專利名稱：無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法。
背景技術(shù)：
一般的配電靜止同步補償器需要檢測無功與諧波電流，導致電流互感器較多，檢測計算量大，計算累積誤差大，延時較大。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，配電網(wǎng)中各種電力電子設(shè)備不斷增多，許多用電負荷較大的企業(yè)，負荷呈非線性和沖擊性，引發(fā)了諸多電能質(zhì)量問題，如三相不平衡、電壓閃變和波動、低功率因數(shù)和諧波問題等，其中尤以諧波和無功問題最為嚴重，因此必須采用濾波
與無功補償裝置對上述電能質(zhì)量問題加以治理。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)無功補償采用晶閘管投切電容器(Thyristor Switched Capacitor, TSC)裝置,諧波治理采用無源電力濾波器(PassivePower Filter, PPF)。但在實際應(yīng)用時，由于無功與非線性負荷幅值可能隨時快速變化，因此上述傳統(tǒng)補償裝置由于響應(yīng)速度慢、補償效果差、易引起諧振等，已經(jīng)不能滿足要求。近年來一種消除動態(tài)諧波和進行無功補償?shù)睦硐腚娏﹄娮友b置一配電靜止同步補償器(Distribution Static Synchronous Compensator, DSTATC0M)應(yīng)運而生，基本原理是檢測出補償對象中的諧波及無功分量，然后將其反相產(chǎn)生補償指令電流，通過脈沖寬度調(diào)制(Pulse-Width Modulation, PWM)控制電力電子開關(guān)絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT),產(chǎn)生大小相等、相位相反的補償量注入配電網(wǎng)，與諧波和無功電流進行疊加，消除諧波電流，補償無功功率，這一技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景。配電靜止同步補償器通常由控制器與三相電力電子變流器兩部分組成，其核心技術(shù)是控制器的設(shè)計。一般控制器由指令運算電路和補償電路兩大部分組成。指令運算電路是檢測出補償對象中的諧波及無功分量，然后將其反相產(chǎn)生補償指令電流；補償電路是根據(jù)指令運算電路得出的補償指令信號，控制變流器產(chǎn)生補償電流。傳統(tǒng)的指令運算電路諧波與無功檢測方法已經(jīng)有多種，主要有提取基波分量法、快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)法、瞬時無功功率理論算法、自適應(yīng)檢測法。提取基波分量法原理比較簡單，就是從補償對象中提取基波分量，然后從原信號中減去基波量，就是需補償?shù)牧?，但由于易受元件參?shù)影響，已很少應(yīng)用。FFT法其基本原理將采樣一個周期的被檢測對象中的電流信號用FFT法分解，得出各次諧波的表達式。FFT快速算法能快速計算出被測對象中的各次諧波，但缺點是需一個電源周期的時間來采樣，因而有延時。自適應(yīng)檢測法是基于自適應(yīng)干擾抵消原理，用檢測到的負載電流減去基波有功電流分量，得到需補償?shù)闹C波及無功電流指令值。此法的優(yōu)點是不受電網(wǎng)電壓影響，缺點是動態(tài)響應(yīng)速度慢。基于瞬時無功功率理論的算法當只檢測無功時，沒有延時；但是當檢測諧波時，因采用不同的低通濾波器會有延時。上述檢測無功與諧波的檢測算法的共同問題在于需要檢測的電流互感器較多；檢測計算量較大，計算公式較多，計算累積誤差大；算法中存在低通濾波器環(huán)節(jié)，延時較大；采用模擬電路時電路實現(xiàn)復雜，采用數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)計算時需要占用較大的程序量與較長的控制時間。以往的配電靜止同步補償器的控制方式需要電源或負載側(cè)、補償側(cè)的六個電流互感器及三個電壓互感器，而根據(jù)三相系統(tǒng)能量交換原理，瞬時無功功率不會引起直流側(cè)與交流側(cè)間的能量交換。