專利名稱：基于svg裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種解決三相電流不平衡、治理負序的方法，特別是一種采用全控型變流器件的SVG解決三相電流不平衡、治理負序的方法。
背景技術：
由于電網(wǎng)中存在單相負荷(比如電氣化鐵路)和三相不對稱負荷(比如電弧爐負荷)會給電網(wǎng)的運行和效率帶來不良的影響，同時也會對接在該公用電網(wǎng)中的其他用電設備帶來一些不良的影響甚至危害。三相不平衡會產(chǎn)生負序電流引起電網(wǎng)負序保護動作，影響供電安全。負序電流注入電機類負荷會造成電機軸振動，嚴重時會損壞電機。目前，針對三相負序問題解決方法是在電網(wǎng)中加SVC，采用斯坦邁茲理論來解決。 SVC是靠改變阻抗來實現(xiàn)的，對于一個單相負荷相當在另外兩相分別加電感、電容。對于在兩相或三相間變化(即不確定哪相負荷大)的單相負荷，其容性必須按三相中的最大值計算，而對于可變電感的容量是三相所需最大電感與最大電容之和。這種靠改變阻抗來調(diào)節(jié)電壓的方式，其調(diào)節(jié)能力很弱。SVC補償負序的能力只是其總容量的20-25%。這樣投資料和占地都很大。其主要缺點如下1)其安裝容量大，占地空間大，自身損耗大，通風散熱困難。2)自身產(chǎn)生諧波，需配置合適的濾波器來濾波。3) SVC的主控器件是晶閘管，其響應速度慢對于快速變化的負荷達不到理想的效果。4) SVC輸出受電網(wǎng)電壓影響，其輸出能力與電網(wǎng)電壓平方成正比。5)濾波器是靠改為諧波阻抗來濾波的，在系統(tǒng)中會產(chǎn)生串并聯(lián)諧振，危害供電安全。6)TCR的空芯電抗器對周圍產(chǎn)生電磁干擾。目前，在國內(nèi)外采用全控型變流器件的靜止無功發(fā)生器SVG(Static Var Generator)技術解決三相電流不平衡、治理負序還是個空白。因此，針對負序問題的SVG解決方案，具有很強的可實施性和可操作性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法， 該方法采用全控型變流器件，能夠有效解決三相電流不平衡、電網(wǎng)負序的問題，且響應速度快，跟蹤精度高，可大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，該方法以電網(wǎng)電流信號變化量為控制量，將電網(wǎng)電流信號變化量經(jīng)控制器進行濾波、移相、比例放大、運算處理，得到與電網(wǎng)負序電流大小相等方向相反的電流，使全控型變流裝置的功率單元產(chǎn)生與電網(wǎng)負序電流相抵消的電流，達到治理負序的目的。
所述的全控型變流裝置為降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結構、或降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結構。所述的全控型變流裝置為降壓型Δ型鏈式SVG結構。所述的全控型變流裝置為降壓型MMC型SVG結構、或降壓型多重化SVG結構。所述的全控型變流裝置為非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結構、或非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結構。所述的全控型變流裝置為直掛式Δ型鏈式SVG結構、或直掛式MMC型SVG結構。所述的控制器包括多個信號處理子單元和主控子單元，每個信號處理子單元包括濾波模塊、移相模塊、比例放大模塊、運算模塊，主控子單元完成對全控型器件的控制；所述的濾波模塊包括低通、高通濾波器和電網(wǎng)電流信號分別進行濾波的帶通濾波器，用來將電網(wǎng)電流信號變化量即負序電流信號經(jīng)過低通、高通濾波器濾掉低頻、高頻，再經(jīng)過帶通濾波器進行處理，得到負序分量；所述的移相模塊用來接收濾波單元輸出的負序電流信號，將負序電流信號進行相位矯正；所述的比例模塊用來將移相處理的負序電流信號進行比例放大處理；所述的運算模塊用來將移相、比例處理后的負序電流信號進行加權求和處理得到綜合控制量；將此控制量通過函數(shù)運算變?yōu)槿匦妥兞餮b置的控制信號。所述的全控型變流裝置所采用半導體開關器件可為IGBT、GT0、IGCT, IEGT或其它全控型開關器件。