本發(fā)明涉及無功補(bǔ)償裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種三相三橋臂配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

目前，成品的靜止同步補(bǔ)償器裝置雖然已經(jīng)存在，但其價(jià)格昂貴且工程技術(shù)并未得到公開。而靜止同步補(bǔ)償器因具無功補(bǔ)償響應(yīng)速度快、連續(xù)調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，得到了國內(nèi)外學(xué)者的青睞。

現(xiàn)公開的配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器樣機(jī)裝置，仍具有許多不足，如：裝置無法直接掛網(wǎng)啟動或啟動瞬間產(chǎn)生巨大的沖擊電流、無法完成無功電流的實(shí)時(shí)檢測、單一的補(bǔ)償容量及固定的給定指令導(dǎo)致裝置智能程度低和環(huán)境適應(yīng)性差、復(fù)雜的算法濾波造成運(yùn)算效率低和抗干擾性差、“人機(jī)對話”性能差等，這些不足形成了樣機(jī)裝置未能實(shí)用化的重要因素，如何將其進(jìn)行完善，成為了工程人員關(guān)注的熱點(diǎn)。

因此，從裝置掛網(wǎng)啟動、無功補(bǔ)償方式、功率模塊直流側(cè)電壓可控及濾波手段上合理改進(jìn)，對配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器的推廣具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)公開的配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置無法掛網(wǎng)直接啟動或啟動造成巨大沖擊電流、無法兼容多種無功補(bǔ)償方式、無法根據(jù)配電網(wǎng)電壓環(huán)境保證補(bǔ)償能力、無法穩(wěn)定安全升降壓、無法解決使用傳統(tǒng)低通濾波法所造成的運(yùn)算量大和算法延時(shí)的問題，提供一種三相三橋臂配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置及控制方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

1.一種三相三橋臂配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置，該裝置1由預(yù)充電路2、控制模塊3、功率模塊4、保護(hù)模塊5及人機(jī)交互界面6構(gòu)成。

所述預(yù)充電路2由不可控整流橋2-1、KM1接觸器2-2、限流電阻2-3和KM2接接觸器2-4構(gòu)成；其中，不可控整流橋2-1設(shè)有交流側(cè)和直流側(cè)，其交流側(cè)通過KM1接觸器2-2與配電網(wǎng)9相連，其直流側(cè)通過KM2接觸器2-4、串聯(lián)限流電阻2-3與功率模塊4的直流側(cè)電容11兩端相連；預(yù)充電路2用于裝置掛網(wǎng)啟動，抑制沖擊電流的產(chǎn)生。

所述控制模塊3由信號采集單元3-1和數(shù)據(jù)處理單元3-2構(gòu)成；信號采集單元3-1用于采集配電網(wǎng)電壓u_ab,bc、補(bǔ)償電流i_a,b、功率模塊4的直流側(cè)電壓U_dc、負(fù)載電流i_la,lb，并將采集信號傳送至數(shù)據(jù)處理單元3-2；數(shù)據(jù)處理單元3-2用于計(jì)算軟啟動門閥電壓U_{dc_start}、功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令及處理人機(jī)交互信息，還用于對功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令和電壓信號U_dc的差值經(jīng)過電壓控制器得到有功電流指令而對采集的負(fù)載電流信號i_la,lb進(jìn)行坐標(biāo)等量變換，計(jì)算出無功電流，再經(jīng)濾波得到無功電流指令還用于根據(jù)有功電流指令無功電流指令電網(wǎng)電壓相位余弦和正弦計(jì)算出三相補(bǔ)償電流指令三相補(bǔ)償電流指令與實(shí)際的三相補(bǔ)償電流信號i_a,b,c的差值經(jīng)過電流控制器獲得開關(guān)驅(qū)動信號并傳送至功率模塊4，實(shí)現(xiàn)對功率模塊4交流側(cè)補(bǔ)償電流的控制。

所述功率模塊4設(shè)有交流側(cè)和直流側(cè)，其交流側(cè)通過連KM3接觸器7、電抗器8并入配電網(wǎng)9與負(fù)載10之間，其直流側(cè)依次與電容11和不可控整流橋2-1的直流側(cè)負(fù)極及限流電阻2-3的一端相連；所述功率模塊4用于根據(jù)開關(guān)驅(qū)動信號調(diào)節(jié)其三相補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流無功的補(bǔ)償。

