兼顾电能质量治理的PWM整流器及其控制方法技术

本发明专利技术揭示了一种兼顾电能质量治理的PWM整流器，其包括集中控制器、至少一个从属控制器、以及至少一个整流器主电路，本发明专利技术的PWM整流器的控制方法是从属控制器根据电网需求通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制。本发明专利技术的PWM整流器及其控制方法优势是：具有能量吸收模式和能量回馈模式，在该两种模式下都可以进行无功补偿和/或谐波抑制，实现了以完成直流侧有功功率传输为首要目的，充分利用PWM整流器剩余容量及储能型负载的能量储存能力解决公共点存在的电能质量问题。

PWM rectifier with consideration of power quality management and control method thereof

The invention discloses a PWM rectifier both power quality control, including centralized controller, at least one slave controller, and at least one rectifier main circuit, control method of PWM rectifier is disclosed in the inner ring into the slave controller power rectifier main circuit power feedforward decoupling control of reactive power compensation and / or harmonic suppression controller according to the demand of power grid. The advantages of PWM rectifier and its control method of the invention is: has the energy absorption model and energy feedback mode, the two modes can compensate reactive power and / or harmonic suppression, to achieve a complete DC side active power transmission for the primary purpose, make full use of PWM converter and the residual capacity of storage load the energy storage capacity to solve power quality problems of public.

