一種綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括串、并聯(lián)有源濾波器單元、測量單元和控制單元。其中并聯(lián)有源濾波器單元和并聯(lián)無源濾波器單元串聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)單元，并聯(lián)接入系統(tǒng)；串聯(lián)有源濾波器單元由串聯(lián)控制單元控制，通過對第一逆變器單元各開關(guān)管的驅(qū)動，使串聯(lián)有源濾波器單元輸出正弦電流；并聯(lián)有源濾波器單元由并聯(lián)控制單元控制，通過對第二逆變器單元各開關(guān)管的驅(qū)動，使并聯(lián)有源濾波器單元輸出指定電壓；并聯(lián)無源濾波器單元為LC濾波電路，用于給負(fù)荷諧波電流提供低阻抗通路并補償負(fù)荷的無功功率。木發(fā)明克服了原有的并聯(lián)有源濾波器容量大、造價高的缺點；其檢測和控制系統(tǒng)簡單、輸出跟蹤效果較好；具有更好的補償效果、更高的性價比，且更易于硬件實現(xiàn)。
【專利說明】一種綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，具體涉及一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得配電網(wǎng)中的整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、電氣化鐵道等非線性、不平衡和沖擊性負(fù)荷不斷增加。這些負(fù)荷在大大提高生產(chǎn)效率的同時，也給電網(wǎng)帶來了電能質(zhì)量污染問題，如諧波、低功率因數(shù)、不平衡、以及電壓波動和閃變等。綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UnifiedPower Quality Condit1ner, UPQC,也稱統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器)可以對這些電能質(zhì)量問題進行綜合補償，它尤其適用于那些既會對系統(tǒng)產(chǎn)生電能質(zhì)量污染，又對供電電壓變化十分敏感的負(fù)荷。歸納起來，當(dāng)前正在應(yīng)用和研究中的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器具有以下特點:
[0003]從結(jié)構(gòu)上看，綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器由串聯(lián)有源濾波器(Series ActivePowerFilter, SAPF)和并聯(lián)有源濾波器(Parallel Active Power Filter, PAPF)構(gòu)成。從控制策略上看，串聯(lián)有源濾波器一般被控制為電壓源，其輸出電壓與系統(tǒng)諧波電流ish和/或系統(tǒng)諧波電壓Vsh成正比，且一般還要求它能將負(fù)荷側(cè)電壓幅值穩(wěn)定在額定值附近；而并聯(lián)有源濾波器則一般被控制為電流源，用于吸收負(fù)荷的諧波ilh和/或無功電流il,，并維持整個裝置的有功功率平衡。
[0004]此類技術(shù)參考文獻有:AkigiH.New Trends in Active Filters forPowerCondit1ning[J].1EEE Trans, on Industrial Applicat1n, 1996, 2(6):1312-1322。
[0005]當(dāng)前正在應(yīng)用和研究的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器如圖1所示，一般包含串聯(lián)有源濾波器單元1、并聯(lián)有源濾波器單元2、測量單元3和控制部件4。其中::Lfl，Lf2和Cfl，Cf2分別為濾波電感和電容；直流電容Cd用于向第一逆變器單元1.1和第二逆變器單元2.1提供直流電壓Vd。；組成第一和第二逆變器單元的開關(guān)管為可關(guān)斷電力電子開關(guān)器件(絕緣柵雙極型晶閘管IGBT、門極可關(guān)斷晶閘管GTO等)中的一種；第一逆變器單元1.1通過第一變壓器單元1.2向系統(tǒng)注入電壓vis，Vis —般與ish，(ish為系統(tǒng)電流is的諧波分量)和/或vsh(vsh為系統(tǒng)電壓Vs的諧波分量)成正比，有的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器還要求Vss可以將負(fù)荷電壓V1的基波幅值維持在額定值附近；第二逆變器單元2.1通過第二變壓器單元2.2向系統(tǒng)注入電流i。，電流i。一般用于補償負(fù)荷電流I1的諧波分量和維持直流側(cè)電壓Vdc的穩(wěn)定，某些綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器還要求i?？梢匝a償負(fù)荷電流I1的無功分量和不對稱分量；測量單元3采用互感器或霍爾傳感器采集電壓電流信號(如vs，is等)；控制部件4根據(jù)測量單元3采集的信號進行控制，現(xiàn)有技術(shù)中有各種不同的控制方法，但一般將串聯(lián)有源濾波器控制為電壓源、將并聯(lián)有源濾波器控制為電流源。