所述保護(hù)模塊5用于裝置根據(jù)軟件和硬件判斷出非正常運(yùn)行情況，而迅速斷開與配電網(wǎng)的連接，對裝置起保護(hù)作用。

所述人機(jī)交互界面6用于對裝置進(jìn)行控制和信息顯示，包括一鍵啟動、一鍵關(guān)機(jī)、無功補(bǔ)償方式選擇、運(yùn)行狀態(tài)顯示、裝置相關(guān)信息顯示。

2.上述的一種三相三橋臂配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置的控制方法，操作步驟如下：

1)所述預(yù)充電路2在裝置1掛網(wǎng)啟動過程中可分四個(gè)步驟：

步驟一：將功率模塊4的直流側(cè)電容11進(jìn)行預(yù)充電；裝置1采用由不可控整流橋2-1、KM1接觸器2-2、限流電阻2-3、KM2接觸器2-4構(gòu)成的預(yù)充電路2，通過軟件控制實(shí)現(xiàn)對功率模塊4的直流側(cè)電容11充電。

步驟二：將預(yù)充電路2進(jìn)行旁路；通過電壓互感器采集功率模塊4的直流側(cè)電容11預(yù)充電壓的瞬時(shí)值，當(dāng)瞬時(shí)值達(dá)到軟啟動門閥電壓U_{dc_start}時(shí)，快速斷開預(yù)充電路2。

步驟三：將功率模塊4的交流側(cè)與配電網(wǎng)9接通，裝置1處于空載運(yùn)行狀態(tài)；待預(yù)充電路2完全斷開瞬間，通過軟件控制快速將功率模塊4交流側(cè)的KM3接觸器7合閘，實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)9接通，此時(shí)裝置1處于軟啟動門閥電壓U_{dc_start}和無功電流指令為零的狀態(tài)下運(yùn)行；待穩(wěn)定后功率模塊4的直流側(cè)電壓按反比例函數(shù)正向特性進(jìn)行升壓。

步驟四：裝置1進(jìn)行帶載運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的無功補(bǔ)償；當(dāng)完成步驟三后，執(zhí)行無功電流實(shí)時(shí)檢測，計(jì)算出負(fù)載電流中的無功電流，并利用濾波手段得到無功電流指令裝置處于自動運(yùn)行模式。

2)所述裝置1對無功電流實(shí)時(shí)檢測，自動補(bǔ)償，其過程可分三個(gè)階段：

第一階段：計(jì)算出負(fù)載電流中的無功電流；通過電流互感器采集負(fù)載電流i_la,lb，利用坐標(biāo)等量變換計(jì)算出無功電流，但此時(shí)的無功電流，除了直流分量外，還含有交流分量。

第二階段：對無功電流進(jìn)行濾波，得到無功電流指令若不經(jīng)過濾波則有可能造成過補(bǔ)現(xiàn)象，甚至?xí)o電網(wǎng)注入大量的諧波，補(bǔ)償效果差，因此考慮經(jīng)濾波后進(jìn)行補(bǔ)償。

第三階段：根據(jù)上述1)的步驟四裝置進(jìn)行帶載運(yùn)行；計(jì)算得到的無功電流指令待裝置啟動穩(wěn)定后再執(zhí)行。

3)所述裝置1的軟啟動門閥電壓U_{dc_start}和功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令均是通過采集配電網(wǎng)9的電壓信號并經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元3-2計(jì)算得出，具有隨配電網(wǎng)9的電壓改變而改變的特性。

軟啟動門閥電壓的計(jì)算公式為：

U_{dc_start}＝K₁×V_s(peak) (1)

式中，U_{dc_start}代表裝置1軟啟動門閥電壓，即裝置1啟動時(shí)功率模塊4的直流側(cè)電壓值；V_s(peak)代表配電網(wǎng)9相電壓峰值；K₁代表用戶自定義的系數(shù)，但K₁一般根據(jù)不可控整流橋2-1的倍數(shù)取值；

