基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法及系统

技术领域

本发明涉及电能质量的分析与恢复技术领域，尤其是一种基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法及系统。

背景技术

随着电力系统中非线性负荷的增多以及中低压配电网系统自身的故障等问题，配电网上经常出现电压波动和电流谐波等问题，有相关统计调查表明：在所有的电能质量问题和投诉中，其中98％是由电压暂降、持续15秒或更短时间的电压中断所造成。由电压暂降问题造成的变电站、大型厂区、办公等地区接触器跳闸、变频器停运、逆变器转换失败等问题，可能由此带来巨大的经济损失和负面社会影响。

目前，电网电压暂降研究方案主要包括以下几种：取配电网三相电压中任意一相电压延迟若干个周期以构造其正交信号，配合普通锁相环进行dq变换可以快速检测电压暂降的深度，但是此方法由于采用延迟构造正交信号，所以存在严重的延迟现象，并无法准确及时的检测出电压暂降。基于双闭环矢量解耦控制策略可以提高电压恢复器在补偿中的动态性能，此方法控制效果更好，响应速度更快，但是也存在对于配电网电压的锁相不够及时准确，造成补偿电压存在误差。基于模糊控制设计的一种增量式参数模糊自适应PID控制，通过实现自适应PID控制参数，达到良好的控制效果，实现电压恢复系统的稳定的补偿电压，此方法依然存在着响应速度不够及时，电压恢复缓慢的问题。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种响应速度更快，补偿效果更好的基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)对配电网侧三相电压和相位进行采集和检测，通过abc-dq变换将三相电压转换为配电网侧直流电压量Ud和Uq；

(2)根据配电网侧直流电压量Ud和Uq，通过计算得到配电网侧电压有效值和相位，将配电网侧电压有效值和相位与配电网侧额定电压有效值和相位比较，判断是否需要驱动电压补偿系统，若需要驱动电压补偿系统，确定所需补偿电压的值；

(3)启动电压补偿系统，电压补偿系统所需补偿电压的值作为逆变单元应输出值，在控制电路中使用SOGI锁相环控制逆变单元输出的电压的大小和相位，达到控制补偿系统的目的；

(4)测量二次绕组侧电压和相位，验证补偿效果。

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(1a)采集配电网侧三相电压的其中任意一相电压Uc，通过对此相电压进行求导的方式得到幅值相同、相位相差120°的其他两相电压：Ua和Ub，构建三相电压Ua、Ub、Uc；

(1b)将三相电压Ua、Ub、Uc进行abc-dq变换，得到配电网侧直流电压量Ud和Uq。

所述步骤(2)具体包括以下步骤：

(2a)计算得到配电网侧电压有效值和相位：

得到配电网侧电压有效值U

(2b)确定发生配电网电压暂降故障后，测量此时二次绕组侧电压值与额定的二次绕组侧电压值的差值，即电压补偿系统所需补偿电压的值。

所述步骤(3)具体是指：将步骤(2)中确定的电压补偿系统所需补偿电压的值作为逆变单元的输出值，在控制电路中使用SOGI锁相环控制逆变单元输出所需的电压和相位，将其输入混合配电变压器的辅助绕组侧，达到补偿目的。

所述步骤(4)具体是指：补偿完成后在仿真中测量二次绕组侧的电压和相位，使用scope示波器与未发生配电网电压暂降故障时的电压进行对比，观察补偿效果。

本发明的另一目的在于提供一种基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法的电压补偿系统，包括：

混合配电变压器，用于变压和耦合补偿系统，将配电网、负载和补偿系统隔离；

逆变单元，用于将直流电压逆变为交流电压，向混合配电变压器的辅助绕组侧输入所需补偿电压的值和相位；

DC/DC变流单元，用于将光伏单元存储的直流电压进行升压，向逆变单元提供直流母线电压；

光伏单元，用于收集并且存储电能，提供能量；

控制电路，用于检测是否发生暂降故障，用于控制逆变单元，向逆变单元输入控制信号；

所述混合配电变压器包括：

一次绕组，用于直接与配电网星形连接；

二次绕组，用于直接与负载侧三角形连接；

辅助绕组，用于与逆变单元输出侧连接；

所述光伏单元的输出端与DC-DC变流单元的输入端相连，DC-DC变流单元的输出端与逆变单元的输入端相连，所述控制电路的输入端接配电网电压，控制电路的输出端与逆变单元的控制端相连。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，采用取单项求导构造三项，配合SOGI锁相环进行abc-dq变换，此检测方式用时非常短，不存在延迟现象，并且能够准确及时采集配电网侧的相位情况，能够确保及时检测电压暂降状况；第二，本发明的补偿电压耦合方式基于混合配电变压器的基础上，具有非常好的隔离效果，混合配电变压器的辅助绕组端输入的电能来自光伏单元，属于清洁的可再生能源。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的系统结构示意图；

图3是配电网侧电压暂降仿真图；

图4是补偿系统补偿电压仿真图；

图5是补偿后负载侧电压仿真图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)对配电网侧三相电压和相位进行采集和检测，通过abc-dq变换将三相电压转换为配电网侧直流电压量Ud和Uq；

