[發明專利]抑制電壓補償器串聯變壓器磁飽和的磁鏈控制法

有效

• 申請號: 202010868832.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112202179B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 任遠;王金浩;李勝文;常瀟;劉翼肇;高樂;王浩;張世峰;李慧蓬;孟潤泉;孫直
• 申請（專利權）人: 國網山西省電力公司電力科學研究院;太原理工大學;國網山西省電力公司
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J5/00;H02J3/24;H01F27/42;H02P13/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

1.一種抑制電壓補償器串聯變壓器磁飽和的磁鏈控制法，其特征在于：三相交流電中A相、B相、C相的每相電分別連接一個濾波電路后連接交流子網或者負載，三相交流電的濾波電路通過串聯變壓器連接功率傳輸模塊，功率傳輸模塊連接控制模塊和直流子網模塊，串聯變壓器中的三個勵磁電感分別作為一路濾波電路的電感，串聯變壓器、功率傳輸模塊、控制模塊構、直流子網模塊成動態電壓補償器，三相交流電中每相電路的結構相同；抑制動態電壓補償器串聯變壓器磁飽和的電路的控制模塊的控制策略包括三個步驟，步驟一、根據實際應用場景建立的等效單相等效電路圖上得出被控對象的狀態方程；步驟二、設計磁鏈控制環節、直流偏磁抑制環節、電壓調節環節三個狀態反饋環節；步驟三、設計電流擾動前饋環節；

步驟二中設計磁鏈控制環節，在狀態變量x與第一磁鏈指令λ_m1*之間加入第一狀態反饋向量K₁，K₁的作用包括改造對象模型、消除勵磁磁鏈與其余狀態變量的耦合、提高磁鏈指令的動態跟蹤性能，磁鏈控制環節設置完即可達到使動態電壓補償器輸出變壓器的勵磁磁鏈跟蹤磁鏈指令的效果；設計直流偏磁抑制環節，雖然通過磁鏈環指令限幅可以防止變壓器發生磁飽和現象，但如果直流磁鏈得不到衰減變壓器的直流偏磁容易導致磁鏈再次限幅，不利于動態電壓補償器持續運行，因此要在磁鏈跟蹤環節的基礎上添加偏磁抑制環節，在狀態變量x與第二磁鏈指令λ_m*之間加入第二狀態反饋向量K₂和積分環節，因此可通過磁鏈積分反饋實現了串聯變壓器中直流磁鏈的抑制；設計電壓調節環節，經過前兩個環的控制，會對輸出電壓V_dvr產生一定的影響，因此要在狀態變量x與v_DVR*之間加入第三狀態反饋向量K₃和輸出電壓調節器G_v(s)，電壓調節器G_v(s)采用積分環節來調節輸出電壓的穩態誤差，在磁鏈控制環節和電壓調節環節之中用磁鏈限幅模塊來完成對串聯變壓器中磁鏈的幅值限制功能；串聯變壓器中的磁鏈沒有到限制值時，電壓調節環的第三狀態反饋向量K₃和磁鏈控制環節的第一狀態反饋向量K₁同時發揮功效，此時，動態電壓補償器正常輸出補償電壓；當磁鏈超過限幅值時電壓調節環飽和，動態電壓補償器在兩個磁鏈控制環節的控制下運行于磁鏈限幅狀態，此時動態電壓補償器的輸出電壓約等于串聯變壓器線路側漏電感上的電壓；

步驟三中設計電流擾動反饋環節，動態電壓補償器的輸出電壓在受到參考電壓影響的同時，還會因為配電網接負載側的電流或配電網接交流子網側電流的擾動而受到影響，不管串聯變壓器是否發生磁飽和現象，負載電流都會對電壓和磁鏈的控制精度產生擾動影響，需要設計第一前項反饋H₁(s)、第二前項反饋H₂(s)減小等效負載電流對補償電壓的擾動；