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是1)響應速度快基于全控型器件變流裝置的顯著特點就是響應速度快。其主要原因是，可以根據(jù)需要對全控型器件(GTO、IGBT、IGCT、IEGT等)的開關狀態(tài)進行任意控制。而且，器件的開關頻率或等效開關頻率往往較高，一般每個工頻周期的開關次數(shù)可以從幾次到幾十次。因此，基于全控型器件變流裝置的系統(tǒng)響應速度比SVC快幾倍。2)控制精度高基于全控型器件變流裝置的可以采用脈寬調(diào)制或脈沖擊移相等方式進行控制，加上其開關頻率較高，就可以在每個開關周期對系統(tǒng)輸出進行調(diào)節(jié)。此外，系統(tǒng)還可以采用比較復雜的算法和控制方法，使得系統(tǒng)的跟蹤精度大大提高。也就是說，基于全控型器件變流裝置可以對系統(tǒng)的無功、諧波、負序等電能質(zhì)量問題同時進行綜合治理。3)不受系統(tǒng)電壓影響SVC是由晶閘管控制電抗器和FC組成，F(xiàn)C輸出無功與電網(wǎng)電壓平方成正比。當電網(wǎng)電壓變化較大，在電壓波峰時FC的基本電流增加，濾波效果降低，電容器會出現(xiàn)基波過電壓或諧波過電流過電壓的問題。而基于全控型器件變流裝置是一種有源的解決方法，其輸出補償電流與電網(wǎng)電壓幾乎無關。治理負序的效果不受影響。


圖1是基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法主接線圖；圖2是基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法控制原理圖3是采用間接電流控制方法(電壓法)時的SVG控制框圖；圖4是采用直接電流控制方法(電流法)時的SVG控制框圖；圖5是降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結構示意圖；圖6是降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結構示意圖；圖7是降壓型Δ型鏈式SVG結構示意圖；圖8是降壓型匪C型SVG結構示意圖；圖9是降壓型多重化SVG結構示意圖；圖10是非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結構示意圖；圖11是非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結構示意圖；圖12是直掛式Δ型鏈式SVG結構示意圖；圖13是直掛式MMC型SVG結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。見圖1，一種基于全控型變流裝置SVG的解決三相電流不平衡、治理負序的方法， 該方法以電網(wǎng)電流信號變化量為控制量，將電網(wǎng)電流信號變化量經(jīng)控制器進行濾波、移相、 比例放大、運算處理，對電網(wǎng)電流信號進行傅利葉級數(shù)展開，得到與電網(wǎng)負序電流大小相等方向相反的電流，使全控型變流裝置的功率單元產(chǎn)生與電網(wǎng)負序電流相抵消的電流，達到治理負序的目的。根據(jù)用戶的需要，可在35kV母線上，增設FC電感電容裝置，或不加FC抵消裝置。見圖2，控制器包括多個信號處理子單元和主控子單元，每個信號處理子單元包括濾波模塊、移相模塊、比例放大模塊、運算模塊，主控子單元完成對全控型器件的控制；一種基于全控型變流裝置SVG的解決三相電流不平衡、治理負序的方法，控制方法包括以下步驟1)檢測電網(wǎng)電流信號，將模擬的電流信號(5A、1A)轉化成數(shù)字信號送給控制器；2)濾波；將電網(wǎng)電流信號變化量經(jīng)過低通高通濾波器濾掉高、低頻，再經(jīng)過帶通濾波器中的帶通濾波器進行帶通濾波，得到電網(wǎng)負序電流信號；3)相位矯正；上述電流信號再分別過各自的移相模塊矯正相位；4)比例放大；矯正相位后的信號再經(jīng)過比例放大模塊進行增益比例放大；5)運算處理；經(jīng)矯正相位、比例放大的的所得負序電流，得出綜合控制量；6)上述綜合控制量經(jīng)函數(shù)變?yōu)镮GBT觸發(fā)時刻?？刂破饕訮T信號為同步信號控制 IGBT觸發(fā)時刻，使得SVG裝置中產(chǎn)生與電網(wǎng)中負序大小相等方向相反的電流信號與原電網(wǎng)中的負序電流抵消，達到消除負序目的。本實施例中，全控型變流器件為IGBT，還可為IGBT、GTO、IGCT、IEGT或其它全控型開關器件。SVG裝置包括降壓型和直掛式兩種類型，F(xiàn)C部分屬于可選部分。此外，圖中的一支IGBT可以是單支開關器件，也可以是多支IGBT的串聯(lián)或并聯(lián)。圖3是采用間接電流控制方法(電壓法)時的SVG控制框圖。圖4是采用直接電流控制方法(電流法)時的SVG控制框圖。