如果不考慮器件的損耗，則直流側(cè)瞬時有功功率全部來自交流側(cè)，從而直流側(cè)與交流側(cè)的能量交換取決于 瞬時有功功率的大小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種是通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分(Proportional Integral,比例積分)調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量，然后與電網(wǎng)源側(cè)電流相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流。此種檢測法實時性較好，需要檢測的量少，控制器設(shè)計大為簡化，是一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)
一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬乘法器與運算放大器電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，在電壓控制環(huán)中，為直流側(cè)電容電壓的反饋值，為直流側(cè)電容電壓的設(shè)定值，兩者的差值則為電壓的控制量，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)之后得到有功分量值是有功電流幅值；有功電流幅值乘以與三相電源電壓同步的單位正弦信號得到該相輸入電流的設(shè)定值；設(shè)定信號和實際電流的差值，經(jīng)過滯環(huán)比較器輸出六路觸發(fā)信號；直接控制電源側(cè)電流方式的配電靜止同步補償器，不需要檢測諧波及無功電流；如在濾除諧波時，直流側(cè)電容和電網(wǎng)電流存在有功功率的交換；電容電壓和電容電流具有下面的動態(tài)關(guān)系
式中，為初始時刻的電壓，為電容電流；
式中，為電容電壓的設(shè)定值，為電容電壓的實際值；根據(jù)能量平衡的原理，直流側(cè)電容充放電過程，都是基波有功電流引起的，由此可知，直流側(cè)電容的有功電流設(shè)為，通過比例積分調(diào)節(jié)后得到有功電流幅值；
Im = Δμλ (O + Α Λ( )
一般情況下，假設(shè)電網(wǎng)電壓為標準的正弦波，諧波和無功補償?shù)哪康木褪鞘闺娋W(wǎng)輸入電流波形與電網(wǎng)電壓波形為同頻，同相的正弦波，可以將電網(wǎng)電流分解為基本有功電流分量和諧波電流分量
式中，為電網(wǎng)瞬時電流值；配電靜止同步補償器可以等效為一個電流控制電流源，對非基波有功分量反向放大，其中為非有功分量的檢測單元，則有
由上式可得I .
= Z 7 iZ*
I+ K其中，為負載電流的諧波分量，在輸入量穩(wěn)定的前提下，如果放大倍數(shù)值足夠大，輸出的電流中的諧波分量就足夠小，輸入電流只含有功電流，此種控制方式形成了閉環(huán)系統(tǒng)，適當調(diào)節(jié)比例系數(shù)值，功率因數(shù)就可以無限趨近于I;
自適應(yīng)模糊比例積分系統(tǒng)是以常規(guī)比例積分控制為前提，采用模糊推理思想，將誤差和誤差變化率作為模糊控制器的兩個輸入量，通過模糊控制器的輸出變量，利用模糊規(guī)則對比例積分參數(shù)進行實時整定，使比例積分參數(shù)最優(yōu)；模糊控制的基本思想是對2個參數(shù)進行實時整定，以滿足不同輸入誤差量和誤差變化率，確保被控對象有良好的動、靜態(tài)性能；首先根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定、的值，然后通過模糊推理得到修正值、，由經(jīng)驗值和修正值得到最優(yōu)和；
上式中、為系統(tǒng)的經(jīng)典比例積分參數(shù)，、為模糊推理得到的調(diào)整值；實現(xiàn)了對比例積分參數(shù)的優(yōu)化，根據(jù)比例積分的控制算式
式中，為比例系數(shù)；為積分系數(shù)；
根據(jù)參數(shù)，對系統(tǒng)輸出特性的影響，可得出在不同和參數(shù)的整定原則；
當輸入量很大時，不管誤差趨勢如何變化，都應(yīng)使控制器按最大或最小輸出，從而以最大速度減小誤差的絕對值；同時為了使積分不飽和，此時應(yīng)取較小的，其值甚至可以取零和較大；
