，有功电流分量主要是电力设备的 泄漏电流、零序回路中的有功损耗、电晕损耗和消弧线圈的有功损耗等引起的。尚次谐波的 重要来源是电力系统中含有铁芯及整流元件的非线性负载。而通常采用消弧线圈，均系无 源工频无功电流补偿装置，顾名思义，即只补偿接地故障电流中的工频无功电容电流分量， 而对电阻性电流和高频电流，只输出感性电流的消弧线圈则无能为力，这是目前的消弧线 圈在原理上存在的一个不足。随着工业化的不断发展，配电网络的不断扩大，电力电子变电 设备尤其是新能源并网设备的增加，此部分电流越来越不容忽视这些因素带来的污染正日 益加剧，传统的消弧装置对此部分电流没有补偿能力，所以很容易造成补偿失败而造成电 弧重燃，造成诸如跳闸或火灾等安全事故。通过以上分析可知，接地故障时，电流中的有功 分量和谐波分量造成的危害是不容忽视的。为了消除它们，实现真正意义上的全补偿，提高 电网的供电可靠性，就要求采用接地故障电流的全补偿技术，补偿包括有功电流和谐波电 流在内的残余电流。对接地电流的全补偿要求将有功分量、无功分量和谐波分量一并补偿， 显然只依靠消弧线圈是不能满足要求的。而有源逆变技术是一种广泛应用于谐波抑制、无 功功率补偿、交直流混合输电、新能源并网等领域的电力电子技术。有源逆变器的特点是可 以通过检测工作系统的状态生成控制指令，通过控制电子开关生成补偿波形。它克服了无 源补偿技术只能补偿固定频率和幅值的波形的缺点，可以对频率和幅值都变化的波形进行 跟踪补偿。由于自身具有状态跟踪、检测和控制算法，可以根据要求任意补偿无功和谐波成 分，而且可以实现有功功率的重新并网，从而真正实现全补偿。要实现全谐波补偿以及有功 功率的电网回馈，就需要一套适合故障电网的并网策略以及快速度准确的电流发生机制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种功率可回馈的有源全谐波消 弧的控制方法及其系统，以解决现有电网故障接地消弧技术无法对接地故障中的所有谐波 电流进行快速全部的消除，有功功率的电流也无法进行电网回馈的技术问题。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 本发明提供了一种功率可回馈的有源全谐波补偿消弧的控制方法，包括以下步 骤：
[0006] 步骤si:三相电网的电压处理方法
[0007] 步骤SlOl:将三相电网的线电压Uab、UBC先进行Clark变换，再根据三相电网线电压 AB的相位角6^进行正负序的Park+、Park-变换，得到正序坐标系下的直流电压分量 if、和负序坐标系下的直流电压分量巧、
[0008] 步骤S102:将K/、和K/、分别进行电压正负序去耦滤波处理，得到电压去 ! _Dec ^ Vf _ Dec, Tf __ Dec , Vf _Dec Λ
[0009] 步骤S103:将丨_ Da、匕'' _Dc々.'、「"、进行前馈处理，得到空 间矢量脉宽调制SV_PWM的基波电压值Vg_FF_dl、Vg_FF_ql;
[0010] 步骤S2:直流电压的处理方法
[0011] 步骤S201:将实际直流电压Udc与设定的理想直流电压L^c?相减并作比例积分，得 到正序基波有功电流给定值/f
[0012] 步骤S202:将三相电网的输入电流ISA、ISB、I sc先进行Clark变换，再根据三相电网 相电压A的相位进行正负序的Park+、Park-变换，得到正序坐标系下的直流电流分量 、/&和负序坐标系下的直流电流分量^、;
[0013] 步骤S203:将/。、/&和4、分别进行电流正负序去親滤波处理，得到电流去 耦值& -￡>ec，将_/￡ -i5ec与/; -DC相减并作比例积分，得至Ijq轴调节电压;
[0014] 步骤S204:将汧二和Vg_FF_ql输出至SV_PWM模块中，产生整流脉冲信号；
[0015]步骤S3:接地故障电流的补偿方法
[0016] 步骤S301:将补偿电流Iz减去故障电流Io，得到补偿电流的误差值Ig;
[0017] 步骤S302:利用带通滤波器对18分别进行BPF1-BPF50次谐波运算，得到各次的谐 波电流值IEn;
[0018] 步骤S303:根据各次的IEn及其相应的超前角度0"计算超前电流值ΙΕηθη，将各次 ΙΕη_θη乘以其相应次的谐波次数下的系统阻抗Ζ，得到各次谐波下的参考电压值VEn;其中，所 述超前角度θ η为各次谐波电流滞后电压的角度，超前角度θη与系统阻抗Z均为系统硬件固有 参数；
[0019] 步骤S304:将各次的参考电压值VEn相加，得到总补偿电压VE，将Ve输出至H桥脉宽 调制H_PWM模块中，产生逆变脉冲信号。
[0020] 所述步骤S102中，将F/、F/和、Pf分别进行正负序去耦滤波处理的具体计 算方法为：