【技术实现步骤摘要】
兼顾电能质量治理的PWM整流器及其控制方法
本专利技术的实施例涉及整流器及其控制方法，具体而言，涉及一种兼顾电能质量治理的PWM整流器及其控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的不断推进，电压型PWM整流器正在得到更广泛的应用。电压型PWM整流器是利用电压环控制实现输出电压控制，使负载得到的直流电压跟踪给定的参考电压值。并网型PWM整流器大部分是电压型PWM整流器，特征是控制直流侧电压稳定。目前，静止无功发生器(SVG)、有源电力(APF)、动态电压恢复器(DVR)实际上采用的整流器都是电压型PWM整流器，因为这些电能质量治理装置需要保持直流侧电压稳定，所以必须从电网侧吸收有功功率。由大量实验监测可知，PWM整流器并不是时刻工作在满功率状态下的，特别是电压型PWM整流器。为了保持直流侧电压稳定，PWM整流器通常没有工作在较高的功率负荷下，这时并网PWM整流器的容量没有得到很好的利用；进一步地，当整流器处于低负荷状态时，基波含量下降，会使整流器输入侧谐波含量突增，从而裂化整流器电能质量；当直流侧没有负载时，PWM整流器处于空载状态，此时PWM整流器完全处于闲置状态，虽然挂在电网上，但是并没有起到任何作用；更有甚者，当电网缺少有功功率时，直流侧接入电池或者其他能产生电能的设备的普通PWM整流器并不能将有功功率回送到电网中。综上所述，电压型PWM整流器控制的是直流侧电压，在负荷较小时，有功电流变小而自身谐波电流基本不变，导致交流测(输入侧)电流谐波含量增大，并且此时整流器仍有很大一部分功率没有利用起来。因此，作为电压型PWM整流器，如何在保证直流侧电压稳定的同时利用好闲置富余容量改善用电环境是一个亟待解决的问题，也是一个技术发展方向。专利技术专利(CN102868309B)中，提出了一种不检测负载电流的情况下，通过检测系统侧电流，使用重复控制补偿无源性控制的PWM整流器，该整流器可以实现无功补偿功能和有源滤波功能。但由于重复控制是将上一周期的无功和谐波作为控制指令信号加入到本周期的控制，如果谐波发生突变情况下，重复可能会引起系统不稳定，因此它不适合在负载谐波频谱变化广的应用场合，同时实时性差，对于非周期性的谐波响应迟滞。该专利技术专利提出了一种基于拉格朗日-夏比积分法和重复控制补偿的无源性控制方法。然而，首先该方法提到的重复控制方法由于是采用之前周期的计算出来的无功和谐波作为补偿指令信号，其检测延迟比较大并且是固有难以根除的，对于非周期性的干扰信号难以根除，对于突变的有功、无功以及谐波信号更是难以应对。其次，该方法提到的通过拉格朗日-夏比积分法获取PWM整流器的基于端口受控耗散哈密顿模型的互联和阻尼配置的控制规律，然而该方法计算复杂，在工程应用中由于设备的理论参数和实际参数总是有一定的误差，所以过于精细的控制方式会使工程师们难以设置合理的控制参数。最后，该专利技术没有针对电压型PWM控制剩余容量进行优化，也没有涉及多个整流器模块之间的协调控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种以直流侧电压为控制目标，同时能利用富余容量和闲置时间兼顾电能质量治理的PWM整流器。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种兼顾电能质量治理的PWM整流器，包括集中控制器、至少一个从属控制器、以及至少一个整流器主电路；所述集中控制器接入电网公共点，计算电网公共点的电能质量指标参数并送给所有的从属控制器；所述至少一个从属控制器与所述至少一个整流器主电路一对一耦合，从属控制器接收该指标参数作为电能质量控制为参考值，通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制方法，控制与其耦合的整流器主电路输出有功功率、或回馈有功功率、或输出有功功率时又向电网公共点注入无功功率和/或谐波抑制、或回馈有功功率时又向电网公共点注入无功功率和/或谐波抑制。此外，本专利技术还提供如下附属技术方案：所述集中控制器与电网公共点之间耦合有电网电流传感器和电网电压传感器；每个整流器主电路的交流侧都耦合有输入电流传感器和输入滤波器；每个整流器主电路的直流侧都耦合有输出电压传感器和输出滤波电容。相比于现有技术，本专利技术的PWM整流器其结构特征是一种电压型PWM整流器，控制系统有集中控制器，和至少一个从属控制器，集中控制器负责计算电网公共点电能质量控制指标，从属控制器以该电能质量指标为参考值，结合自身输出裕量对整流器主电路进行具体控制，并将自身剩余的输出能力余量值返回给集中控制器。实现了以完成直流侧有功功率传输为首要目的，充分利用PWM整流器剩余容量及电池的储能能力解决公共点的电能质量问题本专利技术还提供一种PWM整流器的控制方法，首先从属控制器判断电网是否需要有功回馈；如果不需要，所述PWM整流器进入能量吸收模式，吸收电网有功并向直流侧提供能量，同时从属控制器还可根据电网需求通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制。优选地，在能量吸收模式下，从属控制器控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制，包括：1)通过输出电压传感器测得整流器主电路的直流电压，将直流电压平方后作为反馈量与给定电压基准值平方比较，然后经过PI调节器控制，得到有功功率给定参考值；2)在功率内环控制器中引入功率前馈解耦策略，并将步骤1)的有功功率给定参考值加入到该功率内环控制器中；3)当需要进行无功补偿时，将从属控制器的给定无功输出量加入到步骤2)的功率内环控制器中，再经过PI调节器控制后可得无功调制信号，控制无功补偿；当需要进行谐波抑制时，将谐波有功分量和谐波无功分量加入到步骤2)的功率内环控制器中；当需要进行无功补偿和谐波抑制时，将从属控制器的给定无功输出量、谐波有功分量和谐波无功分量加入到步骤2)的功率内环控制器中。优选地，如果电网需要有功回馈，PWM整流器进入能量反馈模式，往电网输出能量，同时从属控制器还可根据电网需求通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制。优选地，在能量反馈模式下，从属控制器控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制，包括：1)通过输出电压传感器测得整流器主电路的直流电压，将直流电压平方后并作为反馈量与给定电压基准值比较，然后经过PI调节器控制，得到有功功率给定参考值；2)在功率内环控制器中引入功率前馈解耦策略，并将步骤1)的有功功率给定参考值变换成负值，然后加入到该功率内环控制器中；3)当需要进行无功补偿时，将从属控制器的给定无功输出量加入到步骤2)的功率内环控制器中，再经过PI调节器控制后可得无功调制信号，控制无功补偿；当需要进行谐波抑制时，将谐波有功和谐波无功加入到步骤2)的功率内环控制器中；当需要进行无功补偿和谐波抑制时，将从属控制器的给定无功输出量、谐波有功和谐波无功加入到步骤2)的功率内环控制器中。本专利技术的PWM整流器的控制方法使用了在功率内环控制器中引入功率前馈解耦，减少有功功率和无功功率互相干扰，降低PWM整流器在进行无功补偿时对直流侧电压的波动影响。具有能量吸收模式和能量回馈模式，在该两种模式下都可以进行无功补偿和/或谐波抑制，实现了以完成直流侧有功功率传输为首要目的，充分利用PWM整流器剩余容量及储能型负载的能量储存能力解决公共点的电能质量问题。附图说明为了更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼顾电能质量治理的PWM整流器，其特征在于：包括集中控制器、至少一个从属控制器、以及至少一个整流器主电路；所述集中控制器接入电网公共点，计算电网公共点的电能质量并送给所有的从属控制器；所述至少一个从属控制器与所述至少一个整流器主电路一对一耦合，从属控制器接收电能质量，并以电能质量为参考值，通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制与其耦合的整流器主电路输出有功功率、或回馈有功功率、或输出有功功率时又向电网公共点注入无功功率和/或谐波抑制、或回馈有功功率时又向电网公共点注入无功功率和/或谐波抑制。

