專利名稱：一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量治理裝置，尤其是一種應(yīng)用于供配電系統(tǒng)的新型并聯(lián)混 合型有源和無源電能質(zhì)量治理裝置。
背景技術(shù)：
供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)穩(wěn)定、用電設(shè)備安全和是否經(jīng)濟 用電。隨著電力電子裝置和敏感負荷的使用日益增加，電能質(zhì)量問題已經(jīng)成為國際供電界 關(guān)注的首要技術(shù)問題，其主要體現(xiàn)在電壓的波動、諧波、閃變等，以及電流中的無功、負序、 諧波分量的影響等。通過對電能質(zhì)量的治理不僅可以抑制配電系統(tǒng)的電壓波動和閃變等， 還可以提高設(shè)備生產(chǎn)率、降低線損和提高設(shè)備利用率，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。為了解決 這一問題，一系列的治理裝置陸續(xù)出現(xiàn)，主要分為串聯(lián)、并聯(lián)或其混合型，其中并聯(lián)型由于 具有投切方便以及各種保護簡單的優(yōu)點，成為了眾多公司研究的重點，包括TSCXThyristor Switched Capcitor，晶閘管投切電容器)、TCR (Thyristor Controlled Reactor，晶閘管控 制電抗器)、APF (Active Power Filter，有源電力濾波器)、SVG (Static Var Generator，靜 止無功發(fā)生器)及HAPF (Hybrid Active Power Filter，混合注入式有源電力濾波器)。其 中TSC和TCR是以半控器件晶閘管為開關(guān)器件，響應(yīng)時間一般在1-2個工頻周期，其中TSC 是分級補償，有時兼顧某次諧波的部分補償，適合于負載波動小的場合；而TCR必須與TSC 或者FC(Fixed Capcitor，固定電容補償)配合使用，具備無功連續(xù)可調(diào)，但其自身也是諧波 源，濾波效果差；而 APF 和 SVG 是以全控器件 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 絕緣柵雙極型晶體管)或者IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor，集成門極換流 晶閘管)為開關(guān)器件，響應(yīng)時間遠快于TSC和TCR，但由于受全控器件的電壓電流水平限制， 高壓大容量需要數(shù)十個器件的并聯(lián)和串聯(lián)，成本及控制復(fù)雜度高，可靠性較差，因此目前一 般使用于低壓小容量場合；而HAPF由于與FC變量提高部分等效容量，但實際中不能動態(tài)調(diào) 節(jié)無功功率輸出。在現(xiàn)有技術(shù)當中與本專利申請相關(guān)的內(nèi)容主要有以下幾篇文獻
,文獻一為由西安賽博電氣有限責任公司于2009年6月26日申請，2009年11月25 日公開，公開號為CN101588069的中國發(fā)明專利申請公開文件，基于雙向動態(tài)無功補償裝 置的諧波和無功綜合補償系統(tǒng)具體介紹了一種利用了機械投切電容MSC (Mechanically Switched Capacitor，機械投切電容器)和靜止無功發(fā)生器SVG和有源電力濾波器APF組 成的并聯(lián)系統(tǒng)，如圖1所示。這種方法是利用APF治理諧波，利用MSC來降低SVG的容量， 比單獨實用SVG相比，其容量可以降低一半。而且相對于圖2所示的方式，采用SVG代替了 TCR，這樣減輕了 APF的負擔，因為TCR會帶入諧波，而SVG不會。該系統(tǒng)主要是利用SVG能 在感性和容性運行，而利用MSC提供容性，則可以提供更寬的容性運行空間。這種方式可以 降低SVG的補償容量的一半，但是對于實際所需的大容量時，SVG的容量還是要很大，成本 高。而且圖中這種單個機組很難實現(xiàn)高壓和大容量，只適合于低壓小容量系統(tǒng)。整個系統(tǒng) 有源受器件電壓水平的限制只適合于低壓系統(tǒng)。而且由于MSC不能頻繁投切，在空載情況下，SVG需額定運行，空載損耗大。文獻二為由湖南大學(xué)于2007年12月19日申請，2008年5月21日公開，公開號 為CN101183791的中國發(fā)明專利申請公開文件，一種靜止無功補償器和有源電力濾波器聯(lián) 合運行系統(tǒng)及其控制方法，具體介紹了一種利用TCR和HAPF相結(jié)合，而TCR與HAPF中的FC 部分構(gòu)成SVC (static var compensator，靜止無功補償器)進行諧波補償，而APF配合FC 濾除諧波的補償系統(tǒng)及其控制方法，如圖3所示。該系統(tǒng)和控制方法利用TCR配合HAPF中 的FC進行無功治理，而APF配合FC進行無功補償。其中HAPF是不能動態(tài)補償無功功率的， 所以動態(tài)無功調(diào)節(jié)依賴TCR控制，而TCR的響應(yīng)時間在60 100ms，這種速度對電壓閃變的 抑制效果差。而且這種HAPF方式構(gòu)造復(fù)雜，不適合于高壓系統(tǒng)。而且這種空載運行時，TCR 運載在額定電流，空載損耗高。文獻三為由湖南大學(xué)于2007年12月19日申請，2008年12月10日授權(quán)公告，公 告號為CN201163721Y的中國實用新型專利，基于靜止無功補償器和混合注入式有源濾波 器的聯(lián)合運行裝置，具體公開了一種利用TCR+TSC型SVC和HAPF相結(jié)合，而SVC與HAPF中 的FC部分構(gòu)成大容量的SVC進行無功補償，而APF配合FC濾除諧波的無功補償裝置，如圖 4所示。該裝置在在專利CN101183791的基礎(chǔ)上加入了一組TSC，這樣使得無功補償?shù)姆秶?增大，同時降低了 TCR的容量，降低部分空載損耗。但是由于還是利用TCR控制無功，對閃 變的抑制效果差。而且由于TCR必須與HAPF中的FC匹配，所以還是存在較大的空載損耗。文獻四為由榮飛，羅安，范卿發(fā)表在2010年第三期《電工技術(shù)學(xué)報》上的論文《應(yīng) 用于不平衡系統(tǒng)的STATC0M電壓控制新方法》主要公開了一種補償系統(tǒng)的電壓控制方法，在 靜止無功發(fā)生器STATCOM (Static Synchronous Compensator，靜止同步補償器)在穩(wěn)定接 入點電壓時，常采用雙環(huán)控制法，但該方法存在多個PI調(diào)節(jié)器，難以實現(xiàn)，同時也沒有考慮 電網(wǎng)電壓三相不平衡的問題。本文采用瞬時功率平衡原理，將參考電流信號直接變換為參 考電壓信號，省去了傳統(tǒng)雙環(huán)控制中的電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，同時引入負序電壓前饋環(huán)節(jié)以 維持接入點電壓保持三相平衡，并推導(dǎo)了負序電壓情況下逆變器輸出電壓和輸出電流之間 的代數(shù)關(guān)系式?？紤]到瞬時功率平衡原理需要STATCOM的等效電阻和等效電感值，而這兩 個參數(shù)值一般難以精確測量，為此根據(jù)反饋信息不斷修正這兩個參數(shù)的測量值。該方法利 用了瞬時功率平衡直接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙閉環(huán)控制，然后再對反饋信息不斷修正這等效電阻和 等效電感測量值。這樣由于要修正，就有滯后，影響控制的精度，而且魯棒性不好。