[发明专利]抑制电压补偿器串联变压器磁饱和的磁链控制法

权利要求书

1.一种抑制电压补偿器串联变压器磁饱和的磁链控制法，其特征在于：三相交流电中A相、B相、C相的每相电分别连接一个滤波电路后连接交流子网或者负载，三相交流电的滤波电路通过串联变压器连接功率传输模块，功率传输模块连接控制模块和直流子网模块，串联变压器中的三个励磁电感分别作为一路滤波电路的电感，串联变压器、功率传输模块、控制模块构、直流子网模块成动态电压补偿器，三相交流电中每相电路的结构相同；抑制动态电压补偿器串联变压器磁饱和的电路的控制模块的控制策略包括三个步骤，步骤一、根据实际应用场景建立的等效单相等效电路图上得出被控对象的状态方程；步骤二、设计磁链控制环节、直流偏磁抑制环节、电压调节环节三个状态反馈环节；步骤三、设计电流扰动前馈环节；

步骤二中设计磁链控制环节，在状态变量x与第一磁链指令λ_m1*之间加入第一状态反馈向量K₁，K₁的作用包括改造对象模型、消除励磁磁链与其余状态变量的耦合、提高磁链指令的动态跟踪性能，磁链控制环节设置完即可达到使动态电压补偿器输出变压器的励磁磁链跟踪磁链指令的效果；设计直流偏磁抑制环节，虽然通过磁链环指令限幅可以防止变压器发生磁饱和现象，但如果直流磁链得不到衰减变压器的直流偏磁容易导致磁链再次限幅，不利于动态电压补偿器持续运行，因此要在磁链跟踪环节的基础上添加偏磁抑制环节，在状态变量x与第二磁链指令λ_m*之间加入第二状态反馈向量K₂和积分环节，因此可通过磁链积分反馈实现了串联变压器中直流磁链的抑制；设计电压调节环节，经过前两个环的控制，会对输出电压V_dvr产生一定的影响，因此要在状态变量x与v_DVR*之间加入第三状态反馈向量K₃和输出电压调节器G_v(s)，电压调节器G_v(s)采用积分环节来调节输出电压的稳态误差，在磁链控制环节和电压调节环节之中用磁链限幅模块来完成对串联变压器中磁链的幅值限制功能；串联变压器中的磁链没有到限制值时，电压调节环的第三状态反馈向量K₃和磁链控制环节的第一状态反馈向量K₁同时发挥功效，此时，动态电压补偿器正常输出补偿电压；当磁链超过限幅值时电压调节环饱和，动态电压补偿器在两个磁链控制环节的控制下运行于磁链限幅状态，此时动态电压补偿器的输出电压约等于串联变压器线路侧漏电感上的电压；

步骤三中设计电流扰动反馈环节，动态电压补偿器的输出电压在受到参考电压影响的同时，还会因为配电网接负载侧的电流或配电网接交流子网侧电流的扰动而受到影响，不管串联变压器是否发生磁饱和现象，负载电流都会对电压和磁链的控制精度产生扰动影响，需要设计第一前项反馈H₁(s)、第二前项反馈H₂(s)减小等效负载电流对补偿电压的扰动；

第一前项反馈H₁(s)的设计：

K₁+K₃＝K₄＝[K₄₁ K₄₂ K₄₃]，

其中，K₄是第一状态反馈向量K₁和第三状态反馈向量K₃相加而得出的向量，K₄₁、K₄₂、K₄₃分别是K₄中对应三个状态变量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是常数系数；

第二前项反馈H₂(s)的设计：

K₁＝[K₁₁ K₁₂ K₁₃]

K₁₁、K₁₂、K₁₃分别是K₁中对应三个状态变量λ_m、i₂、V_DVR位置的分量，S是传递函数中的变量经拉普拉斯变换后的变量符号；

H₁(s)的作用是补偿负载电流对与磁链控制产生的影响，H₁(s)、H₂(s)同时作用在动态电压补偿器正常工作时，提升输出电压对于负载电流的抗扰动能力。

2.权利要求1所述的一种抑制电压补偿器串联变压器磁饱和的磁链控制法，其特征在于：步骤一中的具体步骤为

根据实际电路等效出的单相电路图，依据基尔霍夫电压、电流定律列出电路的状态方程，

可得出被控对象A相的基尔霍夫电压和电流方程，如下：

其中i₁＝i₂-i_m＝i₂-(λ_m/L_m)，由于三相交流电中每相电路的结构相同，上述方程同样适用于C相和B相，式中C_f1是A相滤波电路的电容，其等于B相滤波电路的电容C_f2，也等于C相滤波电路的电容C_f3,v_DVR是三相交流电中每相滤波电路对应的串联变压器输出的电压，i_L是三相交流电中每相滤波电路与交流子网或负载之间的电流，r₁是三相交流电每相串联变压器一次侧即和ACDC逆变器连接的一侧的等效电阻，r₂是三相交流电每相串联变压器二次侧即和电容滤波器连接的一侧的等效电阻，L₁是三相交流电每相串联变压器一次侧即和ACDC逆变器连接的一侧的漏电感，L₂是三相交流电每相串联变压器二次侧即和电容滤波器连接的一侧的漏电感，v_m是三相交流电每相串联变压器的励磁电感上的电压，v_i是电压补偿器A相串联变压器一次侧的输入电压，

以串联变压器励磁磁链λ_m、三相交流电每相串联变压器二次侧i₂及三相交流电中每相滤波电路对应的串联变压器输出的电压V_DVR为状态变量，则替换后的状态方程为：

其中L_p＝L₁L_m+L₁L₂+L₂L_m，L_m是串联变压器的励磁电感，L_p是引入的一个参数表达式没特别含义；

推导出动态电压补偿器等效电路的状态空间方程：

其中，x＝[λ_m i₂ v_DVR]^T，u＝[v_i i_L]^T，C_y＝[0 0 1]，y是控制环节的最终输出量v_DVR的矩阵表示形式；

该状态空间方程对应被控对象，AA是被控对象状态变量向量的系数矩阵，C_y是被控对象输出量的系数矩阵，B_v是被控对象输入量v_i的系数矩阵拆分形成的列向量，B_i是被控对象输入量i_L的系数矩阵拆分形成的列向量，BB是u的系数矩阵。