【技术特征摘要】
1.一种兼顾电能质量治理的PWM整流器，其特征在于：包括集中控制器、至少一个从属控制器、以及至少一个整流器主电路；所述集中控制器接入电网公共点，计算电网公共点的电能质量并送给所有的从属控制器；所述至少一个从属控制器与所述至少一个整流器主电路一对一耦合，从属控制器接收电能质量，并以电能质量为参考值，通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制与其耦合的整流器主电路输出有功功率、或回馈有功功率、或输出有功功率时又向电网公共点注入无功功率和/或谐波抑制、或回馈有功功率时又向电网公共点注入无功功率和/或谐波抑制。2.根据权利要求1所述的PWM整流器，其特征在于：所述集中控制器与电网公共点之间耦合有电网电流传感器和电网电压传感器；每个整流器主电路的交流侧都耦合有输入电流传感器和输入滤波器；每个整流器主电路的直流侧都耦合有输出电压传感器和输出滤波电容。3.根据权利要求2所述的PWM整流器的控制方法，其特征在于：所述从属控制器判断电网是否需要有功回馈；如果不需要，所述PWM整流器进入能量吸收模式，吸收电网有功并向直流侧提供能量，同时从属控制器还可根据电网需求通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制。4.根据权利要求3所述的PWM整流器的控制方法，其特征在于：所述从属控制器控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制，包括：1)通过输出电压传感器测得整流器主电路的直流电压，将直流电压平方后的值作为反馈量与给定电压基准值比较，然后经过PI调节器控制，得到有功功率给定参考值；2)在功率内环控制器中引入功率前馈解耦策略，并将步骤1)的有功功率给定参考值加入到该功率内环控制器中；3)当需要进行无功补偿时，将从属控制器的给定无功输出量加入到步骤2)的功率内环控制器中，再经过PI调节器控制后得出无功调制信号，控制无功补偿；当需要进行谐波抑制时，将谐波瞬时有功功率和谐波瞬时无功功率加入到步骤2)的功率内环控制器中；当需要进行无功补偿和谐波抑制时，将从属控制器的给定无功输出量、谐波瞬时有功功率和谐波瞬时无功功率加入到步骤2)的功率内环控制器中。5.根据权利要求2所述的PWM整流器的控制方法，其特征在于：判断电网是否需要有功回馈；如果需要，所述PWM整流器进入能量反馈模式，往电网输出能量，同时从属控制器还可根据电网需求通过在功率内环控制器中引入功率前馈解耦控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制。6.根据权利要求5所述的PWM整流器的控制方法，其特征在于：所述从属控制器控制整流器主电路进行无功补偿和/或谐波抑制，包括：1)通过输出电压传感器测得整流器主电路的直流电压，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡蔚，
申请(专利权)人：蔡蔚，
类型：发明
国别省市：广西,45