下面結合附圖敘述SVG裝置的具體結構類型。圖5是降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結構示意圖；功率單元每相由兩只反并聯(lián)開關器件IGBTl組成，二極管Dl整流，整個功率模塊形成兩電平變流器功能。降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG是由采用兩電平變流器的功率單元并聯(lián)，然后通過變壓器Tl升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG主要由功率單元、控制單元、降壓變壓器組成。圖6是降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結構示意圖；功率單元每相由四只反并聯(lián)開關器件IGBT2組成，二極管D2鉗位，整個功率模塊形成三電平變流器功能。降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG是由采用二極管D2鉗位的三電平變流器的功率單元并聯(lián)，然后通過變壓器T2升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。降壓型三電平功率單元并聯(lián)型 SVG主要由功率單元、控制單元、降壓變壓器組成。圖7是降壓型Δ型鏈式SVG結構示意圖；單項功率單元Al每相由四只反并聯(lián)開關器件IGBT3組成，二極管D3整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。降壓型Δ型鏈式SVG是由單項功率單元Al串聯(lián)到一定電壓等級，三相Δ接后通過變壓器Τ3升至高壓并聯(lián)于電網(wǎng)上。降壓型Δ型鏈式SVG主要由功率單元、控制單元、降壓變壓器組成。圖8是降壓型MMC型SVG結構示意圖；模塊化多電平變流器(Modular Multilevel Converter)的簡稱是MMC型變流器。MMC型變流器與三相橋式變流器類似。每個橋臂由 IGBT5組成的多個單相半橋A3串聯(lián)組成，每個橋臂中點經(jīng)電抗器Ll后接入降壓變壓器T5 二次側。圖9是降壓型多重化SVG結構示意圖；降壓型多重化SVG由多個變壓器T1、T2…… Tn組成，其中，所有變流器10可以共用一個或多個直流電容C，也可以單獨配置電容，電容的作用是給變流器提供正常工作所需的直流電壓。變流器10通常由具有公共直流母線的三個單相H橋構成，每個H橋的輸出接至變壓器的低壓側。在各個變壓器的高壓側，對應的各相串聯(lián)后并入系統(tǒng)。此外，為消去變流器產(chǎn)生的低次諧波對電網(wǎng)造成的影響，通常采用變壓器原副邊移相的方法，如Υ/Υ連接，或Y/Δ連接。圖10是非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結構示意圖；非降壓型器件串聯(lián)型兩電平 SVG是由功率器件IGBT6先串聯(lián)形成高壓功率單元Α4，然后這些功率器件串聯(lián)的高壓功率單元Α4再構成兩電平輸出接入電網(wǎng)。非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG主要由功率器件串聯(lián)單元、控制單元、接入電抗器組成。圖11是非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結構示意圖；非降壓型器件串聯(lián)型三電平 SVG是由功率器件IGBT7先串聯(lián)形成高壓功率單元Α5，然后這些功率器件串聯(lián)的高壓功率單元Α5再構成三電平輸出接入電網(wǎng)。非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG主要由功率器件串聯(lián)單元、控制單元、接入電抗器組成。圖12是直掛式Δ型鏈式SVG結構示意圖；單項功率單元Α6每相由四只反并聯(lián)開關器件IGBT8組成，二極管D9整流，整個功率模塊形成三電平變流器功能。直掛式Δ型鏈式SVG是由單項功率單元Α6直接串聯(lián)到高電壓等級，三相Δ接后直接接入電網(wǎng)。直掛式Δ型鏈式SVG主要由功率單元、控制單元、接入電抗器組成。圖13是直掛式MMC型SVG結構示意圖。MMC型變流器的每個橋臂由多個單相半橋A8串聯(lián)組成，每個橋臂中點經(jīng)電抗器L2直接接入電網(wǎng)，不需降壓變壓器。