當輸入量和為中等大小時，為減小系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量，和的值都不能太大，應(yīng)該減小、來確保系統(tǒng)的響應(yīng)速度；
當輸入量較小時，說明誤差的絕對值向減小的趨勢發(fā)展或者已達到平衡狀態(tài)；此時，和的取值不用變化，可采取保持控制器輸出不變。有益效果
I.本發(fā)明通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量，然后與電網(wǎng)源側(cè)電流相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流；此種檢測法實時性較好，需要檢測的量少。2.本發(fā)明不需要諧波及無功檢測算法，控制器設(shè)計大為簡化，可以通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，參數(shù)調(diào)整靈活；本方法的輸出能夠采用滯環(huán)電流比較或者直接電流PWM輸出方式。3.本發(fā)明只需要三個電流互感器，這樣降低了產(chǎn)品的成本，簡化了控制器設(shè)計。4.本發(fā)明的方法是控制簡單，易于實現(xiàn)的電源側(cè)電流檢測控制方法，在三相三線制平衡負載及主回路采用分裂電容結(jié)構(gòu)的三相四線制不平衡負載系統(tǒng)下均適用，可以有效地補償無功與抑制諧波，在不平衡負載情況下，不僅消除了零序電流，補償了無功，抑制了諧波，而且實現(xiàn)了三相電流的平衡。5.本發(fā)明提出的用于電容電壓穩(wěn)定控制的模糊比例積分控制器設(shè)計方法，首先通過系統(tǒng)仿真初步確定比例積分參數(shù)的范圍，然后通過模糊控制器的輸出微調(diào)實現(xiàn)比例積分參數(shù)的最優(yōu)，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增強了系統(tǒng)的魯棒性。6.本發(fā)明采用電源側(cè)電流檢測控制方法的電力有源濾波器補償后的總諧波失真(Total Harmonic Distortion, THD)更小，并且電容電壓的波動量更小，只需要三個電流互感器，這樣降低了產(chǎn)品的成本，簡化了控制器設(shè)計。7.本發(fā)明由于設(shè)計方法的簡化性，采用無DSP的運算電路實現(xiàn)本發(fā)明控制器，控制器非常簡單，參數(shù)調(diào)節(jié)方便。
附圖I是本產(chǎn)品的無諧波及無功檢測環(huán)節(jié)的配電靜止同步補償器裝置原理圖。附圖2是本產(chǎn)品的配電靜止同步補償器控制方法的原理圖。附圖3是本產(chǎn)品的閉環(huán)控制原理圖。附圖4是本產(chǎn)品的模糊比例積分D控制方案圖。附圖5是本產(chǎn)品的三相三線制系統(tǒng)接線原理圖。附圖6是本產(chǎn)品的信號調(diào)理電路圖。附圖7是本產(chǎn)品的濾波前后的A相電壓波形圖。附圖8是本產(chǎn)品的直流側(cè)電容電壓調(diào)節(jié)電路圖。附圖9是本產(chǎn)品的電流比較計算環(huán)節(jié)電路圖。附圖10是本產(chǎn)品的互補信號輸出電路圖。附圖11是本產(chǎn)品的電源側(cè)電流控制的DSTATC0M三相補償效果投入前三相電流曲線圖。附圖12是本產(chǎn)品的電源側(cè)電流控制的DSTATC0M三相補償效果投入配網(wǎng)靜止同步補償器后的波形，通過對比可知，采用直接控制電源電流方式的DSTATC0M，可以使三相平衡圖。附圖13是本產(chǎn)品的電源側(cè)電流控制的DSTATC0M三相補償效果DSTATC0M輸出的補償電流圖。附圖14是本產(chǎn)品的電源電流控制的DSTATC0M的過渡過程圖。附圖15是本產(chǎn)品的電源側(cè)電流控制的DSTATC0M的A相補償結(jié)果補償前A相電壓電流圖。附圖16是本產(chǎn)品的電源側(cè)電流控制的DSTATC0M的A相補償結(jié)果補償后A相電壓電流圖。附圖17是本產(chǎn)品的電源側(cè)電流控制的DSTATC0M的A相補償結(jié)果負荷切換時直流側(cè)電容電壓波動圖。