文獻五為由茅靖峰，孫玉坤，吳愛華，孫運全發(fā)表在2007年10期《系統(tǒng)仿真學(xué) 報》上的論文《靜止同步補償器裝置建模、控制與仿真研究》主要介紹了靜止同步補償器 (STATCOM)的結(jié)構(gòu)和原理。利用輸入輸出建模方法和能量方程，建立STATCOM裝置時域數(shù) 學(xué)模型和穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，給出了兩種STATCOM無功電流控制策略。使用 Matlab/Simulink平臺實現(xiàn)了 STATCOM控制系統(tǒng)的建模。仿真結(jié)果驗證了數(shù)學(xué)模型的正確 性和控制策略的有效性。該方法利用的傳統(tǒng)的雙閉環(huán)控制，這種控制方式對多個PI調(diào)節(jié)時 的復(fù)雜度高。因此，為了滿足電能質(zhì)量改善和電氣節(jié)能的迫切需求，研究一種大容量既能對電 壓閃變、功率因數(shù)、三相不平衡等進行補償，又能對諧波進行有效抑制的低成本綜合補償裝 置有著較大的實用意義和市場推廣價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施方式提供一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，該發(fā)明實施方式具有較大的 補償容量，既能對電壓閃變、功率因數(shù)、三相不平衡等進行補償，又能對諧波進行有效抑制 的低成本綜合補償。本發(fā)明提供一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的具體實施方式
，一種混合型電能質(zhì)量 治理裝置，包括有源部分和無源部分，有源部分包括有源電力濾波器APF，靜止無功發(fā)生 器SVG，靜止無功發(fā)生器SVG用于提供暫態(tài)無功功率，有源電力濾波器APF用于濾除諧波； 有源電力濾波器APF和靜止無功發(fā)生器SVG具有不少于兩組，且以并聯(lián)形式通過變壓器隔 離方式與三相電網(wǎng)連接；無源部分包括靜止無功補償器SVC，靜止無功補償器SVC用于提供 穩(wěn)態(tài)無功功率；靜止無功補償器SVC包括晶閘管投切電容器TSC，晶閘管控制電抗器TCR，固 定電容補償FC，晶閘管投切電容器TSC，晶閘管控制電抗器TCR，固定電容補償FC均直接與 三相電網(wǎng)相連；晶閘管投切電容器TSC用于提供大容量容性無功功率，固定電容補償FC用 于提供小容量無功功率，并兼做晶閘管控制電抗器TCR的主要次諧波濾波支路。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括靜止無功補償器 SVC控制模塊，靜止無功補償器SVC控制模塊包括B點分相無功功率計算模塊，比例積分模
塊一，TSC投切控制模塊，各相控制角計算模塊，電壓和電流iB輸入B點分相無功功率
計算模塊，經(jīng)過比例積分模塊一和TSC投切控制模塊，得到TSC投切控制信號，并根據(jù)TCR 需發(fā)的無功，進入各相控制角計算模塊，得出TCR的分相控制信號。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括有源電力濾波器 APF控制模塊，有源電力濾波器APF控制模塊包括無功諧波補償判斷模塊，目標諧波檢測模
塊，諧波及直流電壓PI調(diào)節(jié)模塊，電壓 “和電流iB輸入無功諧波補償判斷模塊，無功諧波
補償判斷模塊計算出需補償?shù)哪繕酥C波，輸出通過計算得到的目標諧波，并和已經(jīng)發(fā)出的 諧波輸入諧波及直流電壓PI調(diào)節(jié)模塊進行比例積分控制，確定參考電壓，并與固定的三角 波比較產(chǎn)生脈沖觸發(fā)有源電力濾波器APF中的各重模塊。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括靜止無功發(fā)生器 SVG控制模塊，靜止無功發(fā)生器SVG控制模塊包括自適應(yīng)模糊控制器、無功電流直接計算模 塊和基于瞬時功率平衡雙閉環(huán)PI控制模塊，基于瞬時功率平衡雙閉環(huán)PI控制模塊根據(jù)自 適應(yīng)模糊控制器和無功電流直接計算模塊的輸出信號，得到靜止無功發(fā)生器SVG的控制信號。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括基于自適應(yīng)模糊 控制和瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制模塊，基于自適應(yīng)模糊控制和瞬時功率平衡的 SVG雙閉環(huán)電壓控制模塊包括電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)和基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，輸出 電流i。反饋至電流內(nèi)環(huán)，a相電壓ea通過鎖相模塊和正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊進入電流內(nèi)環(huán)，包 括一路來自自適應(yīng)模糊控制器的輸出信號在內(nèi)的來自電壓外環(huán)的兩路輸出信號經(jīng)過限幅 模塊組一，分別與來自電流內(nèi)環(huán)的兩路輸出信號進行差值運算，輸出差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)模塊 組一和限幅模塊組二后，進入基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn) 化模塊經(jīng)過計算將信號輸出至坐標轉(zhuǎn)換模塊二。作為本發(fā)明進一步的實施方式，自適應(yīng)模糊控制器包括模糊控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器，模糊控制器的輸入為母線電圧^與目標電壓之差LVify和’，輸出 為目標無功電流的改變量Δ ，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器根據(jù)K、K-UK- 2時刻的電壓差 mfh戰(zhàn)-谷漢貨- )和實際的輸出無功電流量h辦、-1(》-1)、2)預(yù)測出Κ+1時
刻的母線電壓差+ ,從而對模糊控制器的規(guī)則系數(shù)進行調(diào)節(jié)。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括基于瞬時無功電 流PI控制的瞬時功率平衡的雙閉環(huán)控制模塊，基于瞬時無功電流PI控制的瞬時功率平衡 的雙閉環(huán)控制模塊包括電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)和基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，輸出電流 i。反饋至電流內(nèi)環(huán)，a相電壓ea通過鎖相模塊和正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊后一路進入電流內(nèi)環(huán)，另 一路與電流ia,ib,i。進入坐標變換模塊一，經(jīng)過低通濾波器組一和PI控制器一后，與來自電 壓外環(huán)的另一路輸出信號經(jīng)過限幅模塊組一，分別與來自電流內(nèi)環(huán)的兩路輸出信號進行差 值運算，輸出差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)模塊組一和限幅模塊組二后，進入基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn) 化模塊，基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊經(jīng)過計算輸出信號至坐標轉(zhuǎn)換模塊二。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括PWM模塊，PWM模