權利要求
1.一種基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，該方法以電網(wǎng)電流信號變化量為控制量，將電網(wǎng)電流信號變化量經(jīng)控制器進行濾波、移相、比例放大、 運算處理，得到與電網(wǎng)負序電流大小相等方向相反的電流，使全控型變流裝置的功率單元產(chǎn)生與電網(wǎng)負序電流相抵消的電流，達到治理負序的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，所述的全控型變流裝置為降壓型兩電平功率單元并聯(lián)型SVG結構、或降壓型三電平功率單元并聯(lián)型SVG結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，所述的全控型變流裝置為降壓型Δ型鏈式SVG結構。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，所述的全控型變流裝置為降壓型MMC型SVG結構、或降壓型多重化SVG結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序方法，其特征在于，所述的全控型變流裝置為非降壓型器件串聯(lián)型兩電平SVG結構、或非降壓型器件串聯(lián)型三電平SVG結構。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，所述的全控型變流裝置為直掛式Δ型鏈式SVG結構、或直掛式MMC型SVG結構。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，所述的控制器包括多個信號處理子單元和主控子單元，每個信號處理子單元包括濾波模塊、移相模塊、比例放大模塊、運算模塊，主控子單元完成對全控型器件的控制；所述的濾波模塊包括低通、高通濾波器和電網(wǎng)電流信號分別進行濾波的帶通濾波器， 用來將電網(wǎng)電流信號變化量即負序電流信號經(jīng)過低通、高通濾波器濾掉低頻、高頻，再經(jīng)過帶通濾波器進行處理，得到負序分量；所述的移相模塊用來接收濾波單元輸出的負序電流信號，將負序電流信號進行相位矯正；所述的比例模塊用來將移相處理的負序電流信號進行比例放大處理；所述的運算模塊用來將移相、比例處理后的負序電流信號進行加權求和處理得到綜合控制量；將此控制量通過函數(shù)運算變?yōu)槿匦妥兞餮b置的控制信號。
8.根據(jù)權利要求1-6中的任意一項所述的基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，其特征在于，所述的全控型變流裝置所采用半導體開關器件可為IGBT、GT0, IGCT、IEGT或其它全控型開關器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于SVG裝置解決三相電流不平衡、治理負序的方法，該方法以電網(wǎng)電流信號變化量為控制量，將電網(wǎng)電流信號變化量經(jīng)控制器進行濾波、移相、比例放大、運算處理，得到與電網(wǎng)負序電流大小相等方向相反的電流，使全控型變流裝置的功率單元產(chǎn)生與電網(wǎng)負序電流相抵消的電流，達到治理負序的目的。該方法采用全控型變流器件，能夠有效解決三相電流不平衡、電網(wǎng)負序的問題，且響應速度快，跟蹤精度高，可大大提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H02J3/18GK102244389SQ20111019221
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權日2011年7月8日
發(fā)明者孫賢大, 李曠, 王曉敏, 郭自勇 申請人:榮信電力電子股份有限公司