本發(fā)明屬于電力電子裝置的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償諧波的控制方法。

背景技術(shù)：

級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化，在大功率、中高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)容量日益增加，需要在這些系統(tǒng)的并網(wǎng)處安裝能夠進(jìn)行有功以及無(wú)功功率調(diào)節(jié)的電力電子裝置來(lái)解決其并網(wǎng)帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題。因此，把級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用于高壓、大容量功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究也日益廣泛。

在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡(jiǎn)單電路里，流過(guò)的電流與施加的電壓成正比，流過(guò)的電流是正弦波。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致，當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的，采取相應(yīng)措施加以抑制減少其危害，這就是諧波抑制。

為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問(wèn)題，基本思路有兩條：一條是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；另一條是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使期不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，這當(dāng)然只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置。

當(dāng)前本領(lǐng)域關(guān)于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償諧波的控制方法都不能做到同時(shí)補(bǔ)償電力系統(tǒng)中負(fù)載支路的諧波以及聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置本身輸出的諧波。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

而本發(fā)明提供的一種基于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償諧波的控制方法，既可以補(bǔ)償電力系統(tǒng)中負(fù)載支路的諧波，也可以補(bǔ)償級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置本身輸出的諧波，而且可根據(jù)實(shí)際工況，實(shí)時(shí)自動(dòng)的補(bǔ)償諧波，大大改善了電網(wǎng)電能質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種基于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置補(bǔ)償諧波的控制方法，其特征在于：

a)通過(guò)電壓傳感器，采樣得到三相電網(wǎng)電壓，記為：U_ga、U_gb、U_gc；

b)根據(jù)上述采樣得到的三相電網(wǎng)電壓，通過(guò)數(shù)字鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓的相位，記為Gridtheta；

c)設(shè)定注入級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的三相n次諧波補(bǔ)償電壓表達(dá)式為：

其中：harmonica_n、harmonicb_n和harmonicc_n分別為注入級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的三相n次諧波補(bǔ)償電壓；U_n為n次諧波補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償幅值，設(shè)定初值為A₀；comtheta_n為n次諧波補(bǔ)償角度，設(shè)定初值為θ₀；n為注入級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的諧波次數(shù)，在三相并網(wǎng)裝置中，諧波次數(shù)n＝6k±1，k＝1，2，3，…，且當(dāng)n＝6k-1時(shí)諧波電壓為負(fù)序，當(dāng)n＝6k+1時(shí)諧波電壓為正序；

d)通過(guò)諧波測(cè)試儀器觀測(cè)諧波補(bǔ)償支路中的n次諧波電流含量，保持c)步驟中n次諧波幅值A(chǔ)₀不變，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)n次諧波補(bǔ)償角度comtheta_n，尋找到最優(yōu)的n次諧波補(bǔ)償角度，并在后續(xù)步驟中保持此角度不變；

e)把級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置n次諧波電壓幅值的當(dāng)前值記為U_m；設(shè)定n次諧波補(bǔ)償?shù)姆底兓繛棣_n；設(shè)定一個(gè)定時(shí)器為t；設(shè)定一個(gè)次數(shù)變量為T(mén)imeflag，初值為i；設(shè)定n次諧波補(bǔ)償后的諧波含量的最低要求為I_{ref_n}；

f)通過(guò)電流傳感器，采樣得到諧波補(bǔ)償支路的三相電流，記為：I_La、I_Lb、I_Lc；

g)根據(jù)上述采樣得到諧波補(bǔ)償支路的三相電流，利用基于瞬時(shí)無(wú)功理論諧波檢測(cè)方法，計(jì)算出三相n次諧波電流的瞬時(shí)值，記為：I_{La_n}、I_{Lb_n}、I_{Lc_n}；

h)根據(jù)上述三相n次諧波電流的瞬時(shí)值，利用有效值是瞬時(shí)值的方均根值理論，計(jì)算出三相n次諧波電流的有效值，記為：I_{LaRMS_n}、I_{LbRMS_n}、I_{LcRMS_n}；

i)根據(jù)上述三相n次諧波電流的有效值，利用公式得到n次諧波電流的平均值；

j)滯環(huán)擾動(dòng)比較法：當(dāng)定時(shí)器t第一次定時(shí)時(shí)間到，次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i+1，把此時(shí)計(jì)算得到的n次諧波電流平均值記為I_{av_n1}，設(shè)定輸出的n次諧波電壓幅值為U_m+ΔV_n；當(dāng)定時(shí)器t第二次定時(shí)時(shí)間到，次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i+2，把此時(shí)計(jì)算得到的n次諧波電流平均值記為I_{av_n2}，設(shè)定輸出的n次諧波電壓幅值為U_m-ΔV_n；當(dāng)定時(shí)器t第三次定時(shí)時(shí)間到，次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i+3，把此時(shí)計(jì)算得到的n次諧波電流平均值記為I_{av_n3}，并把次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i；