塊為正弦脈寬調(diào)制模塊，坐標轉(zhuǎn)換模塊二輸出信號 ,與三角波經(jīng)過PWM模塊比較后，得
到SVG各相模塊的觸發(fā)信號，輸出至電壓源逆變器形成補償電流，補償負載電能質(zhì)量。作為本發(fā)明進一步的實施方式，正弦脈寬調(diào)制模塊包括窄脈沖消除模塊，窄脈沖 消除模塊的上鎖信號為每相IGBT觸發(fā)信號的翻轉(zhuǎn)信號，即PWM的翻轉(zhuǎn)信號，而解鎖信號則 為載波的波峰跟波谷，當調(diào)制波與載波在交點比較發(fā)生翻轉(zhuǎn)完成后，立即上鎖，在解鎖之前 禁止PWM信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)。作為本發(fā)明進一步的實施方式，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括開關(guān)器件頻率變 換模塊，所述開關(guān)器件頻率變換模塊與靜止無功發(fā)生器SVG相連，用于在發(fā)出不同無功電 流和諧波電流之間轉(zhuǎn)換改變靜止無功發(fā)生器SVG中開關(guān)器件的頻率，并改變允許靜止無功 發(fā)生器SVG發(fā)出無功電流的峰值，保護器件不過流和過壓。通過應(yīng)用本發(fā)明實施方式所描述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，利用SVC的大 容量主要補償穩(wěn)態(tài)時負載所需無功功率，并進行三相不平衡補償，而利用SVG/APF較小容 量的快速性對補償中的動態(tài)無功或者電壓做出快速反應(yīng)，以抑制電壓波動和閃變，同時利 用其APF部分配合SVC中的FC進行諧波治理，能夠起到協(xié)調(diào)利用小容量有源和大容量無源 實現(xiàn)低成本的大容量電能質(zhì)量補償?shù)淖饔谩?br>

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)基于雙向動態(tài)無功補償裝置的諧波和無功綜合補償系統(tǒng)的電氣 原理圖2為現(xiàn)有技術(shù)基于APF與TCR及與MSC組成的混合系統(tǒng)的電氣原理7圖3為現(xiàn)有技術(shù)靜止無功補償器和有源電力濾波器聯(lián)合運行系統(tǒng)的電氣原理圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)基于靜止無功補償器和混合注入式有源濾波器的聯(lián)合運行裝置的電 氣原理圖5為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的拓撲結(jié)構(gòu)電氣原理圖； 圖6為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的單相等效模型電路原理圖； 圖7為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的控制原理框圖； 圖8為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的基于自適應(yīng)模糊控制和瞬時功率平衡 的SVG雙閉環(huán)電壓控制原理框圖9為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的電壓自適應(yīng)模糊控制器結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖10為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的基于瞬時無功電流PI控制和瞬時功率 平衡的雙閉環(huán)控制原理框圖11為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置載波上升沿處窄脈沖的波形示意圖； 圖12為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置載波下降沿處窄脈沖的波形示意圖； 圖13為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置解鎖機制的波形示意圖； 圖14為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置未采用上鎖機制的波形示意圖； 圖15為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置采用上鎖機制的波形示意圖； 其中，I-B點分相無功功率計算模塊，2-比例積分模塊一，3- TSC投切控制模塊，4-各 相控制角計算模塊，5-無功諧波補償判斷模塊，6-目標諧波檢測模塊，7-諧波及直流電壓 PI調(diào)節(jié)模塊，8-自適應(yīng)模糊控制器，9-無功電流直接計算模塊，10-基于瞬時功率平衡雙閉 環(huán)PI控制模塊，11-限幅模塊組一，12-PI調(diào)節(jié)模塊組一，13-限幅模塊組二，14-PWM模塊， 15-電壓源逆變器，16-坐標變換模塊二，17-模糊控制器，18-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器，19-坐標變 換模塊一，20-低通濾波器組一，21-PI控制器一，22-鎖相模塊，23-正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；?于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。作為本發(fā)明一種混合型電能質(zhì)量治理裝置的具體實施方式
，如圖5所示的拓 撲結(jié)構(gòu)電氣原理圖具體公開了混合型電能質(zhì)量治理裝置的電路拓撲結(jié)構(gòu)?？紤]到閃變 治理需要補償裝置的系統(tǒng)響應(yīng)時間在一個工頻周期內(nèi)，結(jié)合目前技術(shù)的成熟度和性價 比，采用了 一種由變壓器耦合式多重化SVG/APF和直掛式SVC相結(jié)合的新型并聯(lián)混合 有源禾口無源電能質(zhì)量補償裝置(parallel mixed active and passive power quality compensator-PMAPPQC)，其利用后者的大容量主要補償穩(wěn)態(tài)時負載所需無功功率，并進行 三相不平衡補償，而利用前者的較小容量的快速性對補償中的動態(tài)無功或者電壓做出快速 反應(yīng)，以抑制電壓波動和閃變，同時利用其APF部分配合SVC中的FC進行諧波治理，協(xié)調(diào)利 用小容量有源和大容量無源實現(xiàn)低成本的大容量的電能質(zhì)量補償。下面結(jié)合所述方案對控 制及工程應(yīng)用中的實際問題處理方法進行描述。本發(fā)明的具體實施方式