功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令的計(jì)算公式為：

式中，代表功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令，即裝置1完全啟動后功率模塊4的直流側(cè)電壓值；V_s(peak)代表配電網(wǎng)9相電壓峰值；K₂代表用戶自定義的系數(shù)，但K₂一般根據(jù)不可控整流橋2-1的倍數(shù)和補(bǔ)償能力取值；

可見，軟啟動門閥電壓和功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令均與配電網(wǎng)9電壓有關(guān)，即可隨電網(wǎng)9電壓的改變，自動調(diào)整指令，可減少諧波輸出；

4)所述控制模塊3的數(shù)據(jù)處理單元3-2中根據(jù)系統(tǒng)需要采用了兩種濾波方法：

第一種濾波：移動指針平均濾波法，應(yīng)用于得到無功電流指令其基本原理是：先定義N個(gè)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，利用新采樣值減去指針?biāo)竼卧呐f采樣值除以緩沖長度，再加前一次計(jì)算的平均值，即為最新的平均值，然后指針加一，當(dāng)緩沖區(qū)單元計(jì)算結(jié)束后，指針重新歸零，返回第一單元；

第二種濾波：逼近平波法，應(yīng)用于得到軟啟動門閥電壓及功率模塊4的直流側(cè)電壓指令；其原理為：定義一個(gè)舊值和允許的偏差值，當(dāng)新采樣值與舊值的差值絕對值大于允許的偏差值，則利用K₃倍舊值加上K₄倍新采樣值來更新舊值，再定義一個(gè)更小的偏差值，當(dāng)新采樣值與更新后的舊值之差的絕對值大于新定義的偏差值時(shí)，將新的歷史值作為當(dāng)前值，只要允許的偏差值和K₃、K₄設(shè)置合理，便能實(shí)現(xiàn)當(dāng)前值與新采樣值逼近；

5)所述裝置1可在啟動時(shí)自動升壓、運(yùn)行中修改指令控制功率模塊4的直流側(cè)電壓升降，且無沖擊電流產(chǎn)生；

啟動軟升壓原理是：經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元3-2計(jì)算出的功率模塊4直流側(cè)電壓目標(biāo)指令大于功率模塊直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令利用反比例函數(shù)正向特性逐步平穩(wěn)升壓，直至功率模塊直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令等于其目標(biāo)指令時(shí)，啟動軟升壓結(jié)束，其函數(shù)式為：

式中，為功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令，U_{dc_Var_Coefficient_1}為自定義的反比例函數(shù)系數(shù)，可修改該系數(shù)控制升壓的速度。

運(yùn)行中修改指令控制功率模塊4的直流側(cè)電壓升降原理是：當(dāng)屏輸入指令大(小)于功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令時(shí)，利用反比例函數(shù)正向特性逐步平穩(wěn)升(降)壓，直至功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令等于屏輸入指令時(shí)，升(降)壓結(jié)束，其其函數(shù)式為：

式中，為功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令，U_{dc_Var_Coefficient_1}為自定義的反比例函數(shù)系數(shù)，可修改該系數(shù)控制升(降)壓的速度。

本發(fā)明的有益效果

(1)利用預(yù)充電路2和反比例函數(shù)正向特性，解決裝置高壓掛網(wǎng)啟動和升降壓所產(chǎn)生沖擊電流的問題，對裝置具有安全防護(hù)作用；同時(shí)，裝置在完全啟動前處于空載掛網(wǎng)狀態(tài)，保證了啟動瞬間不給配電網(wǎng)注入諧波；

(2)可根據(jù)配電網(wǎng)電壓環(huán)境保證無功吞吐能力；

(3)采用移動指針平均濾波法和新型的逼近平波法取代傳統(tǒng)的低通濾波法，提高了算法程序的運(yùn)行效率和消除了無功電流檢測延時(shí)的問題；

(4)具有友好的人機(jī)交互界面6，能實(shí)現(xiàn)裝置無功補(bǔ)償方式可選及運(yùn)行信息顯示，更具人性化、智能化；

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置掛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置1、預(yù)充電路2、控制模塊3、功率模塊4、保護(hù)模塊5、人機(jī)交互界面6、KM3接觸器7、電抗器8、配電網(wǎng)9、負(fù)載10、直流側(cè)電容11、不可控整流橋2-1、KM1接觸器2-2、限流電阻2-3和KM2接觸器2-4、信號采集單元3-1、數(shù)據(jù)處理單元3-2。