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 式中，疼T为基波负序向基波正序旋转的角度，匕_化〇说为if的滤波值， f _//?/为f的滤波值，为Rf的滤波值，C _ /p〇说为C的滤波值;各滤波值由 简易低通滤波器获得，具体计算方法为：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 式中，if _#-1)为上一个计算周期的if值，为本计算周期的F/值， g -1)Λ上一个计算周期的^；值，巧_々为本计算周期的值，巧_0-1)为上一个 计算周期的F/值，K_i：为本计算周期的Ff值，if 为上一个计算周期的C值， 为本计算周期的Ff值。
[0031]所述步骤S103中，前馈处理的具体计算方法为：
[0034] 式中，KfeecLfoiwrd为前馈系数，为基波负序向基波正序旋转的角度，禮"CWP为
[0032]
[0033] 校正后的基波负序向基波正序旋转的角度，初值为^Γ，Θ?ρ为由于采样及计算延时产生的 角度校正量。
[0035]所述步骤S203中，电流正负序去耦处理的计算方法具体为：
[0036]
[0037] 式中，和T为基波负序向基波正序旋转的角度。
[0038] 所述步骤S302中，利用二阶Butterworth带通滤波器对Ig进行谐波运算，具体公式
为：
[0039]
[0040] 式中，&〇、&1、&2、13 1、132为'源汲器糸数，1￡1^_1^为本计算周期的买际米样值，1￡1^_仏-1)为前一个计算周期的实际采样值，I En_x_(k_2)为前2个计算周期的实际采样值；IEn_y_(k_ 1)为前一个计算周期的滤波后的值，I En_y_(k_2)为前2个计算周期的滤波后的值。IEn初值为 零。
[0041] 本发明还提供了一种功率可回馈的有源全谐波消弧系统，包括控制模块，及与其 连接的并网电压采样模块、并网电流采样模块、直流电压采样模块、电网侧功率补偿模块和 故障电流米样模块，其中：
[0042]所述电网侧功率补偿模块包括依次连接的整流桥电路和逆变桥电路，所述整流桥 电路的输入端通过电抗连接至三相电网，所述逆变桥电路的输出端通过补偿变压器与三相 电网的消弧线圈串联；
[0043]所述并网电压采样模块用于采集三相电网的线电压Uab和Ubc;
[0044]所述并网电流米样模块用于米集三相电网的输入电流ISA、I SB、I SC ;
[0045] 所述直流电压采样模块用于采集实际直流电压Udc;
[0046] 所述故障电流采样模块用于采集三相电网的故障电流Io和补偿电流Iz;
[0047] 所述控制模块的整流脉冲输出端与整流桥电路连接，其逆变脉冲输出端与逆变桥 电路连接，所述控制模块根据采集的线电压Uab和U BC，输入电流1^、1^、1%，实际直流电压 Udc，故障电流Io和补偿电流Iz产生整流脉冲信号和逆变脉冲信号。
[0048] 本发明相比现有技术具有以下优点:本发明提供了一种功率可回馈的有源全谐波 消弧的控制方法及其系统，该方法可以实现基波无功、谐波无功、谐波有功、基波有功电流 的快速检测，并将基波无功与谐波无功与有功全部补偿，同时可以将有功功率部分回馈至 电网侧，在很大程度上提高接地故障时的补偿速度与精度，从而提高大大地提高电力系统 的运行安全性。
【附图说明】
[0049] 图1为功率可回馈的有源全谐波补偿消弧系统的电路原理图；
[0050] 图2为功率可回馈的有源全谐波补偿消弧的控制方法的系统结构框图。
[0051] 图3_(1)故障相电压；
[0052]图3_(2)非故障相电压；
[0053]图3_(3)全补偿电流；
[0054]图3_(4)谐波补偿电流；
[0055] 图3-( 5)基波有功功率；
[0056] 图3_( 6)基波无功功率；
[0057] 图4_(1)补偿前故障电流；
[0058]图4_(2)补偿后残余电流。
【具体实施方式】
[0059] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以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。
[0060] 实施例1
[0061] 本发明还提供了一种功率可回馈的有源全谐波消弧系统，具有如图1所示的结构， 包括控制模块，及与其连接的并网电压采样模块、并网电流采样模块、直流电压采样模块、 电网侧功率补偿模块和故障电流采样模块，其中：
[0062] 所述电网侧功率补偿模块包括依次连接的整流桥电路和逆变桥电路，所述整流桥 电路的输入端通过电抗组L2连接至三相电网，所述逆变桥电路的输出端通过补偿变压器Tl 与三相电网的消弧线圈串联；
[0063]所述并网电压采样模块包括两组并网电压采样传感器PT2、PT3,用于采集三相电 网的线电压Uab和Ubc ;
[0064]所述并网电流采样模块包括三组并网电流采样传感器CT2、CT3、CT4，用于采集三 相电网的输入电流Isa、Isb、Isc;
[0065] 所述直流电压采样模块包括直流电压采样传感器PTl，所述直流电压采样传感器 PTl的信号采集端连接至整流桥电路的信号输出端，用于采集实际直流电压Udc;
[0066] 所述故障电流采样模块包括故障电流采样传感器CTl、CT5,所述故障电流采样传 感器CTl的信号采集端连接至三相电网的消弧线圈Ll，用于采集三相电网的故障电流1〇,所 述故障电流采样传感器CT5的信号采集端连接至逆变桥电路的信号输出端，用于采集