[0006]上述綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器存在以下問題:①并聯(lián)有源濾波器承受電壓較大(和整個負(fù)荷電壓相當(dāng))，從而所需容量較大，在工程實現(xiàn)時具有技術(shù)難度大、造價高和設(shè)備運行效率低等問題。②串聯(lián)有源濾波器被控制為一可控的電壓源，其輸出參考電壓通常包含一定諧波，從而使得檢測和控制系統(tǒng)復(fù)雜、輸出跟蹤效果不好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有的缺陷，提供一種高性能的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。該電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以減小其并聯(lián)部分的有源濾波器的容量，并改善其控制效果，提升其性價比。
[0008]本發(fā)明提供的一種綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括串聯(lián)有源濾波器單元、并聯(lián)有源濾波器單元、測量單元和控制單元，串聯(lián)有源濾波器單元中的第一逆變器單元和并聯(lián)有源濾波器單元中的第二逆變器單元共用一個直流貯能電容器，串聯(lián)有源濾波器單元通過第一變壓器單元串聯(lián)接入系統(tǒng)，測量單元用于采集來自電網(wǎng)、串聯(lián)有源濾波器單元和并聯(lián)有源濾波器單元的電壓、電流信號，其特征在于:
[0009]并聯(lián)有源濾波器單元和并聯(lián)無源濾波器單元串聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)單元，并聯(lián)接入系統(tǒng)；
[0010]控制單元由并聯(lián)控制單元和串聯(lián)控制單元構(gòu)成，它根據(jù)從測量單元輸入的電壓、電流信號輸出驅(qū)動脈沖，其中，并聯(lián)控制單元用于控制并聯(lián)有源濾波器單元輸出指定的電壓，串聯(lián)控制單元用于控制串聯(lián)有源濾波器單元輸出正弦電流；
[0011]串聯(lián)有源濾波器單元由串聯(lián)控制單元控制，通過對第一逆變器單元各開關(guān)管的驅(qū)動，使串聯(lián)有源濾波器單元輸出正弦電流；
[0012]并聯(lián)有源濾波器單元由并聯(lián)控制單元控制，通過對第二逆變器單元各開關(guān)管的驅(qū)動，使并聯(lián)有源濾波器單元輸出指定電壓；
[0013]并聯(lián)無源濾波器單元為LC濾波電路，用于給負(fù)荷諧波電流提供低阻抗通路并補償負(fù)荷的無功功率。
[0014]上述并聯(lián)控制單元的結(jié)構(gòu)為:無功計算單元根據(jù)輸入的負(fù)荷電壓和電流Vl、I1信號，計算負(fù)荷基波無功功率Q1,并將該信號傳遞給無功補償計算單元；基波分解單元根據(jù)輸入負(fù)荷電壓V1和電流I1信號，計算獲得負(fù)荷電壓基波有效值Vlf、同相單位正弦波v*lfl，和差相單位正弦波v*lf2認(rèn)，其中v*lfl為與V1同相位的單位正弦波、v*lf2為超前于V1.電角度的單位正弦波；無功補償計算單元根據(jù)輸入信號Q1^lf和Xe，其中Xe為并聯(lián)無源濾波器單元的等值基波電抗、Vlf為負(fù)荷電壓的基波有效值，采用下式計算并聯(lián)有源濾波器單元需輸出的用于無功調(diào)節(jié)的電壓幅值V*iM:
[0015]V*iM = 1.41 (Vlf - Q1^XcAlf)
[0016]第一比例積分單元根據(jù)輸入信號Λ Vdc, AVdc = V*dc — Vd。，其中V*d。為直流電壓目標(biāo)值、Vdc為直流電壓實際值，計算獲得并聯(lián)有源濾波器單元需輸出的用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的電壓幅值v*ipp ;諧波分解單元根據(jù)輸入信號VI，計算獲得負(fù)荷電壓諧波分量Vlh，并將該信號傳遞給第二比例積分單元；第二比例積分單元根據(jù)輸入信號Vlh，計算獲得并聯(lián)有源濾波器單元需輸出的諧波電壓V*iM ;并聯(lián)脈沖寬度調(diào)制控制單元根據(jù)輸入信號v*lp，v*lp =v*ipp+v*ipq+v*iph? V*lpq = V*lM*vlfl, v*lpp = V*1PP*vlf2,計算獲得第二逆變器單元中開關(guān)管的觸發(fā)脈沖信號，并輸送給并聯(lián)驅(qū)動單元；并聯(lián)驅(qū)動單元根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號，對觸發(fā)脈沖信號進行隔離放大，輸出對第二逆變器單元中開關(guān)管的驅(qū)動脈沖，驅(qū)動開關(guān)管。