k)比較上述n次諧波電流平均值I_{av_n1}、I_{av_n2}、I_{av_n3}，若I_{av_n2}≤I_{av_n1}≤I_{av_n3}，則級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的n次諧波電壓幅值為U_m+ΔV_n；若I_{av_n3}<I_{av_n1}<I_{av_n2}，則級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的n次諧波電壓幅值為U_m-ΔV_n；若是其他情況，則級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的n次諧波電壓幅值保持不變，仍為U_m。把此時(shí)的調(diào)制電壓幅值記為U_m，并設(shè)定為下一次定時(shí)器t定時(shí)時(shí)間到后輸出的n次諧波電壓幅值的初始值；

l)若檢測(cè)到n次諧波電流的平均值I_{av_n}>I_{ref_n}，執(zhí)行步驟j)和k)；否則，保持當(dāng)前級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的n次諧波電壓幅值不變。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

1)通過(guò)本發(fā)明的方法既可以補(bǔ)償電力系統(tǒng)中負(fù)載支路的諧波含量，此時(shí)采樣電網(wǎng)電流，也可以補(bǔ)償級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置本身輸出的各次諧波，此時(shí)采樣級(jí)聯(lián)裝置輸出電流。

2)通過(guò)本發(fā)明的方法計(jì)算出的各次諧波補(bǔ)償分量是直接疊加到級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的調(diào)制電壓上，不是作為指令通過(guò)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后輸出，不存在靜態(tài)誤差，補(bǔ)償效果比較明顯。

3)通過(guò)本發(fā)明的方法可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)補(bǔ)償諧波，只要補(bǔ)償支路諧波不滿足最低要求或者所在支路諧波含量因工況不同實(shí)時(shí)發(fā)生變化都可以通過(guò)本方法實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明中諧波補(bǔ)償角度計(jì)算的控制流程圖。

圖3為本發(fā)明中諧波補(bǔ)償幅值計(jì)算的控制流程圖。

圖4為本發(fā)明中級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置諧波補(bǔ)償前裝置輸出電流波形和諧波含量。

圖5為本發(fā)明中級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置諧波補(bǔ)償后裝置輸出電流波形和諧波含量。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置中諧波補(bǔ)償控制方法進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖提供了一種用于高壓電力系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)裝置，它采用級(jí)聯(lián)多個(gè)單相全橋逆變單元的方式實(shí)現(xiàn)高壓并網(wǎng)，利用每個(gè)單元直流母線上的大電容對(duì)無(wú)功功率和瞬時(shí)變化的有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，將有功功率調(diào)節(jié)和無(wú)功功率調(diào)節(jié)的功能集于一身，具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。

本發(fā)明采用的調(diào)控方法是在常規(guī)的軟件方法的基礎(chǔ)之上，增加諧波補(bǔ)償功能，而且在每一個(gè)工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，因?yàn)檠b置的運(yùn)行工況不同，第一次啟動(dòng)諧波補(bǔ)償模塊，都必須先用在線觀測(cè)的方式確定各自諧波補(bǔ)償角度，然后用滯環(huán)擾動(dòng)比較法計(jì)算各個(gè)諧波分量的補(bǔ)償幅值；

用本發(fā)明的方法補(bǔ)償級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置本體輸出的諧波電流時(shí)，我們一般選擇啟動(dòng)諧波補(bǔ)償功能都是在級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置發(fā)了一定無(wú)功功率以后，不能在空載時(shí)啟動(dòng)此模塊，因?yàn)榇藭r(shí)檢測(cè)到的裝置輸出基波電流很小，諧波含量的比例比較大，對(duì)諧波分量的檢測(cè)不準(zhǔn)確。

級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置工作在諧波補(bǔ)償模式時(shí)，我們用軟件定時(shí)2s，即每一次注入諧波后的調(diào)節(jié)時(shí)間是2s，一方面，在此段時(shí)間內(nèi)確保補(bǔ)償?shù)闹C波保持不變；另一方面，本發(fā)明的控制方法是用各次諧波的有效值，而有效值的計(jì)算需要一個(gè)周期，在2s時(shí)間內(nèi)，我們可以采樣計(jì)算多個(gè)周期，確保采樣回路檢測(cè)到各次諧波準(zhǔn)確和穩(wěn)定，便于每次諧波含量的比較。

如圖2、圖3所示，本發(fā)明提供了一種基于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的諧波補(bǔ)償控制方法，該控制方法包括以下各步驟，下面以5次諧波補(bǔ)償為例：

a)通過(guò)電壓傳感器，得到電網(wǎng)三相電壓，記為：U_ga、U_gb、U_gc；

b)根據(jù)上述采樣電壓，通過(guò)數(shù)字鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓的相位，記為Gridtheta；

c)設(shè)定注入級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的5次諧波補(bǔ)償電壓公式為：