是由SVC、變壓器隔離型多重化SVG和APF組成，由于SVC不受電壓等級限制，而SVG、APF有變壓器隔離，可以適用于各種電壓等級的系統(tǒng)。同時SVC 中包括TCR、TSC和FC，其中TSC提供大容量容性無功功率，而FC提供小容量無功功率并兼 做TCR的主要次諧波濾波支路。這樣使得在空載時，TCR只需要和小容量的FC互相補償， 其運行損耗和空載損耗少，而且利用FC濾除部分諧波，減輕了 APF的諧波濾除功能。整個 SVC利用控制TCR實現(xiàn)負序的治理。而SVG主要是補償SVC補償后的無功的不足，即SVC提 供穩(wěn)態(tài)無功功率，而SVG提供暫態(tài)無功功率，這樣所需的SVG的容量較少。而隨著負荷的增 大，SVG采用的是多重化并聯(lián)的方式，既可以成倍提高容量還可以提高等效開關(guān)頻率。同樣 APF也可以通過多重化擴大補償容量。而SVG在無功補償量較少時可以改變開關(guān)頻率，實現(xiàn) 部分APF的功能改善諧波。如圖5所示，PMAPPQC主要分為基于全控器件的有源和基于半控或不控的無源兩 個部分。無源部分的加入主要是為了減少有源部分的容量，節(jié)約了成本，兩者通過協(xié)同控制 達到單獨使用大容量有源補償同樣的效果。其中有源部分采用了變壓器隔離多重化技術(shù)， 由于開關(guān)器件、連接電抗等不同，將其分解為多重化SVG和多重化APF，其中SVG主要補償 無功電流，APF補償諧波電流，而在電壓跌落嚴重時APF也可作為無功發(fā)生器以彌補SVG容 量的不足。兩者都采用多重化技術(shù)使得只需根據(jù)實際補償?shù)男枰x擇合適的耦合變壓器變 比和變流器重數(shù)，可達到降低所需功率器件的電壓和電流等級，這就避開了為實現(xiàn)大容量 采取功率器件串并聯(lián)方式帶來的眾多問題；并且采用開關(guān)頻率較高的小功率器件，價格便 宜同時使得裝置控制精度高，反應(yīng)迅速，并通過載波移相提高等效開關(guān)頻率；另外，由于各 個逆變模塊并沒有直接的電氣聯(lián)系，在冗余情況下，若有模塊因故障被切除，其他模塊通過 調(diào)控能迅速自動彌補差異，裝置可降額工作。在無源部分中，其中的TCR與TSC、FC組合成 大容量的直掛式SVC進行無功補償，并通過對TCR的三相不對稱控制，對三相不對稱進行補 償。其中加入TSC是為了減少TCR的容量，同時與FC兼做某些次諧波的濾波支路，在實際 應(yīng)用中可根據(jù)實際需要，分成多組或者選用其中一部分。在控制中，A點為變壓器出線點；B點為有源補償連接后點；C點為無源補償TCR連 接前點，SVC是通過采集圖5中B點的電壓電流信號，對此點無功電流和負序電流為零為控 制目標，這是對負載無功電流的閉環(huán)控制。而有源部分中的APF是根據(jù)采集的C點的諧波 電流，并與SVC中的FC、TSC進行配合分頻抑制諧波，選中C點諧波電流為目標是為了濾除 負載及TCR的諧波，同時抑制FC、TSC支路與電源支路造成的并聯(lián)諧振，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 而有源部分中的SVG是以A點的電壓為控制目標，通過改變對電網(wǎng)注入的無功電流來實現(xiàn) 對暫態(tài)電壓進行控制，抑制閃變。由于負載產(chǎn)生的電流型諧波源可視為一個理想的諧波電流源與一個很大的諧波 阻抗的并聯(lián)電路，而晶閘管控制電抗器TCR通過數(shù)學(xué)分析可等效成由一個非線性可變阻抗
和一個諧波電流源兩部分組成，根據(jù)圖6的PMAPPQC單相等效模型所示。其中力系統(tǒng)電 源電壓，4、Zi、、Ztx、Zta分別為電網(wǎng)阻抗、非線性負載的阻抗、FC支路阻抗、TSC支路 阻抗及TCR等效的可變阻抗。hk為負載產(chǎn)生的諧波電流源，U為TCR的諧波電流源，而有 源補償部分被假設(shè)為一個理想的受控電流源k，其他電氣量的定義如圖所示，只是利用A 和/分別表示相應(yīng)量的諧波分量和基波分量。
由圖6可知，當只考慮基波電流時，則只需要通過該變TCR的控制角則可改變其 電流^f以控制B點的無功電流，即可以消除負載電流&中的無功及負序電流；而通過控制
b中的無功電流V分量即可將SVC補償后的所剩的無功電流，使得母線電流^不含無功電
流。而當只考慮諧波時，只需要t中的諧波電流‘分量使其濾除C點中的部分諧波電流，即
不含有在運行的FC和TSC已經(jīng)調(diào)諧的特征次諧波4 ,使得C點處除含有^外無其他諧波，
而h將被Iw和‘A所濾除，使得母線電流^不含諧波電流。其中，h指的就是FC和TSC將
濾除的諧波，即‘ +^i ,這樣，APF和FC、TSC就不會濾除相同次的諧波，防止耦合。由于系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)無功功率由SVC補償，而SVG只補償彌補電壓暫態(tài)過程中所需 的無功功率。因此，SVC的容量為測量負載在無補償時的平均無功功率，而SVG的容量根據(jù) 負載波動無功功率的95%概率最大值減去平均無功功率。這是以目標無功補償率為95% 進行計算的，結(jié)合SVG的響應(yīng)時間為5ms，整個系統(tǒng)的閃變改善率將接近80%。為了減少 SVG的容量，也可根據(jù)實際所需的閃變改善率來確定其容量。在圖6中，設(shè)B、C點的電壓為 由于PMAPPQC各個部分的功能不一樣，因此其控
制也自然的分為SVC、APF和SVG三部分，如圖7所示。其中，靜止無功補償器SVC控制模塊 包括B點分相無功功率計算模塊1，比例積分模塊一 2，TSC投切控制模塊3，各相控制角計
算模塊4，電圧％和電流iB輸入B點分相無功功率計算模塊1，經(jīng)過比例積分模塊一 2和
TSC投切控制模塊3，得到TSC投切控制信號，并根據(jù)TCR需發(fā)的無功，進入各相控制角計算 模塊4，得出TCR的分相控制信號；有源電力濾波器APF控制模塊包括無功諧波補償判斷模
塊5，目標諧波檢測模塊6，諧波及直流電壓PI調(diào)節(jié)模塊7，電壓和電流iB輸入無功諧波
補償判斷模塊5，無功諧波補償判斷模塊5計算出需補償?shù)哪繕酥C波，輸出通過計算得到的 目標諧波，并和已經(jīng)發(fā)出的諧波輸入諧波及直流電壓PI調(diào)節(jié)模塊7進行比例積分控制，確 定參考電壓，并與固定的三角波比較產(chǎn)生脈沖觸發(fā)有源電力濾波器APF中的各重模塊；靜 止無功發(fā)生器SVG控制模塊包括自適應(yīng)模糊控制器8、無功電流直接計算模塊9和基于瞬時 功率平衡雙閉環(huán)PI控制模塊10，基于瞬時功率平衡雙閉環(huán)PI控制模塊10根據(jù)自適應(yīng)模糊 控制器8和無功電流直接計算模塊9的輸出信號，得到靜止無功發(fā)生器SVG的控制信號。其具體控制過程如下SVC裝置對B點的無功功率進行PI控制，并采用對TCR的
分相控制及對TSC的投切控制。而APF首先根據(jù)電壓有效值偏離目標電壓的程度，若
電壓偏離度大于15%則直接發(fā)出滿額無功功率來支撐電壓，以彌補SVG容量的不足；若電壓 偏離度不大于15%時，則結(jié)合目前在運行的FC和TSC的來確定需補償?shù)哪繕酥C波，與FC和 TSC進行分頻來抑制諧波，消除耦合。將計算得到的目標諧波和已經(jīng)發(fā)出的諧波進行PI控 制，并按照并聯(lián)的重數(shù)進行分配，同時需對其直流側(cè)電壓進行PI控制，確定參考電壓，并與 固定的三角波比較產(chǎn)生脈沖觸發(fā)APF中的各重模塊。對于SVG來說則直接以A點電壓為控 制目標，或以A點電流的無功分量為控制目標，為提高其響應(yīng)速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)用了基 于自適應(yīng)模糊控制及基于瞬時功率平衡的雙閉環(huán)電壓控制策略和基于瞬時無功電流PI控 制的瞬時功率平衡雙閉環(huán)控制策略。