圖2為本發(fā)明裝置的控制方法結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，軟件第一開關(guān)①、軟件第二開關(guān)②、軟件第三開關(guān)③。

圖3是實(shí)例1有預(yù)充電路作用時(shí)，裝置啟動瞬間補(bǔ)償電流仿真波形圖。

圖中，U_sa表示配電網(wǎng)9的A相電壓，i_a表示功率模塊4交流側(cè)的A相電流。

圖4是實(shí)例1無預(yù)充電路作用時(shí)，裝置啟動瞬間補(bǔ)償電流仿真波形圖。

圖中，U_sa表示配電網(wǎng)9的A相電壓，i_a表示功率模塊4交流側(cè)的A相電流。

圖5是實(shí)例2本發(fā)明裝置的無功電流實(shí)時(shí)檢測流程圖。

圖6是實(shí)例4本發(fā)明所述的移動指針平均濾波法數(shù)據(jù)窗結(jié)構(gòu)圖。

圖7是實(shí)例4本發(fā)明所述的逼近平波法原理結(jié)構(gòu)圖。

圖8是實(shí)例5本發(fā)明裝置升降壓算法原理示意圖。

圖中，橫坐標(biāo)為功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令縱坐標(biāo)為升(降)壓過程中每一算法周期直流側(cè)電壓當(dāng)前指令的變化系數(shù)ΔU_K。

圖9是實(shí)例6本發(fā)明裝置對感性負(fù)載無功電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆抡娌ㄐ螆D。

圖中，U_sa表示配電網(wǎng)9的A相電壓，i_ta表示配電網(wǎng)9輸出端的A相電流。

圖10是實(shí)例6本發(fā)明裝置對容性負(fù)載無功電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆抡娌ㄐ螆D。

圖中，U_sa表示配電網(wǎng)9的A相電壓，i_ta表示配電網(wǎng)9輸出端的A相電流。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。說明：一種三相三橋臂配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置簡稱裝置。

一種三相三橋臂配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置掛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置1、配電網(wǎng)9、負(fù)載10，配電網(wǎng)9為裝置1及負(fù)載10提供電能；其中，配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器裝置1由預(yù)充電路2、控制模塊3、功率模塊4、保護(hù)模塊5及人機(jī)交互界面6構(gòu)成。

所述預(yù)充電路2由不可控整流橋2-1、KM1接觸器2-2、限流電阻2-3和KM2接接觸器2-4構(gòu)成；其中，不可控整流橋2-1設(shè)有交流側(cè)和直流側(cè)，其交流側(cè)通過KM1接觸器2-2與配電網(wǎng)9相連，其直流側(cè)通過KM2接觸器2-4、串聯(lián)限流電阻2-3與功率模塊4的直流側(cè)電容11兩端相連；預(yù)充電路2用于裝置掛網(wǎng)啟動，抑制沖擊電流的產(chǎn)生。

所述控制模塊3由信號采集單元3-1和數(shù)據(jù)處理單元3-2構(gòu)成；信號采集單元3-1用于采集配電網(wǎng)電壓u_ab,bc、補(bǔ)償電流i_a,b、功率模塊4的直流側(cè)電壓U_dc、負(fù)載電流i_la,lb，并將采集信號傳送至數(shù)據(jù)處理單元3-2；數(shù)據(jù)處理單元3-2用于計(jì)算軟啟動門閥電壓U_{dc_start}、功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令及處理人機(jī)交互信息，還用于對功率模塊4的直流側(cè)電壓指令和電壓信號U_dc的差值經(jīng)過電壓控制器得到有功電流指令而對采集的負(fù)載電流信號i_la,lb進(jìn)行坐標(biāo)等量變換，計(jì)算出無功電流，再經(jīng)濾波得到無功電流指令還用于根據(jù)有功電流指令無功電流指令電網(wǎng)電壓相位余弦和正弦計(jì)算出三相補(bǔ)償電流指令三相補(bǔ)償電流指令與實(shí)際的三相補(bǔ)償電流信號i_a,b,c的差值經(jīng)過電流控制器獲得開關(guān)驅(qū)動信號并傳送至功率模塊4；信號采集單元3-1包括電壓互感器、電流互感器、AD芯片及其調(diào)理電路；數(shù)據(jù)處理單元3-2包括但不限于DSP芯片、單片機(jī)和FPGA；其中，上述過程如圖2中所示。

