本發(fā)明涉及逆變器補(bǔ)償控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法。

背景技術(shù)：

隨著中頻集中式供電系統(tǒng)的發(fā)展，中頻供電系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量問題受到的關(guān)注程度與日劇增。圖1所示的集中式供電方式下，系統(tǒng)內(nèi)的不同負(fù)載，均集中在一個中頻電網(wǎng)中，其工況可能存在相互的耦合，不同負(fù)載也會存在一定的相互影響，隨之而來的主要電能質(zhì)量問題如下：

(1)線路壓降

由于中頻供電系統(tǒng)具有頻率高和低壓大電流的特點(diǎn)，且輸電線路存在較長的情況，導(dǎo)致中頻供電系統(tǒng)的線路壓降遠(yuǎn)大于工頻電網(wǎng)，且中頻電網(wǎng)本身電壓等級就低，故壓降的影響更加明顯，對于遠(yuǎn)端負(fù)載電壓水平有可能低于正常工作要求。

(2)負(fù)載投切產(chǎn)生的電壓波動

中頻供電系統(tǒng)運(yùn)行時，沖擊性負(fù)載的投切或大功率設(shè)備的啟動勢必會對中頻電網(wǎng)造成一定的沖擊，使中頻供電系統(tǒng)輸出電壓產(chǎn)生波動，這些不良的變化不僅影響中頻供電系統(tǒng)自身的安全性，也會將不利影響擴(kuò)展到同一電源供電的鄰近負(fù)載。中頻負(fù)載一般都是比較精密的設(shè)備，屬敏感性負(fù)荷，它們對電壓波動十分敏感。

(3)瞬時電壓跌落

當(dāng)供電負(fù)載出現(xiàn)短路故障時，在系統(tǒng)保護(hù)動作前，會出現(xiàn)較大的短路電流，導(dǎo)致中頻供電系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生大幅度的跌落，嚴(yán)重影響其它負(fù)載的供電品質(zhì)。

因此，為了解決中頻供電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量問題，對于其終端補(bǔ)償控制的研究顯得尤為重要。

國外以美國佐治亞工學(xué)院、田納西大學(xué)、德國西門子公司，國內(nèi)以清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)對工頻領(lǐng)域的綜合型電能質(zhì)量控制器進(jìn)行了較多的研究。然而，對于中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制的研究涉及較少，主要集中在中頻有源電力濾波器的研究。其為解決中頻系統(tǒng)非線性負(fù)載帶來的諧波電流問題具有良好的幫助，但基本都配置在很小范圍內(nèi)的獨(dú)立小容量中頻供電系統(tǒng)內(nèi)，在這種系統(tǒng)內(nèi)，嚴(yán)重的電壓問題基本不存在；也有個別研究機(jī)構(gòu)針對中頻系統(tǒng)內(nèi)的電壓質(zhì)量問題，研制出了小容量壓降補(bǔ)償器，并投入使用，雖對由長距離輸電線路引起的穩(wěn)態(tài)線路壓降起到一定的補(bǔ)償作用，但對其它由沖擊或電路故障引起的電壓波動和大幅度電壓跌落沒有任何的幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法，該控制方法可以同時解決中頻供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)線路壓降、負(fù)載投切產(chǎn)生的電壓波動、瞬時電壓跌落、相位補(bǔ)償?shù)入娔苜|(zhì)量問題，保證系統(tǒng)內(nèi)各負(fù)載的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開的一種用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：采用離散化數(shù)字鎖相環(huán)跟蹤中頻供電系統(tǒng)的終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁，再將終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁滯后移相π/2得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂，然后將中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂分別移相2π/3和4π/3得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄；

步驟2：對中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂、終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄分別進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)玫饺鄥⒖茧妷合辔沪?sub>A、ω_B和ω_C，前饋補(bǔ)償中三相相位的補(bǔ)償量取決于對應(yīng)相的輸出電流有效值I_{A_RMS}、I_{B_RMS}、I_{C_RMS}與線纜移相系數(shù)k的乘積，其中k的值由線纜特性決定，即補(bǔ)償量為k*I_{A_RMS}、k*I_{B_RMS}、k*I_{C_RMS}；

步驟3：將步驟(2)中得到的三相參考電壓相位ω_A、ω_B和ω_C分別求sin函數(shù)，并將該sin函數(shù)與參考電壓幅值U_{ref_pk}相乘得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}；

步驟4：采集中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N，將步驟(3)中得到的中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}與中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N分別相減，得到三個電壓差值e_A、e_B和e_C；

步驟5：在靜止坐標(biāo)系下，將步驟(4)中得到的三個電壓差值e_A、e_B和e_C分別進(jìn)行比例諧振調(diào)節(jié)得到中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓，中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓通過隔離變壓器對中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相電壓進(jìn)行自動補(bǔ)償，即實(shí)現(xiàn)了實(shí)時動態(tài)電壓及諧波補(bǔ)償。