第一前項反饋H₁(s)的設計：

K₁+K₃＝K₄＝[K₄₁?K₄₂?K₄₃]，

其中，K₄是第一狀態反饋向量K₁和第三狀態反饋向量K₃相加而得出的向量，K₄₁、K₄₂、K₄₃分別是K₄中對應三個狀態變量λ_m、i₂、V_DVR位置的分量；

b₀＝L_m

b₁＝C_fL_mr₂

b₂＝C_fL_mL₂

a₀＝r₂(K₄₁L_m-r₁)

a₁＝K₄₁L_m(L₂+C_f1r₂²)+L_m(K₁₂-K₄₂-K₁₃r₂)-(L₁+L_m)r₂-L₂r₁-C_f1r₁r₂²

a₂＝2K₄₁C_f1LmL₂r₂-K₄₂C_f1L_mr₂-K₁₃L_mL₂-L₂(L₁+L_m)-C_f1r₂[(L₁+L_m)r₂+(2L₂+L_m)r₁]

a₃＝C_f1[K₄₁L_mL₂²-K₄₂L_mL₂-L_Pr₂-L₂(L₁+L_m)r₂-L₂(L₂+L_m)r₁]

a₄＝-L_pL₂C_f1

a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、b₀、b₁、b₂是常數系數；

第二前項反饋H₂(s)的設計：

K₁＝[K₁₁?K₁₂?K₁₃]

K₁₁、K₁₂、K₁₃分別是K₁中對應三個狀態變量λ_m、i₂、V_DVR位置的分量，S是傳遞函數中的變量經拉普拉斯變換后的變量符號；

H₁(s)的作用是補償負載電流對與磁鏈控制產生的影響，H₁(s)、H₂(s)同時作用在動態電壓補償器正常工作時，提升輸出電壓對于負載電流的抗擾動能力。

2.權利要求1所述的一種抑制電壓補償器串聯變壓器磁飽和的磁鏈控制法，其特征在于：步驟一中的具體步驟為

根據實際電路等效出的單相電路圖，依據基爾霍夫電壓、電流定律列出電路的狀態方程，

可得出被控對象A相的基爾霍夫電壓和電流方程，如下：

其中i₁＝i₂-i_m＝i₂-(λ_m/L_m)，由于三相交流電中每相電路的結構相同，上述方程同樣適用于C相和B相，式中C_f1是A相濾波電路的電容，其等于B相濾波電路的電容C_f2，也等于C相濾波電路的電容C_f3,v_DVR是三相交流電中每相濾波電路對應的串聯變壓器輸出的電壓，i_L是三相交流電中每相濾波電路與交流子網或負載之間的電流，r₁是三相交流電每相串聯變壓器一次側即和ACDC逆變器連接的一側的等效電阻，r₂是三相交流電每相串聯變壓器二次側即和電容濾波器連接的一側的等效電阻，L₁是三相交流電每相串聯變壓器一次側即和ACDC逆變器連接的一側的漏電感，L₂是三相交流電每相串聯變壓器二次側即和電容濾波器連接的一側的漏電感，v_m是三相交流電每相串聯變壓器的勵磁電感上的電壓，v_i是電壓補償器A相串聯變壓器一次側的輸入電壓，

以串聯變壓器勵磁磁鏈λ_m、三相交流電每相串聯變壓器二次側i₂及三相交流電中每相濾波電路對應的串聯變壓器輸出的電壓V_DVR為狀態變量，則替換后的狀態方程為：

其中L_p＝L₁L_m+L₁L₂+L₂L_m，L_m是串聯變壓器的勵磁電感，L_p是引入的一個參數表達式沒特別含義；

推導出動態電壓補償器等效電路的狀態空間方程：

其中，x＝[λ_m?i₂?v_DVR]^T，u＝[v_i?i_L]^T，C_y＝[0?0?1]，y是控制環節的最終輸出量v_DVR的矩陣表示形式；

該狀態空間方程對應被控對象，AA是被控對象狀態變量向量的系數矩陣，C_y是被控對象輸出量的系數矩陣，B_v是被控對象輸入量v_i的系數矩陣拆分形成的列向量，B_i是被控對象輸入量i_L的系數矩陣拆分形成的列向量，BB是u的系數矩陣。