本發(fā)明屬于電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種無功靜止發(fā)生器svg、解耦方法及并聯(lián)協(xié)調(diào)方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前的低壓模塊化靜止無功發(fā)生器（svg,staticvargenerator）產(chǎn)品，廠家為方便產(chǎn)品線的擴(kuò)展與完善，常采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，以滿足不同用戶對(duì)svg產(chǎn)品不同容量的需求。svg的最終產(chǎn)品，由多個(gè)功率模塊構(gòu)成，每個(gè)功率模塊均擁有自己獨(dú)立的控制器。

現(xiàn)有模塊化低壓svg，在電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，控制存在如下缺點(diǎn)：各模塊的控制器獨(dú)立運(yùn)算，模塊與模塊的控制器之間缺乏有效地協(xié)調(diào)，在模塊直流母線電壓的控制上，每個(gè)模塊的控制器均需加入相關(guān)算法，導(dǎo)致各個(gè)控制器耗費(fèi)大量的運(yùn)算資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種無功靜止發(fā)生器svg、解耦方法及并聯(lián)協(xié)調(diào)方法，減輕模塊化svg系統(tǒng)中各模塊控制器的運(yùn)算壓力，使之充分發(fā)揮模塊化系統(tǒng)的優(yōu)勢，更加適應(yīng)于不平衡電網(wǎng)的運(yùn)行。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種模塊化靜止無功靜止發(fā)生器（svg），包括第一功率模塊和第二功率模塊，所述第一功率模塊和第二功率模塊均采用兩電平三相全控橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，第一功率模塊和第二功率模塊的交流側(cè)a相、b相和c相并聯(lián)后接入三相三線制電網(wǎng)，第一功率模塊和第二功率模塊的直流側(cè)對(duì)應(yīng)相并聯(lián)后輸出直流電壓，所述第一功率模塊還包括第一控制器，第二功率模塊還包括第二控制器，第一控制器與第二控制器通過光纖進(jìn)行通訊。

一種模塊化靜止無功發(fā)生器的解耦運(yùn)算方法的步驟是：

（a）三相三線制電網(wǎng)中電壓不平衡時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法，將電網(wǎng)電壓us分解成正序電壓分量和負(fù)序電壓分量,如式(1)所示：

(1)

式（1）中為電網(wǎng)電壓正序分量中的有功成分，為電網(wǎng)電壓正序分量中的無功成分，為電網(wǎng)電壓負(fù)序分量中的有功成分，為電網(wǎng)電壓負(fù)序分量中的無功成分；

（b）由第一功率模塊和第二功率模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到其交流側(cè)在dq坐標(biāo)系下的電壓等式，如式(2)所示：

(2)

式（2）中，vdq為交流側(cè)的輸出電壓矢量，va、vb、vc分別為交流側(cè)a相、b相、c相的相電壓，ia、ib、ic為交流側(cè)a相、b相、c相的相電流；

（c）由于電網(wǎng)電壓us的影響，勢必會(huì)導(dǎo)致交流側(cè)輸出電流idq也存在正序分量與負(fù)序分量，因此，在不平衡電網(wǎng)下所述第一功率模塊第二功率模塊和對(duì)電網(wǎng)能量的吸收如式(3)所示：

(3)

式(3)中p0為穩(wěn)定第一功率模塊和第二功率模塊直流母線電壓而吸收的有功能量,(3)式中pc2、ps2、q0、qc2、qs2為不平衡電網(wǎng)負(fù)序電壓造成的影響，所述pc2、ps2隨電網(wǎng)電壓不平衡的加重將直接影響所述直流母線電壓的大小；所述q0、qc2、qs2均會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓的波動(dòng)，其中qc2、qs2為第一功率模塊和第二功率模塊吸收無功的交流分量，其平均值為零；q0為第一功率模塊和第二功率模塊吸收無功的直流分量，其會(huì)導(dǎo)致所述模塊化無功靜止發(fā)生器(svg)補(bǔ)償無功的偏差，因此所述pc2、ps2、q0、qc2、qs2需要考慮消除，其表達(dá)式如式(4)所示：

(4)

（d）要消除pc2、ps2、q0、qc2、qs2，需消除不平衡電網(wǎng)電壓對(duì)pc2、ps2、q0造成的影響，據(jù)式(4)可得式(5)矩陣等式形式：

(5)

（e）令pc2、ps2、q0均等于“0”，則式(5)可變換為式(6)：

(6)

整理后可得：

(7)