(2)根据配电网侧直流电压量Ud和Uq，通过计算得到配电网侧电压有效值和相位，将配电网侧电压有效值和相位与配电网侧额定电压有效值和相位比较，判断是否需要驱动电压补偿系统，若需要驱动电压补偿系统，确定所需补偿电压的值；

(3)启动电压补偿系统，电压补偿系统所需补偿电压的值作为逆变单元5应输出值，在控制电路8中使用SOGI锁相环控制逆变单元5输出的电压的大小和相位，达到控制补偿系统的目的；

(4)测量二次绕组3侧电压和相位，验证补偿效果。

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(1a)采集配电网侧三相电压的其中任意一相电压Uc，通过对此相电压进行求导的方式得到幅值相同、相位相差120°的其他两相电压：Ua和Ub，构建三相电压Ua、Ub、Uc；

(1b)将三相电压Ua、Ub、Uc进行abc-dq变换，得到配电网侧直流电压量Ud和Uq。

所述步骤(2)具体包括以下步骤：

(2a)计算得到配电网侧电压有效值和相位：

得到配电网侧电压有效值U

(2b)确定发生配电网电压暂降故障后，测量此时二次绕组3侧电压值与额定的二次绕组3侧电压值的差值，即电压补偿系统所需补偿电压的值。

所述步骤(3)具体是指：将步骤(2)中确定的电压补偿系统所需补偿电压的值作为逆变单元5的输出值，在控制电路8中使用SOGI锁相环控制逆变单元5输出所需的电压和相位，将其输入混合配电变压器的辅助绕组1侧，达到补偿目的。

所述步骤(4)具体是指：补偿完成后在仿真中测量二次绕组3侧的电压和相位，使用scope示波器与未发生配电网电压暂降故障时的电压进行对比，观察补偿效果。

本发明的另一目的在于提供一种基于混合配电变压器的配电网电压暂降快速补偿方法的电压补偿系统，包括：

混合配电变压器，用于变压和耦合补偿系统，将配电网、负载4和补偿系统隔离；

逆变单元5，用于将直流电压逆变为交流电压，向混合配电变压器的辅助绕组1侧输入所需补偿电压的值和相位；

DC/DC变流单元，用于将光伏单元7存储的直流电压进行升压，向逆变单元5提供直流母线电压；

光伏单元7，用于收集并且存储电能，提供能量；

控制电路8，用于检测是否发生暂降故障，用于控制逆变单元5，向逆变单元5输入控制信号；

所述混合配电变压器包括：

一次绕组2，用于直接与配电网星形连接；

二次绕组3，用于直接与负载4侧三角形连接；

辅助绕组1，用于与逆变单元5输出侧连接；

所述光伏单元7的输出端与DC-DC变流单元6的输入端相连，DC-DC变流单元6的输出端与逆变单元5的输入端相连，所述控制电路8的输入端接配电网电压，控制电路8的输出端与逆变单元5的控制端相连。

以下结合图1至5对本发明作进一步的说明。

将待补偿的电压值通过计算得到逆变单元5的输出值，控制电路8配合SOGI锁相环，按照SOGI锁相环输出的电网电压的相位和控制电路8输出的控制信号共同作用下输出合适交流电压进入辅助绕组1，同时辅助绕组1在混合变压器内产生磁通，经过控制逆变单元5输出的交流电压的大小和相位，控制辅助绕组1产生的磁通的大小，从而达到控制二次侧电路耦合电压和相位的效果。交流电压直接输入辅助绕组1，通过磁耦合的方式对二次绕组3进行电压补偿，这种补偿方式不但能够起到隔离作用而且输出的补偿电压与电网发生暂降后的电压相位一致，幅值达到电网额定的电压值。

如图1的控制电路8所示，以SOGI锁相环获取与一次侧配电网相同的相位，以该相位为基础构建同相位sin函数，求导构建的三相电压经过abc-dq变换得到暂降后的Ud，与配电网额定电压经过abc-dq变换对应的额定Ud相比较，比较后的差值输入PI调节器，PI调节器输出值与配电网同相位正弦函数相乘得到调制信号，调制信号通过与三角波比较得到控制信号，逆变单元5需要按照锁相环输出的配电网的相位和控制电路8输出的控制信号共同作用下输出合适交流电压。

结合图2和图3，查看二次绕组3侧电压和相位，验证补偿效果具体是指：首先搭建混合配电变压器的配电网仿真模型，模拟配电网发生电压暂降，补偿完成后在仿真中测量二次绕组3侧的电压和相位，使用scope示波器与未发生配电网电压暂降故障时的电压进行对比，观察此方法的补偿效果。图4可以看出仿真验证此方法可以精确迅速的实现混合配电变压器的配电网电压暂降补偿效果。

综上所述，本发明采用取单项求导构造三项，配合SOGI锁相环进行abc-dq变换，此检测方式用时非常短，不存在延迟现象，并且能够准确及时采集配电网侧的相位情况，能够确保及时检测电压暂降状况；本发明的补偿电压耦合方式基于混合配电变压器的基础上，具有非常好的隔离效果，混合配电变压器的辅助绕组1端输入的电能来自光伏单元7，属于清洁的可再生能源。