[0017]上述串聯(lián)控制單元的結(jié)構(gòu)為:同步信號單元根據(jù)輸入信號Vs或^，計算獲得串聯(lián)有源濾波器單元需輸出的電流的參考單位正弦波i*lsu ;第三比例積分單元根據(jù)輸入信號Δ Vlf，Δ Vlf = V*lf - Vlf，其中Vlf為負(fù)荷電壓基波有效值，V*lf為負(fù)荷基波電壓目標(biāo)有效值，計算獲得串聯(lián)有源濾波器單元需輸出的基波電流幅值I*ls;滯環(huán)電流單元根據(jù)輸入信號1*13和ils，其中，i*ls = I*ls*i*1Su，計算獲得第一逆變器單元中各開關(guān)管的觸發(fā)脈沖信號，輸送給串聯(lián)驅(qū)動單元；串聯(lián)驅(qū)動單元根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號，對觸發(fā)脈沖隔離放大，輸出對第一逆變器單元中開關(guān)管的驅(qū)動脈沖，驅(qū)動開關(guān)管。
[0018]本發(fā)明提出的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器在結(jié)構(gòu)上，在并聯(lián)有源濾波器單元上串聯(lián)了一個并聯(lián)無源濾波器單元構(gòu)成并聯(lián)單元，然后并聯(lián)接入系統(tǒng)；在控制策略上，串聯(lián)有源濾波器單元被控制為基波正弦電流源、并聯(lián)有源濾波器單元被控制為電壓源。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器和現(xiàn)有電能調(diào)節(jié)器在結(jié)構(gòu)和工作方式上均不相同，它能很好地解決現(xiàn)有的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器所存在的問題。
[0021]具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0022]1、并聯(lián)有源濾波器單元所需容量小。本發(fā)明提供的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的并聯(lián)單元由并聯(lián)無源濾波器單元和并聯(lián)有源濾波器單元串聯(lián)構(gòu)成，大部分的基波電壓由并聯(lián)無源濾波器單元承擔(dān)，與傳統(tǒng)綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器相比，本發(fā)明的并聯(lián)有源濾波器單元承受的電壓減小很多，從而大大減小了所需容量，克服了傳統(tǒng)的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器中并聯(lián)有源濾波器容量大、造價聞的缺點。
[0023]2、將串聯(lián)有源濾波器單元控制為基波正弦電流源，與現(xiàn)有的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器將串聯(lián)部分控制為諧波電壓源相比，其檢測和控制系統(tǒng)簡單、輸出跟蹤效果較好。
[0024]3、本發(fā)明提供的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器具有傳統(tǒng)綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的所有功能，同時具有更好的補償效果、更高的性價比，且更易于硬件實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明提供的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為圖2中并聯(lián)控制單元的一種【具體實施方式】的控制框圖；
[0028]圖4為圖2中串聯(lián)控制單元的一種【具體實施方式】的控制框圖；
[0029]圖5為本發(fā)明的仿真研究系統(tǒng)圖；
[0030]圖6為未進行任何補償時的系統(tǒng)仿真波形；
[0031]圖7為本發(fā)明投入后的系統(tǒng)仿真波形。

【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提出的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，如圖2，3，4所示，包括:串聯(lián)有源濾波器單元
1、并聯(lián)單元5、測量單元3、控制單元7。
[0033]串聯(lián)有源濾波器單元I通過第一變壓器單元1.2串聯(lián)接入系統(tǒng)，通過控制單元7的控制輸出正弦電流，從而強迫系統(tǒng)電流變?yōu)檎遥鸬揭种葡到y(tǒng)電流諧波和負(fù)荷電壓動態(tài)恢復(fù)的作用，通過適當(dāng)?shù)目刂?如后所述)還可以起到校正系統(tǒng)功率因數(shù)的作用；并聯(lián)單元5由并聯(lián)有源濾波器單元2和并聯(lián)無源濾波器單元6串聯(lián)構(gòu)成，然后并聯(lián)接入系統(tǒng)，通過控制單元7的控制輸出指定電壓，起到穩(wěn)定直流側(cè)電壓Vd。的作用，通過適當(dāng)?shù)目刂?如后所述)還可以起到負(fù)荷功率因數(shù)調(diào)整、負(fù)荷電壓波形優(yōu)化的作用；測量單元3采集電壓電流信號，并傳遞給控制單元7 ;控制單元7根據(jù)獲得的電壓電流信號，并根據(jù)如后所述的控制方法輸出驅(qū)動脈沖，對第一和第二逆變器單元的開關(guān)管進行驅(qū)動。