附圖18是本產(chǎn)品的的模糊控制規(guī)則表。附圖19是本產(chǎn)品的的模糊控制規(guī)則表。附圖20是本產(chǎn)品的減法器電路圖。附圖21是本產(chǎn)品的死區(qū)設(shè)置電路圖。
具體實施例方式 實施例I :
一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用DSP芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流PWM輸出方式。實施例2 實施例I所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，在電壓控制環(huán)中，為直流側(cè)電容電壓的反饋值，為直流側(cè)電容電壓的設(shè)定值，兩者的差值則為電壓的控制量，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)之后得到有功分量值是有功電流幅值；有功電流幅值乘以與三相電源電壓同步的單位正弦信號得到該相輸入電流的設(shè)定值；設(shè)定信號和實際電流的差值，經(jīng)過滯環(huán)比較器輸出六路觸發(fā)信號；直接控制電源側(cè)電流方式的配電靜止同步補償器，不需要檢測諧波及無功電流；如在濾除諧波時，直流 側(cè)電容和電網(wǎng)電流存在有功功率的交換；電容電壓和電容電流具有下面的動態(tài)關(guān)系
式中，為初始時刻的電壓，為電容電流；
式中，為電容電壓的設(shè)定值，為電容電壓的實際值；根據(jù)能量平衡的原理，直流側(cè)電容充放電過程，都是基波有功電流引起的，由此可知，直流側(cè)電容的有功電流設(shè)為，通過比例積分調(diào)節(jié)后得到有功電流幅值；
Im - * AMdfc (O + Audc ( )
一般情況下，假設(shè)電網(wǎng)電壓為標準的正弦波，諧波和無功補償?shù)哪康木褪鞘闺娋W(wǎng)輸入電流波形與電網(wǎng)電壓波形為同頻，同相的正弦波，可以將電網(wǎng)電流分解為基本有功電流分量和諧波電流分量
式中，為電網(wǎng)瞬時電流值；配電靜止同步補償器可以等效為一個電流控制電流源，對非基波有功分量反向放大，其中為非有功分量的檢測單元，則有
由上式可得I .
^sh = Γ 2ZA \ + k
其中，為負載電流的諧波分量，在輸入量穩(wěn)定的前提下，如果放大倍數(shù)值足夠大，輸出的電流中的諧波分量就足夠小，輸入電流只含有功電流，此種控制方式形成了閉環(huán)系統(tǒng)，適當調(diào)節(jié)比例系數(shù)值，功率因數(shù)就可以無限趨近于I;
自適應(yīng)模糊比例積分系統(tǒng)是以常規(guī)比例積分控制為前提，采用模糊推理思想，將誤差和誤差變化率作為模糊控制器的兩個輸入量，通過模糊控制器的輸出變量，利用模糊規(guī)則對比例積分參數(shù)進行實時整定，使比例積分參數(shù)最優(yōu)；模糊控制的基本思想是對2個參數(shù)進行實時整定，以滿足不同輸入誤差量和誤差變化率，確保被控對象有良好的動、靜態(tài)性能；首先根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定、的值，然后通過模糊推理得到修正值、，由經(jīng)驗值和修正值得到最優(yōu)和；
上式中、為系統(tǒng)的經(jīng)典比例積分參數(shù)，、為模糊推理得到的調(diào)整值；實現(xiàn)了對比例積分參數(shù)的優(yōu)化，根據(jù)比例積分的控制算式
式中，為比例系數(shù)；為積分系數(shù)；
根據(jù)參數(shù)，對系統(tǒng)輸出特性的影響，可得出在不同和參數(shù)的整定原則；
當輸入量很大時，不管誤差趨勢如何變化，都應(yīng)使控制器按最大或最小輸出，從而以最大速度減小誤差的絕對值；同時為了使積分不飽和，此時應(yīng)取較小的，其值甚至可以取零和較大；當輸入量和為中等大小時，為減小系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量，和的值都不能太大，應(yīng)該減小、來確保系統(tǒng)的響應(yīng)速度；
當輸入量較小時，說明誤差的絕對值向減小的趨勢發(fā)展或者已達到平衡狀態(tài)；此時，和的取值不用變化，可采取保持控制器輸出不變。實施例3
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比