在得到p0后，可通過式(7)消除不平衡電網(wǎng)電壓對(duì)系統(tǒng)母線電壓的影響。

一種模塊化靜止無功發(fā)生器的并聯(lián)協(xié)調(diào)控制方法的步驟是：

（a）第一功率模塊的控制，將svg的直流母線的指令電壓減去實(shí)測的直流母線電壓，經(jīng)過第一pi控制器后可得svg的直流母線所需的有功電流，將指令電壓乘以所需的有功電流可得svg所需的直流有功功率，將svg所需的直流有功功率乘以第一解耦公式可得第一功率模塊輸入的正序有功電流指令，第一功率模塊輸入的正序有功電流指令減去第一功率模塊交流側(cè)實(shí)測的正序基波的有功電流，經(jīng)過第二pi控制器后，可得第一功率模塊交流電感的有功電壓分量v1ld，用電網(wǎng)電壓基波正序的有功分量減去第一功率模塊中交流電感的有功電壓分量v1ld可得第一功率模塊所需調(diào)制的基波正序有功電壓分量，將svg所需的直流有功功率乘以第二解耦公式可得第一功率模塊輸入的正序無功電流指令，第一功率模塊輸入的正序無功電流指令加上系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)恼驘o功電流后再減去第一功率模塊交流側(cè)實(shí)測的正序基波的無功電流，經(jīng)過第三pi控制器后得到第一功率模塊交流電感的無功電壓分量v1lq，用電網(wǎng)電壓基波正序的無功分量減去第一功率模塊交流電感的無功電壓分量v1lq可得第一功率模塊所需調(diào)制的基波正序無功電壓分量，最后將第一功率模塊所需調(diào)制的基波正序有功電壓分量與第一功率模塊所需調(diào)制的基波正序無功電壓分量通過svpwm調(diào)制后驅(qū)動(dòng)第一功率模塊中的功率器件，完成第一功率模塊的控制；

（b）第二功率模塊的控制，將svg所需的直流有功功率乘以第三解耦公式可得第二功率模塊輸入的負(fù)序有功電流指令，第二功率模塊輸入的負(fù)序有功電流指令減去第二功率模塊交流側(cè)實(shí)測的負(fù)序基波的有功電流，經(jīng)過第四pi控制器后，得到第二功率模塊交流電感的有功電壓分量v2ld，用電網(wǎng)電壓基波負(fù)序的有功分量減去第二功率模塊交流電感的有功電壓分量v2ld可得第二功率模塊所需調(diào)制的基波負(fù)序有功電壓分量，將svg所需的直流有功功率乘以第四解耦公式可得第二功率模塊輸入的負(fù)序無功電流指令，第二功率模塊輸入的負(fù)序無功電流指令加上系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)呢?fù)序無功電流后，減去第二功率模塊交流側(cè)實(shí)測的負(fù)序基波的無功電流，再經(jīng)過第五pi控制器后得到第二功率模塊交流電感的無功電壓分量v2lq，用電網(wǎng)電壓基波負(fù)序的無功分量減去第二功率模塊交流電感的無功電壓分量v2lq可得第二功率模塊所需調(diào)制的基波負(fù)序無功電壓分量，最后將第二功率模塊所需調(diào)制的基波負(fù)序有功電壓分量與第二功率模塊所需調(diào)制的基波負(fù)序無功電壓分量通過svpwm調(diào)制后驅(qū)動(dòng)第二功率模塊中的功率器件完成最終的控制。

進(jìn)一步的，所述第一功率模塊的啟動(dòng)過程包括以下幾步：第一步，對(duì)第一功率模塊系統(tǒng)中相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，所述寄存器包括gpio相關(guān)寄存器、系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)寄存器、定時(shí)器相關(guān)寄存器、pwm相關(guān)寄存器、中斷相關(guān)寄存器，要求參與觸發(fā)脈沖的i/o口以pwm模式輸出，所述定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，設(shè)置定時(shí)器周期中斷，設(shè)定比較寄存器的值計(jì)數(shù)器下溢裝載；第二步，向第二功率模塊中第二控制器發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)；第三步，等待第二功率模塊中第二控制器同步反饋信號(hào)，若未收到該反饋信號(hào)，則執(zhí)行第二步；若收到該信號(hào)，則執(zhí)行第四步；第四步，第一功率模塊系統(tǒng)中定時(shí)器中斷使能，第一功率模塊啟動(dòng)完畢。