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為了利用靜止無功發(fā)生器穩(wěn)定接入點電壓，最常見的控制方法是雙閉環(huán)法，這種 控制方法的魯棒性好，其不足之處是必須設(shè)計4個PI調(diào)節(jié)器，并且利用PI控制進行有功和 無功電流的解耦控制，實際應(yīng)用時參數(shù)難確定。文獻四《應(yīng)用于不平衡系統(tǒng)的STATC0M電壓 控制新方法》從瞬時功率平衡原理出發(fā)，推導(dǎo)了逆變器輸出電流到輸出電壓的變換關(guān)系式， 從而省去了雙閉環(huán)中的電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，但該方法需要知道SVG裝置的等效電阻和電感 值，而這兩個參數(shù)一般難以精確測量，需要在線修正。此外，沒有電流內(nèi)環(huán)控制，導(dǎo)致沒有考 慮逆變器死區(qū)等對直流側(cè)充電等影響，使得直流側(cè)的電壓波動大，同時對無功電流的控制 精度低。本發(fā)明的具體實施方式
綜合了這兩種方法的優(yōu)勢，利用基于瞬時功率平衡較容易 的實現(xiàn)了有功和無功電流的解耦和電流到電壓的轉(zhuǎn)換，減少了單獨使用雙閉環(huán)設(shè)計的復(fù)雜 度。同時利用電壓內(nèi)環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成的雙閉環(huán)可以彌補等效電阻和等效電感值不精確的 缺陷，如圖3所示。同時考慮由于直流電容是一個相對穩(wěn)定的控制對象，普通的PI控制器 能滿足要求，而電網(wǎng)電壓受電網(wǎng)、負載、補償?shù)榷喾N制約，通常的PI調(diào)節(jié)的控制參數(shù)是通過 試驗，并折衷暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程以達到一種較滿意的效果，這顯然會影響其在大擾動或小擾 動下的控制效果。而自適應(yīng)模糊控制是智能控制的一種，其在不需要知曉系統(tǒng)信息和其數(shù) 序模型而在較寬的系統(tǒng)運行條件下進行有效控制，增加了系統(tǒng)的魯棒性。因此，本發(fā)明具體 實施方式采用了基于自適應(yīng)模糊控制的電網(wǎng)電壓控制，其與直流側(cè)電壓PI控制組成雙閉 環(huán)系統(tǒng)中的電壓外環(huán)控制。如圖7和圖8所示，混合型電能質(zhì)量治理裝置包括基于自適 應(yīng)模糊控制和瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制模塊，基于自適應(yīng)模糊控制和瞬時功率 平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制模塊包括電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)和基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模 塊，輸出電流i。反饋至電流內(nèi)環(huán)，a相電壓ea通過鎖相模塊22和正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊23進 入電流內(nèi)環(huán)，包括一路來自自適應(yīng)模糊控制器8的輸出信號在內(nèi)的來自電壓外環(huán)的兩路輸 出信號經(jīng)過限幅模塊組一 11，分別與來自電流內(nèi)環(huán)的兩路輸出信號進行差值運算，輸出差 值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)模塊組一 12和限幅模塊組二 13后，進入基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊， 基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊經(jīng)過計算將信號輸出至坐標轉(zhuǎn)換模塊二 16。具體控制過程如下
(1)通過檢測k時刻直流側(cè)電壓Ri，經(jīng)過一個截止頻率為130HZ低通濾波后，與目標 電壓比較后經(jīng)過一個PI調(diào)節(jié)并限幅后得到有功電流的過程變量、；同時檢測k時刻 VSI (Voltage Source Inverter,電壓源逆變器)輸出電流k ,對其進行dq變換后并各自經(jīng) 過一個截止頻率為25HZ的低通濾波后得到基波有功電流^和無功電流~。將b和&的差 進行PI調(diào)節(jié)并限幅后后得到k+Ι時刻要發(fā)出的有功電流；
(2)通過檢測k時刻電網(wǎng)相電壓義，與根據(jù)目標電壓及鎖相得到的目標電壓瞬時值 U—比較，結(jié)合經(jīng)過自適應(yīng)模糊控制器調(diào)節(jié)并限幅后得到無功電流的過程變量t ;同時檢 測k時刻VSI (電壓源逆變器)輸出基波無功電流\。將y和&的差進行PI調(diào)節(jié)并限幅后 得到k+Ι時刻要發(fā)出的無功電流；
(3 )將目標有功W和無功電流^wr通過連接等效電抗Wif和等效&根據(jù)式(1)進行電
11流到電壓的轉(zhuǎn)換，其中巧/為連接電抗值，而4不好測量，取經(jīng)驗值為連接電抗值的20%。 選擇同步旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸與接入點電壓矢量重合，并設(shè)電壓矢量的模為“。值得注意的 是兩/在實際應(yīng)用時不一定要為真實值，但需要改變PI的系數(shù)進行修正；
(4)將得到的dq坐標下的電壓變量％和 經(jīng)過dq反變換得到各相電壓的參考信號
U對,與三角波比較后得到各相模塊的觸發(fā)信號。對于N重模塊，只要將經(jīng)過自適應(yīng)模糊控
制得到的無功電流過程變量k進行N均分，同時將對應(yīng)的三角波進行180° /N移相并可得 到各自的觸發(fā)脈沖。自適應(yīng)模糊控制器8具體包括模糊控制器17和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器18，模糊控制器 17的輸入為母線電壓％與目標電壓之差和,輸出為目標無功電流的改變量Δ
，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器18根據(jù)K、K-I、K- 2時刻的電壓差鳴、和實際 的輸出無功電流量^4( -1)、2)預(yù)測出Κ+1時刻的母線電壓差ΔΓ( + 1)，從 而對模糊控制器17的規(guī)則系數(shù)進行調(diào)節(jié)。當SVG以穩(wěn)定接入點電壓為控制目標時，以接入 點電壓的差和電壓差的倒數(shù)^^為輸入量進行模糊控制，而由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測 下時刻的電壓差調(diào)節(jié)相應(yīng)的模糊規(guī)則，以提高控制器的跟蹤速度和魯棒性。其中 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過采集f⑥、為和‘!④、1)、2),并利用三 層BP (Back Propagation，反向傳播)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練確定相應(yīng)系數(shù)。如圖9所示，其中F1表示 延時一個采樣時間，而為輸出的無功電流。具體控制流程為
(ι)通過采集κ時刻母線電壓^,并與目標電壓比較得到電壓差Mm,并結(jié)合上次的 電壓差1)得到電壓差的變化率這兩個變量作為模糊控制器的輸入變量。輸出
量為目標無功電流的改變量Δ ifi ；
(2)模糊控制器根據(jù)K時刻的輸入變量，由相應(yīng)的模糊規(guī)則，可得到K時刻補償?shù)牟瞀? ，其中采用Mamdani模糊推理方法進行推理，解模糊方法采用中心面積法；