所述功率模塊4設(shè)有交流側(cè)和直流側(cè)，其交流側(cè)通過連KM3接觸器7、電抗器8并入配電網(wǎng)9與負(fù)載10之間，其直流側(cè)依次與電容11和不可控整流橋2-1的直流側(cè)負(fù)極及限流電阻2-3的一端相連；所述功率模塊4用于根據(jù)開關(guān)驅(qū)動信號調(diào)節(jié)其三相補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流無功的補(bǔ)償。

所述保護(hù)模塊5用于裝置1根據(jù)軟件和硬件判斷出非正常運(yùn)行情況，而迅速斷開與配電網(wǎng)9的連接，對裝置1起保護(hù)作用。

所述人機(jī)交互界面6用于對裝置1進(jìn)行控制和信息顯示，包括一鍵啟動、一鍵關(guān)機(jī)、無功補(bǔ)償方式選擇、運(yùn)行狀態(tài)顯示。

實(shí)施例1

本實(shí)施例利用有無預(yù)充電路2作用的條件，進(jìn)行裝置啟動仿真實(shí)驗(yàn)。圖3和圖4中，U_sa表示配電網(wǎng)9的A相電壓，i_a表示功率模塊4交流側(cè)的A相電流。使用圖1中的結(jié)構(gòu)電路。

預(yù)充電路2在裝置掛網(wǎng)啟動過程中可分四個(gè)步驟：

步驟一：將功率模塊4的直流側(cè)電容11進(jìn)行預(yù)充電；裝置1采用由不可控整流橋2-1、KM1接觸器2-2、限流電阻2-3構(gòu)成的預(yù)充電路2，通過軟件控制實(shí)現(xiàn)對功率模塊4的直流側(cè)電容11充電。具體操作是：對預(yù)充電路2中的KM1接觸器2-2、KM2接觸器2-4進(jìn)行合閘，實(shí)現(xiàn)預(yù)充電路2對功率模塊4的直流側(cè)電容11進(jìn)行充電，KM3接觸器7保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，裝置進(jìn)入預(yù)充電階段。

步驟二：將預(yù)充電路2進(jìn)行旁路；通過電壓互感器采集功率模塊4的直流側(cè)電容11預(yù)充電壓的瞬時(shí)值，當(dāng)瞬時(shí)值達(dá)到軟啟動門閥電壓U_{dc_start}時(shí)，快速斷開預(yù)充電路2；更具體的操作是：當(dāng)電容預(yù)充電壓瞬時(shí)值達(dá)到軟啟動門閥電壓U_{dc_start}后，迅速斷開KM1接觸器2-2、KM2接觸器2-4，將預(yù)充電路進(jìn)行旁路。

步驟三：將功率模塊4的交流側(cè)與配電網(wǎng)9接通，裝置1處于空載運(yùn)行狀態(tài)；待預(yù)充電路2完全斷開瞬間，通過軟件控制快速將功率模塊4交流側(cè)的KM3接觸器7合閘，實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)9接通，此時(shí)裝置處于軟啟動門閥電壓U_{dc_start}和無功電流指令為零的狀態(tài)下運(yùn)行，即圖2中軟件第三開關(guān)③處于斷開，軟件第二開關(guān)②處于為零狀態(tài)；待穩(wěn)定后功率模塊4的直流側(cè)電壓按反比例函數(shù)正向特性進(jìn)行升壓。

步驟四：裝置1進(jìn)行帶載運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的無功補(bǔ)償；當(dāng)完成步驟三后，執(zhí)行無功電流實(shí)時(shí)檢測，計(jì)算出負(fù)載電流中的無功電流，并利用濾波手段得到無功電流指令裝置處于自動運(yùn)行模式，更具體的操作是：將圖2中的軟件第三開關(guān)③閉合，軟件第二開關(guān)②處于2端，裝置1進(jìn)入帶載運(yùn)行狀態(tài)；