進(jìn)一步的，所述第二功率模塊的啟動(dòng)過程包括以下幾步：第一步，對(duì)第二功率模塊系統(tǒng)中相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，所述寄存器包括gpio相關(guān)寄存器、系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)寄存器、定時(shí)器相關(guān)寄存器、pwm相關(guān)寄存器、中斷相關(guān)寄存器，要求參與觸發(fā)脈沖的i/o口以pwm模式輸出，定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，設(shè)置定時(shí)器周期中斷，設(shè)定比較寄存器的值計(jì)數(shù)器下溢裝載；第二步，等待第一功率模塊中第一控制器發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)，若收到第一功率模塊中第一控制器的同步信號(hào)，執(zhí)行第三步；若未收到該信號(hào)，繼續(xù)執(zhí)行第二步；第三步，向第一控制器發(fā)送同步反饋信號(hào)；第四步，第二功率模塊系統(tǒng)中定時(shí)器中斷使能，第二功率模塊啟動(dòng)完畢。

進(jìn)一步的，所述第一控制器中斷過程包括以下幾步：第一步，進(jìn)入定時(shí)器周期中，等待第二控制器發(fā)送的同步信號(hào)；第二步，若收到第二控制器發(fā)送的同步信號(hào)，執(zhí)行第三步，否則執(zhí)行第一步；第三步，開始計(jì)算svg所需的直流有功功率；第四步，將計(jì)算svg所需的直流有功功率的結(jié)果發(fā)送給第二控制器；第五步，解耦運(yùn)算第一功率模塊中各開關(guān)管的作用時(shí)間，計(jì)算過程如權(quán)利要求2中第一功率模塊的控制過程；第六步，將計(jì)算出的比較寄存器的值對(duì)應(yīng)裝載于比較寄存器中；第七步：退出中斷。

進(jìn)一步的，所述第二控制器中斷過程包括以下幾步：第一步，進(jìn)入定時(shí)器周期中，向第一控制器發(fā)送同步信號(hào)；第二步，等待第一控制器發(fā)送的svg所需的直流有功功率，若收到svg所需的直流有功功率則執(zhí)行第三步，否則執(zhí)行第一步；第三步，解耦運(yùn)算第二功率模塊各開關(guān)管的作用時(shí)間，計(jì)算過程如權(quán)利要求3中第二功率模塊的控制過程；第四步，將計(jì)算出的比較寄存器的值對(duì)應(yīng)裝載于比較寄存器中；第五步，退出中斷。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

在不平衡電網(wǎng)下，本發(fā)明能發(fā)揮svg模塊化多處理器的優(yōu)勢，將各模塊的直流側(cè)均并聯(lián)到了一起，通過控制方法合理地將正負(fù)序能量進(jìn)行分序處理，為各模塊處理器協(xié)調(diào)分擔(dān)運(yùn)算壓力，這對(duì)于運(yùn)算資源相對(duì)緊張的嵌入式控制器來說具有非常重要的意義。

附圖說明

圖1為模塊化靜止無功發(fā)生器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2為不平衡電網(wǎng)電壓下第一功率模塊的控制框圖；

圖3為不平衡電網(wǎng)電壓下第二功率模塊的控制框圖；

圖4為第一功率模塊的啟動(dòng)流程圖；

圖5為第二功率模塊的啟動(dòng)流程圖；；

圖6為第一控制器中斷流程圖；

圖7為第二控制器中斷流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

一種模塊化靜止無功靜止發(fā)生器（svg），如圖1所示，包括第一功率模塊1和第二功率模塊2，所述第一功率模塊1和第二功率模塊2均采用兩電平三相全控橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，第一功率模塊1和第二功率模塊2的交流側(cè)4a相、b相和c相并聯(lián)后接入三相三線制電網(wǎng)3，第一功率模塊1和第二功率模塊2的直流側(cè)5對(duì)應(yīng)相并聯(lián)后輸出直流電壓，所述第一功率模塊1還包括第一控制器，第二功率模塊2還包括第二控制器，第一控制器與第二控制器通過光纖進(jìn)行通訊。

一種模塊化靜止無功發(fā)生器的解耦運(yùn)算方法的步驟是：

（a）三相三線制電網(wǎng)中電壓不平衡時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法，將電網(wǎng)電壓us分解成正序電壓分量和負(fù)序電壓分量,如式(1)所示：

(1)

式（1）中為電網(wǎng)電壓正序分量中的有功成分，為電網(wǎng)電壓正序分量中的無功成分，為電網(wǎng)電壓負(fù)序分量中的有功成分，為電網(wǎng)電壓負(fù)序分量中的無功成分；