較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖2三相配電靜止同步補償器控制方法的原理，電壓控制環(huán)中，為直流側(cè)電容電壓的瞬時值，為直流側(cè)電容電壓的給定值，兩者的差值則為電壓的控制量，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)之后得到有功電流幅值。有功電流幅值乘以與三相電源電壓同步的單位正弦信號得到該相輸入電流的設(shè)定值。設(shè)定信號和實際電流的差值，經(jīng)過滯環(huán)比較器輸出六路觸發(fā)信號。本發(fā)明的直接控制電源側(cè)電流方式的配電靜止同步補償器，不需要檢測諧波及無功電流。如在濾除諧波時，直流側(cè)電容和電網(wǎng)電流存在有功功率的交換。電容電壓和電容電流具有下面的動態(tài)關(guān)系
式中，為初始時刻的電壓，為電容電流。式中，為設(shè)定值，為電容電壓的實際值。根據(jù)能量平衡的原理，直流側(cè)電容充放電過程，都是基波有功電流引起的，由此可知，直流側(cè)電容的有功電流設(shè)為，通過比例積分調(diào)節(jié)后得到有功電流幅值。
一般情況下，假設(shè)電網(wǎng)電壓為標準的正弦波，諧波和無功補償?shù)哪康木褪鞘闺娋W(wǎng)輸入電流波形與電網(wǎng)電壓波形為同頻，同相的正弦波，可以將電網(wǎng)電流分解為基本有功電流分量和諧波電流分量
式中，為電網(wǎng)瞬時電流值。如附圖3所示，配電靜止同步補償器可以等效為一個電流控制電流源，對非基波有功分量反向放大，其中為非有功分量的檢測單元，則有
由上式可得
I
Α
其中，為負載電流的諧波分量，可見在輸入量穩(wěn)定的前提下，如果放大倍數(shù)值足夠大，輸出的電流中的諧波分量就可以足夠小，從而使輸入電流只含有功電流，此種控制方式形成了閉環(huán)系統(tǒng)，適當調(diào)節(jié)比例系數(shù)值，功率因數(shù)就可以無限趨近于I。自適應(yīng)模糊比例積分系統(tǒng)是以常規(guī)比例積分控制為前提，采用模糊推理思想，將誤差和誤差變化率作為模糊控制器的兩個輸入量，通過模糊控制器的輸出變量，利用模糊規(guī)則對比例積分參數(shù)進行實時整定，從而使比例積分參數(shù)最優(yōu)，自適應(yīng)模糊比例積分控制結(jié)構(gòu)如附圖4所示。模糊控制的基本思想是對2個參數(shù)進行實時整定，以滿足不同輸入誤差量和誤差變化率，確保被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。首先根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定、的值，然后通過模糊推理得到修正值、，由經(jīng)驗值和修正值得到最優(yōu)和。上式中、為系統(tǒng)的經(jīng)典比例積分參數(shù)，、為模糊推理得到的調(diào)整值。根據(jù)圖4實現(xiàn)了對比例積分參數(shù)的優(yōu)化，根據(jù)比例積分的控制算式
式中，為比例系數(shù)；為積分系數(shù)。根據(jù)參數(shù)，對系統(tǒng)輸出特性的影響，可得出在不同和參數(shù)的整定原則，圖18及圖19分別給出了、的模糊控制規(guī)則。(I)當輸入量很大時，不管誤差趨勢如何變化，都應(yīng)使控制器按最大(或最小)輸出，從而以最大速度減小誤差的絕對值。同時為了使積分不飽和，此時應(yīng)取較小的，其值甚至可以取零和較大。(2)當輸入量和為中等大小時，為減小系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量，和的值都不能太大，應(yīng)該減小、來確保系統(tǒng)的響應(yīng)速度。(3)當輸入量較小時，說明誤差的絕對值向減小的趨勢發(fā)展，或者已達到平衡狀態(tài)。此時，和的取值不用變化，可采取保持控制器輸出不變。實施例4