(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器根據(jù)K、K-l、K-2時刻的電壓差ΔΓ )、!SFit- 1), Δ「( -2)禾口實 際的輸出無功電流量W)、H D- igji-為預(yù)測出K+1時刻的母線電壓差+1), 從而對模糊控制器的規(guī)則系數(shù)進行調(diào)節(jié)，使得模糊控制器能輸出Κ+1時刻所需的無功電流 的差值Sp1(X)，以及時補償，減少第Κ+1時刻的實際母線電壓差ΔΓ(Ι + 1)。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)
測器的訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過模糊控制器中不加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測所得的數(shù)據(jù)。SVG有時是為了控制接入點的電壓平穩(wěn)，但由于SVG容量的限制，線路上由于有功電流導(dǎo)致的電壓跌落或者過大的無功沖擊導(dǎo)致的電壓波動，這些SVG都不能去抑制。而且 有些場合主要是考慮功率因數(shù)，因此SVG有些場合是以接入點功率因數(shù)為控制目標，即控 制接入點的無功電流。例如圖7中的A點的無功電流最小，則通過采集A點的電流，利用瞬 時無功理論進行有功和無功電流的分解得到其無功電流。因為SVG接入點在A點后，A點 的電流中包括了 SVG發(fā)出的電流，因此對A點無功電流的控制自然形成了一個閉環(huán)，通過對 A點無功電流的PI調(diào)節(jié)得到SVG要發(fā)出的目標無功電流量，再結(jié)合基于瞬時功率平衡的雙 閉環(huán)控制策略，如下述基于自適應(yīng)模糊控制和瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制方法中 所述進行對無功電流的雙閉環(huán)控制，如圖10所示?；旌闲碗娔苜|(zhì)量治理裝置包括基于瞬 時無功電流PI控制的瞬時功率平衡的雙閉環(huán)控制模塊，基于瞬時無功電流PI控制的瞬時 功率平衡的雙閉環(huán)控制模塊包括電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)和基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊， 輸出電流i。反饋至電流內(nèi)環(huán)，a相電壓ea通過鎖相模塊22和正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊23后一路 進入電流內(nèi)環(huán)，另一路與電流ia, ib, i。進入坐標變換模塊一 19，經(jīng)過低通濾波器組一 20和 PI控制器一 21后，與來自電壓外環(huán)的另一路輸出信號經(jīng)過限幅模塊組一 11，分別與來自電 流內(nèi)環(huán)的兩路輸出信號進行差值運算，輸出差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)模塊組一 12和限幅模塊組二 13后，進入基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊經(jīng)過計算輸 出信號至坐標轉(zhuǎn)換模塊二 16。
其具體控制過程如下
(1)通過檢測k時刻直流側(cè)電壓Ri，經(jīng)過一個截至頻率為130HZ低通濾波后，與目標 電壓巧_比較后經(jīng)過一個PI調(diào)節(jié)并限幅后得到有功電流的過程變量 同時檢測k時刻 逆變器輸出電流k ,對其進行dq變換后并各自經(jīng)過一個截至頻率為25HZ的低通濾波后得 到基波有功電流&和無功電流\。將b和&的差進行PI調(diào)節(jié)并限幅后，得到k+Ι時刻要發(fā) 出的有功電流；
(2)通過對電網(wǎng)電壓的檢測進行鎖相得到相應(yīng)的smwi、Mswi，并檢測k時刻電網(wǎng)電流 V V V進行坐標變換，即從abc坐標變換到dq坐標，得到有功電流和無功電流、，并 各自經(jīng)過一個截至頻率為25HZ的低通濾波后得到基波有功電流和無功電流。對基 波無功電流^^進行PI調(diào)節(jié)并限幅后得到需要發(fā)出的目標無功電流& ；同時檢測k時刻逆 變器輸出基波無功電流&。將y和&的差進行PI調(diào)節(jié)并限幅后，得到k+Ι時刻要發(fā)出的無 功電流；
(3 )將目標有功和無功電流通過連接等效電抗巧/和等效&根據(jù)式(2 )進行電
流到電壓的轉(zhuǎn)換，其中M/為連接電抗值，而Rf不好測量，取經(jīng)驗值為連接電抗值的20%。 選擇同步旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸與接入點電壓矢量重合，并設(shè)電壓矢量的模為"；(4)將得到的dq坐標下的電壓變量Q和、經(jīng)過dq反變換得到各相電壓的參考信號
Ur4 ,與三角波比較后得到各相模塊的觸發(fā)信號。對于N重模塊，只要將經(jīng)過自適應(yīng)模糊控
制得到的無功電流過程變量k進行N均分，同時將對應(yīng)的三角波進行180° /N移相后得到 各自的觸發(fā)脈沖。本發(fā)明具體實施方式
所采用的“瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)控制”結(jié)合 瞬時功率平衡直接控制和傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制的優(yōu)勢。這種方式由于利用了電流反饋 環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)對等效電阻和等效電感這兩個值的敏感度降低，即加入電流內(nèi)環(huán)PI (Proportional-Integral,比例積分)調(diào)節(jié)使得整個系統(tǒng)的魯棒性增強。而相對傳統(tǒng)雙閉 環(huán)PI控制，由于不需要利用雙PI調(diào)節(jié)去對有功和無功電流的解耦合和實現(xiàn)電流到電壓的 轉(zhuǎn)換，而是改為由利用等效電阻和等效電感加入計算直接把參考電流轉(zhuǎn)換成參考電壓，計 算簡單，容易實現(xiàn)，而且使得整個系統(tǒng)的PI參數(shù)容易得到?；旌闲碗娔苜|(zhì)量治理裝置進一步包括PWM模塊14，PWM模塊14為正弦脈寬調(diào)制
模塊，坐標轉(zhuǎn)換模塊二 16輸出信號 ，與三角波經(jīng)過PWM模塊14比較后，得到SVG各相模
塊的觸發(fā)信號，輸出至電壓源逆變器15形成補償電流，補償負載電能質(zhì)量。而一個模塊內(nèi) 通常包括a相、b相、c相三相共3個IGBT單橋。在調(diào)制波與載波進行調(diào)制的方式上使用了 SPWM (Sinusoidal PWM，正弦脈寬調(diào)制)比較生成法，而常見的SPWM比較生成方式有計算法 以及自然采樣法。在本發(fā)明的具體實施方式
中采用的是DSP(Digital Signal Processing, 數(shù)字信號處理)計算調(diào)制波，由FPGA (Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣 列)調(diào)制生成SPWM的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于FPGA具有運行頻率高、可多個模塊并行運算的優(yōu)勢， 本發(fā)明的具體實施方式