（b）由第一功率模塊和第二功率模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到其交流側(cè)在dq坐標(biāo)系下的電壓等式，如式(2)所示：

(2)

式（2）中，vdq為交流側(cè)的輸出電壓矢量，va、vb、vc分別為交流側(cè)a相、b相、c相的相電壓，ia、ib、ic為交流側(cè)a相、b相、c相的相電流；

（c）由于電網(wǎng)電壓us的影響，勢必會(huì)導(dǎo)致交流側(cè)輸出電流idq也存在正序分量與負(fù)序分量，因此，在不平衡電網(wǎng)下所述第一功率模塊第二功率模塊和對(duì)電網(wǎng)能量的吸收如式(3)所示：

(3)

式(3)中p0為穩(wěn)定第一功率模塊和第二功率模塊直流母線電壓而吸收的有功能量,(3)式中pc2、ps2、q0、qc2、qs2為不平衡電網(wǎng)負(fù)序電壓造成的影響，所述pc2、ps2隨電網(wǎng)電壓不平衡的加重將直接影響所述直流母線電壓的大??；所述q0、qc2、qs2均會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓的波動(dòng)，其中qc2、qs2為第一功率模塊和第二功率模塊吸收無功的交流分量，其平均值為零；q0為第一功率模塊和第二功率模塊吸收無功的直流分量，其會(huì)導(dǎo)致所述模塊化無功靜止發(fā)生器(svg)補(bǔ)償無功的偏差，因此所述pc2、ps2、q0、qc2、qs2需要考慮消除，其表達(dá)式如式(4)所示：

(4)

（d）要消除pc2、ps2、q0、qc2、qs2，需消除不平衡電網(wǎng)電壓對(duì)pc2、ps2、q0造成的影響，據(jù)式(4)可得式(5)矩陣等式形式：

(5)

（e）令pc2、ps2、q0均等于“0”，則式(5)可變換為式(6)：

(6)

整理后可得：

(7)

在得到p0后，可通過式(7)消除不平衡電網(wǎng)電壓對(duì)系統(tǒng)母線電壓的影響。

一種模塊化靜止無功發(fā)生器的并聯(lián)協(xié)調(diào)控制方法的步驟是：

（a）第一功率模塊1的控制，如圖2所示，將svg的直流母線的指令電壓6減去實(shí)測的直流母線電壓7，經(jīng)過第一pi控制器8后可得svg的直流母線所需的有功電流9，將指令電壓6乘以所需的有功電流可9得svg所需的直流有功功率10，將svg所需的直流有功功率10乘以第一解耦公式11可得第一功率模塊1輸入的正序有功電流指令14，第一功率模塊1輸入的正序有功電流指令14減去第一功率模塊1交流側(cè)實(shí)測的正序基波的有功電流15，經(jīng)過第二pi控制器18后，可得第一功率模塊1交流電感的有功電壓分量v1ld，用電網(wǎng)電壓基波正序的有功分量21減去第一功率模塊1中交流電感的有功電壓分量v1ld可得第一功率模塊1所需調(diào)制的基波正序有功電壓分量22，將svg所需的直流有功功率10乘以第二解耦公式12可得第一功率模塊1輸入的正序無功電流指令13，第一功率模塊1輸入的正序無功電流指令13加上系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)恼驘o功電流17后再減去第一功率模塊1交流側(cè)實(shí)測的正序基波的無功電流16，經(jīng)過第三pi控制器19后得到第一功率模塊1交流電感的無功電壓分量v1lq，用電網(wǎng)電壓基波正序的無功分量20減去第一功率模塊1交流電感的無功電壓分量v1lq可得第一功率模塊1所需調(diào)制的基波正序無功電壓分量23，最后將第一功率模塊1所需調(diào)制的基波正序有功電壓分量22與第一功率模塊1所需調(diào)制的基波正序無功電壓分量23通過svpwm調(diào)制24后驅(qū)動(dòng)第一功率模塊1中的功率器件25，完成第一功率模塊1的控制；