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。如附圖5所示，在三相三線制系統(tǒng)中，電源經(jīng)隔離開關(guān)Ql與裝置相連接，熔斷器FU1-FU3起到過流保護作用，過壓抑制器FA1-FA3防止電源側(cè)過電壓對裝置電力電子模塊擊穿影響，C1-C3、R1-R3、41-C6、R4-R6為裝置輸出濾波器，用來濾除裝置輸出補償電流的高頻毛刺，熱過載繼電器JRl可以用來當裝置輸出波形諧波超限時，及時切除裝置，保護電網(wǎng)不受影響。接觸器MC與充電電阻R7-R9可以實現(xiàn)裝置軟啟動，即裝置啟動時，首先經(jīng)電阻R7-R9給直流電容充電，達到工作電壓后接觸器MC閉合，裝置開始工作。TA4-TA6為輸出電流測量互感器，用來監(jiān)測裝置輸出電流，該采樣電流并不參與控制算法運算。電抗器L1-L3為變流器輸出電感，用來將變流器PWM電壓轉(zhuǎn)化為平滑的正弦或待補償諧波電流。IGBT模塊S1-S3為大功率電力電子器件，在控制器發(fā)出的控制指令作用下，產(chǎn)生補償波形。無感電容C10-C12的作用是吸收IGBT模塊的開關(guān)尖峰，保護模塊與凈化波形。直流電容C13為電解電容，由2個450V電容串聯(lián)滿足耐壓900V的要求，同時由多個電容支路并聯(lián)滿足電容值的要求。電阻R16為放電電阻，確保裝置停機或檢修時在短時間內(nèi)將直流電容上的參與電荷放到安全電壓以下。實施例5
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖6為信號調(diào)理電路，包括以芯片U2運算放大器0P07及其周圍輔助元件構(gòu)成的濾波電路，以運放LM339為核心的比例放大電路。濾波前后的波形對比如附圖7示波器波形所示。實施例6:
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與
電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖8所示為直流側(cè)電容電壓調(diào)節(jié)電路，直流電壓采樣后Vdc經(jīng)Ul射極跟隨器后與U2輸出的直流電壓設(shè)定值二者相減，然后連到比例積分調(diào)節(jié)器上，比例積分調(diào)節(jié)器采用的是由，以及組成，，來設(shè)置電容電壓的參考值，比例積分調(diào)節(jié)器輸出即為有功基波電流的有效值。實施例7
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖9為電流比較計算環(huán)節(jié)電路，將附圖8中輸出的A相有功基波電流的有效值與A相標準參考電壓在乘法器AD633中相乘構(gòu)成瞬時A相有功基波電流，然后與電源側(cè)檢測電流在U6運放AD082中進行相減運算形成誤差量，在芯片U7B中通過滯環(huán)比較，形成IGBT開關(guān)信號。實施例8
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖10為死區(qū)設(shè)置與互補信號輸出電路，由⑶4069反相器，⑶4073與門，⑶4041四同相/反相緩沖器以及電阻、電容構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)外接R70、R72的阻值，從而改變C45、C46上的充放電電流，來設(shè)置死區(qū)時間。在RC電路中，電壓充電的快慢是取決于指數(shù)的大小，根據(jù)IGBT模塊的死區(qū)時間要求，按照要求設(shè)置死區(qū)時間大概在2. 7us，最后計算出衰減常數(shù)IT =1.38,根據(jù)求得_||= 131 Ω，電容e=0. InFo最終信號輸出，由于兩路輸出之間相差一
個反相器，因此輸出A0、Al之間形成具有死區(qū)時間的互補輸出開關(guān)信號。實施例9
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜 止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖11是電源側(cè)電流控制的DSTATC0M三相補償效果投入前三相電壓電流曲線圖，由附圖11可以明顯看出，三相存在嚴重的不平衡現(xiàn)象并且含有大量的諧波，附圖12是電源側(cè)電流控制的DSTATC0M三相補償效果投入配網(wǎng)靜止同步補償器后的波形，通過對比可知，采用直接控制電源電流方式的DSTATC0M，可以使三相平衡，并且可以補償無功，濾除諧波。附圖13是電源側(cè)電流控制的DSTATC0M三相補償效果DSTATC0M輸出的補償電流。實施例10