采用了自然采樣這種最簡單便捷的調(diào)制方式。但是在FPGA中采用自然比較法時，因為調(diào)制波與載波信號均為數(shù)字信號，而且由 于兩者的更新頻率不同，所以在比較時存在在交點處發(fā)生多次比較的可能，如圖11和圖12 所示。當調(diào)制波在與載波信號相交的地方發(fā)生更新，則必然會出現(xiàn)PWM脈沖的多次翻轉(zhuǎn)，從 而產(chǎn)生危害極大的窄脈沖。如果窄脈沖過短便會造成器件未完全關(guān)斷變重新開啟或者是未 完全開啟便關(guān)斷，威脅器件安全工作和系統(tǒng)正常運行。針對這種情況本發(fā)明具體實施方式
采用了一種新型的自然比較機制，能夠有效的剔除窄脈沖。鑒于上述提到的窄脈沖是調(diào)制波與載波的多次比較造成的，因而本發(fā)明實施方 式設(shè)計了一個如下圖13所示的脈沖翻轉(zhuǎn)鎖定機制和相應(yīng)的窄脈沖消除模塊。這個窄脈 沖消除模塊鎖機制的上鎖信號為每相IGBT觸發(fā)信號的翻轉(zhuǎn)信號，即PWM (Pulse-width modulation，脈寬調(diào)制)的翻轉(zhuǎn)信號，而解鎖信號則為載波的波峰跟波谷。當調(diào)制波與載波 在交點比較發(fā)生翻轉(zhuǎn)完成后，立即上鎖，在解鎖之前禁止PWM信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)。從而杜絕了 PWM在交點處的多次翻轉(zhuǎn)，消除了窄脈沖。采用這種上鎖機制后，窄脈沖得到了明顯消除，圖14和圖15分別為采用上鎖機制 前的波形對比。上鎖前，由于窄脈沖的存在，造成線電壓PWM輸出在本該為正向脈沖處出現(xiàn) 負向脈沖，或者在本應(yīng)為負向脈沖位置出現(xiàn)正向脈沖。在圖14中可以明顯觀察到這個現(xiàn) 象，圖15中在采用上鎖機制后有效的防止了這種情況的出現(xiàn)。在無功功率補償方面，SVG用來彌補SVC補償后與目標需要補償?shù)臒o功的差，因此
14絕大多數(shù)時刻沒有在滿負荷運行。特別有些時候只有少量無功功率需要補償，但有較多的 諧波。因此此時SVG可以提高開關(guān)頻率，補償小量無功的同時濾除系統(tǒng)諧波。其中諧波通
過常規(guī)的、進行求取，并對其調(diào)節(jié)后得到的諧波電壓分量疊加到圖9和圖11中的
中即可。但由于開關(guān)器件受散熱等限制，開關(guān)頻率越高允許通過的電流越少，為了在發(fā)出不 同無功電流和諧波電流之間轉(zhuǎn)換需要改變開關(guān)器件的頻率。頻率的改變多少主要取決于其 要發(fā)出的無功功率，而SVG要發(fā)出的無功功率可由上個工頻周期估算得知，因此可根據(jù)下 個周期SVG需要發(fā)出的無功功率來改變下個周期器件的開關(guān)頻率值，并改變允許SVG發(fā)出 無功電流的峰值，以保護器件不過流和過壓。其中開關(guān)器件頻率的變換是以同步電壓為基 準每周期改變載波(三角波)的頻率來實現(xiàn)。而頻率根據(jù)器件本身特點和需要的容量進行決 定，可根據(jù)器件及其關(guān)斷過電壓情況制定相應(yīng)規(guī)則。如當使用SIIP2403GB172模塊時，假設(shè)
其需要補償?shù)臒o功電流有效值為4，開關(guān)頻率為/，允許通過的最大瞬時電流為Vm砠，則
可制定如下初期規(guī)則
I、IF<1010A THEN / = IkHZ AND =ISOOA ；
II、IF80〔yK/r《912ATHEN / = 1.5,WZ AND Jpmffi =1950A ；
III、IF751A < Iv < 800ATHEN / = 2kHZ AND =2100A ；
IV、IF668A</f <750ATHEN / = 2 cMiZ AND Vmsx = 2200A ；
V、IF561A</r<667ATHEN / = 3kHZ AND Vmai = 230OA。這是一種混雜型補償方式，吸取了各種補償裝置的優(yōu)點，以較小容量的有源部分 以達到等效于大容量有源補償?shù)男Ч?。這種多補償器組合的方式，控制分散，耦合性小，容 易實現(xiàn)，而且不會因為一個設(shè)備故障而導(dǎo)致整個裝置停運。另外是這種方式的成本低廉，技 術(shù)成熟，穩(wěn)定性好。通過應(yīng)用本發(fā)明實施方式所描述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，可以達到如下 技術(shù)效果
1、SVG和SVC組合中的SVG容量根據(jù)負載波動無功功率的95%概率最大值減去平均無 功功率，可以實現(xiàn)SVG容量的最小化，降低成本；
2、基于瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的雙閉環(huán)相比，控制器 PI參數(shù)設(shè)置變的簡單；
3、電壓自適應(yīng)模糊控制使得對接入點電壓控制的魯棒性好，提高了對電壓波動的補償 效果；
4、窄脈沖抑制技術(shù)簡單實用，相比大幅度提高載波幅值或者采用對窄脈沖濾波的方 法，該方法簡單可靠；
5、基于載波變頻的SVG諧波抑制技術(shù)，對于某些沒有使用APF的場合尤其有用，充分利 用了有源的作用，是一種無功功率補償優(yōu)先，諧波抑制兼顧的策略。通過載波變頻來提高器 件的開關(guān)頻率，簡單、實用、可靠。需要說明的是，通過直接利用大容量SVG或者APF進行大容量補償，兼顧無功功 率、諧波、負序電流抑制的方式，也能夠達到本發(fā)明實施方式的一部分基本功能，但是這樣需要的容量很大。APF難以做到數(shù)十兆這樣的容量，而SVG能通過級聯(lián)等做到這么大的容 量，但是隨著容量的增大，成本價格成倍數(shù)增加，而且穩(wěn)定性能下降。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，包括有源部分和無源部分，有源部分包括有源電力濾波器APF，靜止無功發(fā)生器SVG，靜止無功發(fā)生器SVG主要用于提供暫態(tài)無功功率，有源電力濾波器APF用于濾除諧波；有源電力濾波器APF和靜止無功發(fā)生器SVG具有不少于兩組，且以并聯(lián)形式通過變壓器隔離方式與三相電網(wǎng)連接；無源部分包括靜止無功補償器SVC，靜止無功補償器SVC用于提供穩(wěn)態(tài)無功功率；靜止無功補償器SVC包括晶閘管投切電容器TSC，晶閘管控制電抗器TCR，固定電容補償FC，晶閘管投切電容器TSC，晶閘管控制電抗器TCR，固定電容補償FC均直接與三相電網(wǎng)相連；晶閘管投切電容器TSC用于提供大容量容性無功功率，固定電容補償FC用于提供小容量無功功率，并兼做晶閘管控制電抗器TCR的主要次諧波濾波支路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的混合型 電能質(zhì)量治理裝置包括靜止無功補償器SVC控制模塊，靜止無功補償器SVC控制模塊包括 B點分相無功功率計算模塊(1 )，比例積分模塊一(2)，TSC投切控制模塊(3)，各相控制角計算模塊(4 )，電壓 和電流iB輸入B點分相無功功率計算模塊(1)，經(jīng)過比例積分模塊一(2)和TSC投切控制模塊(3)，得到 TSC投切控制信號，并根據(jù)TCR需發(fā)的無功，進入各相控制角計算模塊(4)，得出TCR的分相 控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的混合型 電能質(zhì)量治理裝置包括有源電力濾波器APF控制模塊，有源電力濾波器APF控制模塊包括 無功諧波補償判斷模塊(5)，目標諧波檢測模塊(6)，諧波及直流電壓PI調(diào)節(jié)模塊(7)，電壓 c和電流iB輸入無功諧波補償判斷模塊(5)，無功諧波補償判斷模塊(5)計算出需補償?shù)哪繕酥C波，輸出通過計算得到的目標諧波，并和已經(jīng)發(fā)出的諧波輸入諧波及直流電壓PI調(diào) 