（b）第二功率模塊2的控制，如圖3所示，將svg所需的直流有功功率10乘以第三解耦公式26可得第二功率模塊2輸入的負(fù)序有功電流指令29，第二功率模塊2輸入的負(fù)序有功電流指令29減去第二功率模塊2交流側(cè)實(shí)測的基波負(fù)序的有功電流30，經(jīng)過第四pi控制器33后，得到第二功率模塊2交流電感的有功電壓分量v2ld，用電網(wǎng)電壓基波負(fù)序的有功分量36減去第二功率模塊2交流電感的有功電壓分量v2ld可得第二功率模塊2所需調(diào)制的基波負(fù)序有功電壓分量37，將svg所需的直流有功功率10乘以第四解耦公式27可得第二功率模塊2輸入的負(fù)序無功電流指令28，第二功率模塊2輸入的負(fù)序無功電流28指令加上系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)呢?fù)序無功電流32后，減去第二功率模塊2交流側(cè)實(shí)測的負(fù)序基波的無功電流31，再經(jīng)過第五pi控制器后34得到第二功率模塊2交流電感的無功電壓分量v2lq，用電網(wǎng)電壓基波負(fù)序的無功分量35減去第二功率模塊2交流電感的無功電壓分量v2lq可得第二功率模塊2所需調(diào)制的基波負(fù)序無功電壓分量38，最后將第二功率模塊2所需調(diào)制的基波負(fù)序有功電壓分量37與第二功率模塊2所需調(diào)制的基波負(fù)序無功電壓分量38通過svpwm調(diào)制39后驅(qū)動(dòng)第二功率模塊2中的功率器件40完成最終的控制。

如圖4所示，所述第一功率模塊的啟動(dòng)過程包括以下幾步：第一步，對(duì)第一功率模塊1系統(tǒng)中相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，所述寄存器包括gpio相關(guān)寄存器、系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)寄存器、定時(shí)器相關(guān)寄存器、pwm相關(guān)寄存器、中斷相關(guān)寄存器，要求參與觸發(fā)脈沖的i/o口以pwm模式輸出，所述定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，設(shè)置定時(shí)器周期中斷，設(shè)定比較寄存器的值計(jì)數(shù)器下溢裝載；第二步，向第二功率模塊2中第二控制器發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)；第三步，等待第二功率模塊2中第二控制器同步反饋信號(hào)，若未收到該反饋信號(hào)，則執(zhí)行第二步；若收到該信號(hào)，則執(zhí)行第四步；第四步，第一功率模塊1系統(tǒng)中定時(shí)器中斷使能，第一功率模塊1啟動(dòng)完畢。

如圖5所示，所述第二功率模塊2的啟動(dòng)過程包括以下幾步：第一步，對(duì)第二功率模塊2系統(tǒng)中相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，所述寄存器包括gpio相關(guān)寄存器、系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)寄存器、定時(shí)器相關(guān)寄存器、pwm相關(guān)寄存器、中斷相關(guān)寄存器，要求參與觸發(fā)脈沖的i/o口以pwm模式輸出，定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，設(shè)置定時(shí)器周期中斷，設(shè)定比較寄存器的值計(jì)數(shù)器下溢裝載；第二步，等待第一功率模塊1中第一控制器發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)，若收到第一功率模塊1中第一控制器的同步信號(hào)，執(zhí)行第三步；若未收到該信號(hào)，繼續(xù)執(zhí)行第二步；第三步，向第一控制器發(fā)送同步反饋信號(hào)；第四步，第二功率模塊2系統(tǒng)中定時(shí)器中斷使能，第二功率模塊2啟動(dòng)完畢。

如圖6所示，所述第一控制器中斷過程包括以下幾步：第一步，進(jìn)入定時(shí)器周期中，等待第二控制器發(fā)送的同步信號(hào)；第二步，若收到第二控制器發(fā)送的同步信號(hào)，執(zhí)行第三步，否則執(zhí)行第一步；第三步，開始計(jì)算svg所需的直流有功功率；第四步，將計(jì)算svg所需的直流有功功率的結(jié)果發(fā)送給第二控制器；第五步，解耦運(yùn)算第一功率模塊1中各開關(guān)管的作用時(shí)間，計(jì)算過程如權(quán)利要求2中第一功率模塊1的控制過程；第六步，將計(jì)算出的比較寄存器的值對(duì)應(yīng)裝載于比較寄存器中；第七步：退出中斷。

如圖7所示，所述第二控制器中斷過程包括以下幾步：第一步，進(jìn)入定時(shí)器周期中，向第一控制器發(fā)送同步信號(hào)；第二步，等待第一控制器發(fā)送的svg所需的直流有功功率，若收到svg所需的直流有功功率則執(zhí)行第三步，否則執(zhí)行第一步；第三步，解耦運(yùn)算第二功率模塊2各開關(guān)管的作用時(shí)間，計(jì)算過程如權(quán)利要求3中第二功率模塊2的控制過程；第四步，將計(jì)算出的比較寄存器的值對(duì)應(yīng)裝載于比較寄存器中；第五步，退出中斷。