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖14為電源電流控制的DSTATC0M的過渡過程，由圖可以明顯的看出，投入前系統(tǒng)三相電流存在嚴重的不平衡現(xiàn)象，投入配網(wǎng)靜止同步補償器補償之后的電流波形，通過對比可知，采用直接控制電源電流方式的DSTATC0M，可以使三相系統(tǒng)電流實現(xiàn)平衡。實施例11
實施例I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，方法通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源所側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。附圖15為電源側(cè)電流控制的DSTATC0M的A相補償結(jié)果補償前A相電壓電流，存在較大的無功；附圖16為電源側(cè)電流控制的DSTATC0M的A相補償結(jié)果補償后A相電壓電流，波形基本上重合，無功得到較大補償；附圖17為電源側(cè)電流控制的DSTATC0M的A相補償結(jié)果負荷切換時直流側(cè)電容電壓波動，可見波動中直流電壓基本上保持穩(wěn)定，直流電壓控制比較平穩(wěn)，沒有大的過沖現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，其特征是通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值％的差值A(chǔ)fZc，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值J ，然后與電網(wǎng)電源側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值，進行補償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，其特征是所述的方法采用數(shù)字信號處理器芯片控制或通過模擬乘法器與運算放大器電路實現(xiàn)全部控制算法，所述的方法的輸出采用滯環(huán)電流比較或者直接電流脈寬調(diào)制輸出方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，其特征是在電壓控制環(huán)中，Oc為直流側(cè)電容電壓的反饋值，Ocv為直流側(cè)電容電壓的設(shè)定值，兩者的差值A(chǔ)fZc則為電壓的控制量，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)之后得到有功分量值&是有功電流幅值；有功電流幅值乘以與三相電源電壓同步的單位正弦信號得到該相輸入電流的設(shè)定值C ;設(shè)定信號G和實際電流^的差值化，經(jīng)過滯環(huán)比較器輸出六路觸發(fā)信號；直接控制電源側(cè)電流方式的配電靜止同步補償器，不需要檢測諧波及無功電流；如在濾除諧波時，直流側(cè)電容和電網(wǎng)電流存在有功功率的交換；電容電壓和電容電流具有下面的動態(tài)關(guān)系 式中，
全文摘要
無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法。一般的配電靜止同步補償器需要檢測無功與諧波電流，導致電流互感器較多，檢測計算量大，計算累積誤差大，延時較大。一種無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制方法，通過直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與反饋值的差值，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)基波有功分量值，然后與電網(wǎng)電源側(cè)電流值相減，得到需要補償?shù)闹C波及無功電流值。本發(fā)明用于無諧波及無功檢測的配電靜止同步補償控制。
文檔編號H02J3/18GK102820659SQ20121026115
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者劉驥, 孫長坡, 黃玲, 徐在德, 黃磊, 李秀婧, 劉漢源, 聶輝 申請人:哈爾濱理工大學