其中：harmonica_5、harmonicb_5和harmonicc_5分別為注入級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置的5次諧波補(bǔ)償三相電壓；U₅為5次諧波補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償幅值，設(shè)定初值為A₀；comtheta_5為5次諧波補(bǔ)償角度，設(shè)定初值為θ₀；

d)通過(guò)諧波測(cè)試儀器觀測(cè)諧波補(bǔ)償支路電流中的5次諧波含量，保持c)步驟中5次諧波幅值A(chǔ)₀不變，調(diào)節(jié)5次諧波補(bǔ)償角度，尋找到最優(yōu)5次諧波補(bǔ)償角度，并在后續(xù)步驟中保持此角度不變；

e)把級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置5次諧波電壓幅值的當(dāng)前值記為U_m；設(shè)定5次諧波補(bǔ)償?shù)姆底兓繛棣₅；設(shè)定一個(gè)定時(shí)器為t；定義一個(gè)次數(shù)變量為T(mén)imeflag，初值為i；設(shè)定5次諧波補(bǔ)償后的諧波含量的最低要求為I_{ref_5}；

f)通過(guò)電流傳感器，獲取諧波補(bǔ)償支路的三相電流，記為：I_La、I_Lb、I_Lc；

g)根據(jù)上述采樣電流，利用基于瞬時(shí)無(wú)功理論諧波檢測(cè)方法，計(jì)算出5次諧波含量的三相瞬時(shí)值，記為：I_{La_5}、I_{Lb_5}、I_{Lc_5}；

h)根據(jù)上述得到的5次諧波電流瞬時(shí)值，利用有效值是瞬時(shí)值的方均根值理論，計(jì)算出5次諧波電流的三相有效值，記為：I_{LaRMS_5}、I_{LbRMS_5}、I_{LcRMS_5}；

i)根據(jù)上述三相諧波電流的有效值，利用公式得到5次諧波電流的平均值；

j)滯環(huán)擾動(dòng)比較法：當(dāng)定時(shí)器t第一次定時(shí)時(shí)間到，次數(shù)變量為T(mén)imeflag＝i+1，把檢測(cè)回來(lái)的5次諧波電流記為I_{av_51}，設(shè)定輸出5次諧波電壓幅值為U_m+ΔV₅；當(dāng)定時(shí)器t第二次定時(shí)時(shí)間到，次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i+2，此時(shí)檢測(cè)回來(lái)的5次諧波電流記為I_{av_52}，設(shè)定輸出5次諧波電壓幅值為U_m-ΔV₅；當(dāng)定時(shí)器t第三次定時(shí)時(shí)間到，次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i+3，此時(shí)檢測(cè)回來(lái)的諧波電流記為I_{av_53}，并把次數(shù)變量變?yōu)門(mén)imeflag＝i；

k)比較I_{av_51}、I_{av_52}、I_{av_53}，若I_{av_52}≤I_{av_51}≤I_{av_53}，則級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的5次諧波電壓幅值變?yōu)閁_m+ΔV₅；若I_{av_53}<I_{av_51}<I_{av_52}，則級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的5次諧波電壓幅值變?yōu)閁_m-ΔV₅；若是其他情況，則級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的5次諧波電壓幅值保持不變，仍為U_m；把此時(shí)的調(diào)制電壓幅值記為U_m，即下一次定時(shí)器t定時(shí)時(shí)間到后輸出調(diào)制電壓的初始值；

l)如果檢測(cè)到5次諧波含量I_{av_5}>I_{ref_5}，繼續(xù)執(zhí)行步驟j)和k)；否則，保持當(dāng)前級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置輸出的調(diào)制電壓幅值不變；

以下是本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例：

下面以具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的一種用于級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置中諧波補(bǔ)償控制方法，以圖1所示的電路結(jié)構(gòu)為例，電網(wǎng)與本裝置的各項(xiàng)參數(shù)如下表所示：

本實(shí)例測(cè)試條件：諧波采樣回路檢測(cè)的是級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置本體輸出的并網(wǎng)電流，當(dāng)裝置的無(wú)功功率在2Mvar時(shí)啟動(dòng)諧波補(bǔ)償功能，主要是對(duì)5次和7次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)波形如圖4和圖5所示，從實(shí)驗(yàn)波形可以看出，加諧波補(bǔ)償功能后，級(jí)聯(lián)式功率調(diào)節(jié)裝置本體輸出的并網(wǎng)電流諧波含量從9.0％降低為3.5％，諧波補(bǔ)償效果明顯。

對(duì)于具體實(shí)施方式的理解的描述僅僅是為幫助理解本發(fā)明，而不是用來(lái)限制本發(fā)明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本發(fā)明的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化，只要其技術(shù)手段沒(méi)有脫離本發(fā)明的思想和要點(diǎn)，仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。