本發(fā)明控制方法相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)電壓補(bǔ)償是對輸出電壓幅值和相位的雙重補(bǔ)償；考慮了終端輸出到負(fù)載的線路感抗，增加了參考電壓相位前饋補(bǔ)償，解決不同負(fù)載切換帶來的電壓波動問題；在靜止坐標(biāo)系下對補(bǔ)償電壓進(jìn)行交流量比例諧振調(diào)節(jié)，提高了終端動態(tài)補(bǔ)償能力，解決瞬時電壓跌落問題。

附圖說明

圖1為中頻供電系統(tǒng)集中式供電示意圖。

圖2為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償原理框圖。

圖3為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制方法流程圖。

圖4為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

如圖2所示為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償原理框圖。

以中頻供電系統(tǒng)的某1路終端輸出為例：中頻供電系統(tǒng)的終端輸入、輸出電制均為三相四線制，終端三相輸入相電壓分別為U_AN、U_BN和U_CN，終端三相輸出相電壓分別為U_A1N、U_B1N和U_C1N，終端補(bǔ)償隔離變壓器的次級串接在三相輸入、輸出相電壓之間。當(dāng)中頻供電系統(tǒng)經(jīng)圖1所示的固定鋪設(shè)長線纜接入終端，終端輸出帶載運(yùn)行時，長線纜的穩(wěn)態(tài)壓降和線路電感引起的相移必定影響終端的輸出電能品質(zhì)。同時，終端與負(fù)載間的短線纜也會因為重負(fù)載的投切使終端輸出電壓產(chǎn)生波動和瞬時跌落。為了保證終端輸出電壓的電能質(zhì)量，中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制必須引入。

如圖3所示為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制方法流程圖，圖4所示為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制框圖。

本發(fā)明的用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法，它包括如下步驟：

步驟1：采用離散化數(shù)字鎖相環(huán)跟蹤中頻供電系統(tǒng)的終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁，再將終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁滯后移相π/2得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂，然后將中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂分別移相2π/3和4π/3得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄；

步驟2：對中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂、終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄分別進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)玫饺鄥⒖茧妷合辔沪?sub>A、ω_B和ω_C，前饋補(bǔ)償中三相相位的補(bǔ)償量取決于對應(yīng)相的輸出電流有效值I_{A_RMS}、I_{B_RMS}、I_{C_RMS}與線纜移相系數(shù)k的乘積，其中k的值由線纜特性決定，即補(bǔ)償量為k*I_{A_RMS}、k*I_{B_RMS}、k*I_{C_RMS}；

步驟3：將步驟(2)中得到的三相參考電壓相位ω_A、ω_B和ω_C分別求sin函數(shù)，并將該sin函數(shù)與參考電壓幅值U_{ref_pk}相乘得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}；

步驟4：采集中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N，將步驟(3)中得到的中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}與中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N分別相減，得到三個電壓差值e_A、e_B和e_C；

步驟5：在靜止坐標(biāo)系下，將步驟(4)中得到的三個電壓差值e_A、e_B和e_C分別進(jìn)行比例諧振調(diào)節(jié)得到中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓，中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓通過隔離變壓器對中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相電壓進(jìn)行自動補(bǔ)償，即實(shí)現(xiàn)了實(shí)時動態(tài)電壓及諧波補(bǔ)償。

上述技術(shù)方案的步驟3中參考電壓幅值U_{ref_pk}的范圍為113V～118V。

上述技術(shù)方案中，所述電壓均為交流量。

上述技術(shù)方案中，采用該終端補(bǔ)償控制方法的終端設(shè)備的開關(guān)頻率應(yīng)控制在中頻供電系統(tǒng)輸出電壓開關(guān)頻率的90％～110％之間。防止開關(guān)頻率之間產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。

本發(fā)明采用鎖相環(huán)跟蹤中頻供電系統(tǒng)的終端輸入電壓相位，并對該相位進(jìn)行移相和基于輸出電流與線纜移相系數(shù)的前饋補(bǔ)償處理，得到終端輸出電壓參考相位，在此基礎(chǔ)上，通過互錯開關(guān)頻率及靜止坐標(biāo)系下的交流量比例諧振調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)終端輸出電壓的實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。本發(fā)明中終端補(bǔ)償控制是對輸出電壓幅值和相位的雙重補(bǔ)償；考慮了終端輸出到負(fù)載的線路感抗，增加了參考電壓相位前饋補(bǔ)償，解決不同負(fù)載切換帶來的電壓波動問題；在靜止坐標(biāo)系下對補(bǔ)償電壓進(jìn)行交流量比例諧振調(diào)節(jié)，提高了終端動態(tài)補(bǔ)償能力，解決瞬時電壓跌落問題。

所述僅是為清楚地說明所作的舉例，并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以根據(jù)中頻供電系統(tǒng)輸出電制、連接線纜或是開關(guān)頻率的不同做出其它不同形式的變化或變動。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。

本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。