節(jié)模塊(7)進行比例積分控制，確定參考電壓，并與固定的三角波比較產(chǎn)生脈沖觸發(fā)有源電 力濾波器APF中的各重模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中任一權(quán)利要求所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征 在于，所述的混合型電能質(zhì)量治理裝置包括靜止無功發(fā)生器SVG控制模塊，靜止無功發(fā)生 器SVG控制模塊包括自適應(yīng)模糊控制器(8 )、無功電流直接計算模塊(9 )和基于瞬時功率平 衡雙閉環(huán)PI控制模塊(10)，基于瞬時功率平衡雙閉環(huán)PI控制模塊(10)根據(jù)自適應(yīng)模糊控 制器(8)和無功電流直接計算模塊(9)的輸出信號，得到靜止無功發(fā)生器SVG的控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的混合型 電能質(zhì)量治理裝置包括基于自適應(yīng)模糊控制和瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制模 塊，基于自適應(yīng)模糊控制和瞬時功率平衡的SVG雙閉環(huán)電壓控制模塊包括電流內(nèi)環(huán)、電壓 外環(huán)和基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，輸出電流i。反饋至電流內(nèi)環(huán)，a相電壓ea通過鎖 相模塊(22)和正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊(23)進入電流內(nèi)環(huán)，包括一路來自自適應(yīng)模糊控制器(8) 的輸出信號在內(nèi)的來自電壓外環(huán)的兩路輸出信號經(jīng)過限幅模塊組一(11 )，分別與來自電流 內(nèi)環(huán)的兩路輸出信號進行差值運算，輸出差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)模塊組一(12)和限幅模塊組二 (13)后，進入基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊經(jīng)過計算 將信號輸出至坐標轉(zhuǎn)換模塊二(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的自適應(yīng)模糊控制器(8)包括模糊控制器(17)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器(18)，模糊控制器(17)的輸入為母 線電圧U與目標電壓之差ΔΓ( ·)和，，輸出為目標無功電流的改變量Δ ^m，神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)預(yù)測器(18)根據(jù)K、K-U K- 2時刻的電壓差_、m-^h沙貨-2)和實際的輸出無功 電流量ι多1> ( -2)預(yù)測出Κ+1時刻的母線電壓差+ ,從而對模糊控制器(17)的規(guī)則系數(shù)進行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的混合型 電能質(zhì)量治理裝置包括基于瞬時無功電流PI控制的瞬時功率平衡的雙閉環(huán)控制模塊， 基于瞬時無功電流PI控制的瞬時功率平衡的雙閉環(huán)控制模塊包括電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)和 基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊，輸出電流i。反饋至電流內(nèi)環(huán)，a相電壓ea通過鎖相模塊 (22)和正弦余弦轉(zhuǎn)換模塊(23)后一路進入電流內(nèi)環(huán)，另一路與電流ia, ib, i。進入坐標變換 模塊一(19)，經(jīng)過低通濾波器組一(20)和PI控制器一(21)后，與來自電壓外環(huán)的另一路 輸出信號經(jīng)過限幅模塊組一(11)，分別與來自電流內(nèi)環(huán)的兩路輸出信號進行差值運算，輸 出差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)模塊組一(12)和限幅模塊組二(13)后，進入基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn) 化模塊，基于瞬時功率平衡流壓轉(zhuǎn)化模塊經(jīng)過計算輸出信號至坐標轉(zhuǎn)換模塊二(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的混合 型電能質(zhì)量治理裝置包括PWM模塊(14)，所述的PWM模塊(14)為正弦脈寬調(diào)制模塊，坐標轉(zhuǎn)換模塊二(16)輸出信號,與三角波經(jīng)過PWM模塊(14)比較后，得到SVG各相模塊的觸發(fā)信號，輸出至電壓源逆變器(15)形成補償電流，補償負載電能質(zhì)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的正弦 脈寬調(diào)制模塊包括窄脈沖消除模塊，所述窄脈沖消除模塊的上鎖信號為每相IGBT觸發(fā)信 號的翻轉(zhuǎn)信號，即PWM模塊(14)的翻轉(zhuǎn)信號，而解鎖信號則為載波的波峰跟波谷，當調(diào)制波 與載波在交點比較發(fā)生翻轉(zhuǎn)完成后，立即上鎖，在解鎖之前禁止PWM信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，其特征在于，所述的混 合型電能質(zhì)量治理裝置包括開關(guān)器件頻率變換模塊，所述開關(guān)器件頻率變換模塊與靜止 無功發(fā)生器SVG相連，用于在發(fā)出不同無功電流和諧波電流之間轉(zhuǎn)換改變靜止無功發(fā)生器 SVG中開關(guān)器件的頻率，并改變允許靜止無功發(fā)生器SVG發(fā)出無功電流的峰值，保護器件不 過流和過壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合型電能質(zhì)量治理裝置，包括有源和無源部分，有源部分包括有源電力濾波器APF，靜止無功發(fā)生器SVG，SVG用于提供暫態(tài)無功功率，APF用于濾除諧波；APF和SVG具有不少于兩組，且以并聯(lián)形式通過變壓器隔離方式與三相電網(wǎng)連接；無源部分包括靜止無功補償器SVC，SVC用于提供穩(wěn)態(tài)無功功率；SVC包括晶閘管投切電容器TSC，晶閘管控制電抗器TCR，固定電容補償FC，TSC，TCR，F(xiàn)C均直接與三相電網(wǎng)相連；TSC用于提供大容量容性無功功率，F(xiàn)C用于提供小容量無功功率，并兼做TCR的主要次諧波濾波支路，用于對電能系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)綜合補償和諧波治理。
文檔編號H02J3/18GK101924370SQ20101027565
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者劉華東, 呂順凱, 周方圓, 周靖, 張定華, 易海泉, 楊磊, 段世彥, 王衛(wèi)安, 王才孝, 胡曉東, 譚勝武, 鄧建華, 黃燕艷, 龍禮蘭 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司