為進(jìn)一步說明有預(yù)充電路2作用的條件下能抑制沖擊電流產(chǎn)生，進(jìn)行裝置啟動仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為配電網(wǎng)9網(wǎng)線電壓有效值380V，門閥電壓系數(shù)1.38，目標(biāo)指令系數(shù)為2.0。

有預(yù)充電路2作用時(shí)，裝置于0.1秒前利用預(yù)充電路2對直流側(cè)電容11進(jìn)行充電，裝置于0.1秒時(shí)刻進(jìn)入啟動并處于空載運(yùn)行狀態(tài)，即圖2中軟件第三開關(guān)③處于斷開，軟件第二開關(guān)②處于為零狀態(tài)；當(dāng)裝置1啟動完成后，軟件第三開關(guān)③閉合，軟件第二開關(guān)②處于2端，裝置進(jìn)入帶載運(yùn)行狀態(tài)，即進(jìn)入自動無功補(bǔ)償階段。有預(yù)充電路2作用，進(jìn)行裝置1啟動仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3，可看出，裝置1啟動瞬間功率模塊4的交流側(cè)的電流平穩(wěn)且無瞬時(shí)的沖擊現(xiàn)象，說明預(yù)充電路2的作用，確實(shí)能抑制沖擊電流的產(chǎn)生。

為了更進(jìn)一步說明預(yù)充電路2的作用，利用無預(yù)充電路2作用的條件下進(jìn)行裝置1啟動仿真實(shí)驗(yàn)，其他條件與上述實(shí)驗(yàn)相同。

無預(yù)充電路2作用時(shí)，裝置1于0.1秒時(shí)刻直接將KM3接觸器7合閘，接通功率模塊4與配電網(wǎng)9的回路，而預(yù)充電路2中的KM1接觸器2-2、KM2接觸器2-4始終處于斷開狀態(tài)，裝置1啟動瞬間功率模塊4的交流側(cè)的電流形成瞬間沖擊，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。進(jìn)一步說明了，有預(yù)充電路2能有效抑制裝置1掛網(wǎng)啟動時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電流。

實(shí)施例2

本實(shí)施例，對本發(fā)明裝置1的無功電流實(shí)時(shí)檢測，自動補(bǔ)償操作進(jìn)行說明；本發(fā)明裝置的無功電流實(shí)時(shí)檢測流程如圖5所示。

第一階段：計(jì)算出負(fù)載電流中的無功電流；通過電流互感器采集負(fù)載電流i_la,lb，利用坐標(biāo)等量變換計(jì)算出無功電流，但此時(shí)的無功電流，除了直流分量外，還含有交流分量。

第二階段：對無功電流進(jìn)行濾波，得到無功電流指令若不經(jīng)過濾波則有可能造成過補(bǔ)現(xiàn)象，甚至?xí)o電網(wǎng)注入大量的諧波，補(bǔ)償效果差，因此考慮經(jīng)濾波后進(jìn)行補(bǔ)償。

第三階段：裝置帶載運(yùn)行，進(jìn)行自動補(bǔ)償；計(jì)算得到的無功電流指令待裝置啟動穩(wěn)定后再執(zhí)行。

如圖2所示，軟件第三開關(guān)③閉合，軟件第二開關(guān)②處于2端，即進(jìn)入自動無功補(bǔ)償階段。

綜上所述，啟動過程不進(jìn)行無功補(bǔ)償，可防止啟動瞬間給電網(wǎng)注入大量的諧波，同時(shí)也保證了裝置安全平穩(wěn)啟動。

實(shí)施例3

本實(shí)施例，對本發(fā)明裝置的軟啟動門閥電壓U_{dc_start}和功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令可變，保證裝置1補(bǔ)償能力性進(jìn)行說明，具體實(shí)施如下：

裝置1的軟啟動門閥電壓和功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令均是通過采集配電網(wǎng)9的電壓信號并經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元3-2計(jì)算得出，具有隨配電網(wǎng)9的電壓改變而改變的特性；

軟啟動門閥電壓計(jì)算公式為：

U_{dc_start}＝K₁×V_s(peak) (1)

式中，U_{dc_start}代表裝置1軟啟動門閥電壓，即裝置1啟動時(shí)功率模塊4的直流側(cè)電壓值；V_s(peak)代表配電網(wǎng)9相電壓峰值；K₁代表用戶自定義的系數(shù)，但K₁一般根據(jù)不可控整流橋2-1的倍數(shù)取值；

功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令的計(jì)算公式為：

式中，代表功率模塊4的直流側(cè)電壓指令，即裝置1完全啟動后功率模塊4的直流側(cè)電壓值；V_s(peak)代表配電網(wǎng)9相電壓峰值；K₂代表用戶自定義的系數(shù)，但K₂一般根據(jù)不可控整流橋2-1的倍數(shù)和補(bǔ)償能力取值；

更具體的實(shí)施是：根據(jù)以上給定式(1)和給定式(2)，裝置1采集配電網(wǎng)9的電壓信號，并在數(shù)據(jù)處理單元3-2中計(jì)算出軟啟動門閥電壓U_{dc_start}和功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令然后用于裝置1啟動時(shí)功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令和軟啟動升壓所要達(dá)到的直流側(cè)電壓控制目標(biāo)指令；因此，由于功率模塊4的直流側(cè)電壓指令是由采集配電網(wǎng)9的電壓經(jīng)過數(shù)據(jù)處理單元3-2得出，所以不管配電網(wǎng)9的電壓環(huán)境是否改變都能保證裝置1工作，同時(shí)在裝置1運(yùn)行期間，配電網(wǎng)9的電壓環(huán)境發(fā)生變化，功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令也能隨之改變，這樣自動調(diào)整電壓指令，便可保證補(bǔ)償能力。

實(shí)施例4

本實(shí)施例，對本發(fā)明裝置的濾波法進(jìn)行說明；具體操作為：

本發(fā)明所述的移動指針平均濾波數(shù)據(jù)窗結(jié)構(gòu)如圖6所示：

移動指針平均濾波法，應(yīng)用于得到無功電流指令其基本原理是：先定義N個(gè)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，利用新采樣值減去指針?biāo)竼卧呐f采樣值除以緩沖長度，再加前一次計(jì)算的平均值，即為最新的平均值，然后指針加一，當(dāng)緩沖區(qū)單元計(jì)算結(jié)束后，指針重新歸零，返回第一單元；該濾波法優(yōu)點(diǎn)在于：不需要每次進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，若信號發(fā)生微小變化，也能隨之變化，逼近真實(shí)值，與傳統(tǒng)的低通濾波法、平均值濾波法相比，運(yùn)算效率更高，數(shù)據(jù)更新更快。

本發(fā)明所述的逼近平波法原理結(jié)構(gòu)如圖7所示：

逼近平波法，應(yīng)用于得到軟啟動門閥電壓及功率模塊4的直流側(cè)電壓指令；其原理為：定義一個(gè)舊值和允許的偏差值，當(dāng)新采樣值與舊值的差值絕對值大于允許的偏差值，則利用K₃倍舊值加上K₄倍新采樣值來更新舊值，再定義一個(gè)更小的偏差值，當(dāng)新采樣值與更新后的舊值之差的絕對值大于新定義的偏差值時(shí)，將新的歷史值作為當(dāng)前值，只要允許的偏差值和K₃、K₄設(shè)置合理，便能實(shí)現(xiàn)當(dāng)前值與新采樣值逼近。該濾波法易于程序?qū)崿F(xiàn)，運(yùn)算速度快，能快速在采樣值附近取得一個(gè)逼近的穩(wěn)態(tài)值。

實(shí)施例5

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，對本發(fā)明裝置的啟動升壓和運(yùn)行中修改指令控制功率模塊4的直流側(cè)電壓升降的算法原理及操作進(jìn)行說明；

啟動軟升壓原理是：經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元3-2計(jì)算出的功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)指令大于功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令利用反比例函數(shù)正向特性逐步平穩(wěn)升壓，直至功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令等于其目標(biāo)指令時(shí)，啟動軟升壓結(jié)束，其函數(shù)式為：

式中，為功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令，U_{dc_Var_Coefficient_1}為自定義的反比例函數(shù)系數(shù)，可修改該系數(shù)控制升壓的速度。

運(yùn)行中修改指令控制功率模塊4的直流側(cè)電壓升降原理是：當(dāng)屏輸入指令大(小)于功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令時(shí)，利用反比例函數(shù)正向特性逐步平穩(wěn)升(降)壓，直至功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令等于屏輸入指令時(shí)，升(降)壓結(jié)束，其函數(shù)式為：

式中，為功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前控制指令，U_{dc_Var_Coefficient_1}為自定義的反比例函數(shù)系數(shù)，可修改該系數(shù)控制升(降)壓的速度。

升(降)壓具體實(shí)施如下：

本發(fā)明裝置升降壓算法原理如圖8所示，圖中，橫坐標(biāo)為功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令縱坐標(biāo)為升(降)壓過程中每一算法周期直流側(cè)電壓當(dāng)前指令的變化系數(shù)ΔU_K；當(dāng)越大，變化系數(shù)ΔU_K越小，即越小，每一算法程序運(yùn)行周期所變化的值越小。反之，當(dāng)越小，變化系數(shù)ΔU_K越大，即越大，每一算法程序運(yùn)行周期所變化的值越大。

啟動軟升壓的具體實(shí)施是：裝置1進(jìn)入啟動并處于空載運(yùn)行狀態(tài)，由于受到不可控整流橋2-1特性的限制，此時(shí)功率模塊4的直流側(cè)電壓指令為軟啟動門閥電壓U_{dc_start}，并未達(dá)到裝置1補(bǔ)償電壓要求，因此需要進(jìn)行啟動階段的軟件升壓；數(shù)據(jù)處理單元3-2在裝置1進(jìn)行預(yù)充電階段已計(jì)算出功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)值指令待裝置1進(jìn)入啟動并處于空載運(yùn)行狀態(tài)后進(jìn)行軟件升壓；啟動階段的軟件升壓過程為：圖2中的第一軟件開關(guān)①處于1端，功率模塊4的直流側(cè)電壓目標(biāo)值指令大于功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令時(shí)，則每一算法周期功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令增加ΔU_K,依次循環(huán)進(jìn)行，直到功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令等于目標(biāo)值時(shí)，啟動軟升壓結(jié)束。

運(yùn)行中修改指令實(shí)現(xiàn)升(降)壓的具體實(shí)施是：在裝置1運(yùn)行過程中利用屏輸入指令進(jìn)行升(降)壓，即圖2中的第一軟件開關(guān)①處于2端，具體操作為：用戶根據(jù)需求設(shè)定功率模塊4的直流側(cè)電壓指令當(dāng)輸入指令大(小)于功率模塊4的直流側(cè)電壓當(dāng)前指令時(shí)，按反比例函數(shù)正向特性逐步平穩(wěn)升(降)壓，每完成一個(gè)算法周期，便自動更新電壓當(dāng)前指令直到電壓當(dāng)前指令的值等于輸入指令時(shí)，才完成升(降)壓操作。

實(shí)施例6

本實(shí)施例，使用圖1中的結(jié)構(gòu)電路，對本發(fā)明裝置1的性能進(jìn)行說明；

本發(fā)明裝置對感性負(fù)載無功電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆抡娌ㄐ稳鐖D9所示；本發(fā)明裝置對容性負(fù)載無功電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆抡娌ㄐ稳鐖D10所示；圖中，U_sa表示配電網(wǎng)9的A相電壓，i_ta表示配電網(wǎng)9輸出端的A相電流。

具體操作是：

在0秒至0.2秒時(shí)間段內(nèi)，配電網(wǎng)9為負(fù)載10提供電能，裝置1于0.1秒前完成功率模塊4的直流側(cè)電容11的預(yù)充電，當(dāng)0.1秒時(shí)刻裝置1成功啟動，并對負(fù)載無功電流進(jìn)行自動補(bǔ)償。補(bǔ)償效果如圖9和圖10所示，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)9輸出電流相位偏移，達(dá)到功率因數(shù)為1的目的。

本發(fā)明，利用預(yù)充電路2的作用來啟動裝置1，確實(shí)能抑制沖擊電流的產(chǎn)生，且裝置1的補(bǔ)償效果良好，濾波算法時(shí)間短、效果明顯。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的替換。