[0034]下面對各單元進行具體說明。
[0035]串聯(lián)有源濾波器單元I包括第一逆變器單元1.1、第一變壓器單元1.2和濾波電感電容Lfl、Cfl，各子單元和器件的結(jié)構(gòu)和連接方法與前述串聯(lián)有源濾波器部件I相同，但控制方法不同，在本發(fā)明中，串聯(lián)有源濾波器單元I通過控制單元7的控制，輸出正弦電流，從而實現(xiàn)抑制系統(tǒng)諧波電流和負(fù)荷電壓動態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)，且根據(jù)需求還可以滿足校正系統(tǒng)功率因數(shù)的目標(biāo)。
[0036]并聯(lián)單元5由并聯(lián)有源濾波器單元2和并聯(lián)無源濾波器單元6串聯(lián)構(gòu)成；并聯(lián)有源濾波器單元2包括第二逆變器單元2.1、第二變壓器單元2.2和濾波電感電容Lf2、Cf2，各單元和器件的結(jié)構(gòu)和連接方法與前述并聯(lián)有源濾波器單元2相同，但控制方法不同，在本發(fā)明中，并聯(lián)有源濾波器單元2通過控制單元7的控制，輸出指定的電壓，且輸出電壓必須考慮直流母線電壓穩(wěn)定的要求，其次要滿足負(fù)荷節(jié)點動態(tài)功率因數(shù)調(diào)整、負(fù)荷電壓波形優(yōu)化這兩個目標(biāo)中一個或兩個的需求；并聯(lián)無源濾波器單元6是常規(guī)的LC濾波電路，可以由一個LC支路構(gòu)成，也可以由兩個或多個LC支路并聯(lián)組成，其作用是給負(fù)荷諧波電流提供低阻抗通路并補償負(fù)荷的無功功率。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相同，第一逆變器單元和第二逆變器單元共用一個直流貯能電容器Cd，使得第二逆變器單元向直流貯能電容器Cd充放電，提供串聯(lián)有源濾波器單元和并聯(lián)有源濾波器單元消耗的有功功率。
[0038]測量單元3的實現(xiàn)方式與現(xiàn)有技術(shù)中的測量部件3相同。
[0039]控制單元7包括并聯(lián)控制單元8和串聯(lián)控制單元9，分別用于對并聯(lián)有源濾波器單元2的輸出電壓、串聯(lián)有源濾波器單元I的輸出電流進行控制。
[0040]下面舉例說明并聯(lián)控制單元8和串聯(lián)控制單元9的一種【具體實施方式】。
[0041]如圖3所示，并聯(lián)控制單元8包含八個子單元，各子單元的功能和連接關(guān)系為:
[0042]無功計算單元8.1的輸入信號為負(fù)荷電壓和電流V1U1，采用現(xiàn)有的負(fù)荷基波無功的計算方法(如經(jīng)典功率理論、Akagi瞬時功率理論等)，計算出負(fù)荷基波無功QJ負(fù)荷為感性時，Ql>0 ;反之(^〈0)，并將該信號傳遞給無功補償計算單元8.2 ；
[0043]無功補償計算單元8.2的輸入信號為Qp Vlf和Xe，其中Xe為并聯(lián)無源濾波器單元6的等值基波電抗、Vlf為負(fù)荷電壓的基波有效值(來自基波分解單元8.3，詳見下文)；該單元通過下式獲得并聯(lián)有源濾波器單元2需輸出的用于無功調(diào)節(jié)的電壓幅值V*iM:
[0044]V*iM = 1.41 (Vlf - Q1^XcAlf)
[0045]基波分解單元8.3的輸入信號為負(fù)荷電壓和電流V1U1，根據(jù)現(xiàn)有的方(如快速傅立葉變換和鎖相技術(shù)等)獲得負(fù)荷電壓基波有效值Vlf、同相單位正弦波v*lfl和差相單位正弦波v*lf2，其中，v*lfl為與V1同相位的單位正弦波、v*lf2為超前于vPO。電角度的單位正弦波。
[0046]第一比例積分單元8.4的輸入信號為Λ Vdc = V*dc - Vdc，其中V*d。為直流側(cè)電壓目標(biāo)值、Vdc為直流側(cè)電壓實際值；根據(jù)比例積分算法獲得并聯(lián)有源濾波器單元2需輸出的用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的電壓幅值V*lpp。
[0047]諧波分解單元8.5的輸入信號為V1 ;根據(jù)現(xiàn)有的方法(如快速傅立葉變換等)獲得負(fù)荷電壓諧波分量Vlh,并將該信號傳遞給第二比例積分單元8.6。
[0048]第二比例積分單元8.6的輸入信號為Vlh ;根據(jù)比例積分算法獲得并聯(lián)有源濾波器單元2需輸出的諧波電壓v*1Ph，其作用為優(yōu)化負(fù)荷電壓波形。
[0049]V*lpp與v*lf2的乘積為并聯(lián)有源濾波器單元2需輸出的用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的電壓v*lpp，其作用為將直流側(cè)電壓Vd。穩(wěn)定在目標(biāo)值V*d。附近；V*lM%v*lfl的乘積為并聯(lián)有源濾波器單元2需輸出的用于無功調(diào)節(jié)的電壓v*lM，其作用為校正負(fù)荷功率因數(shù)；v*lpp、V*lM、v*1Ph的和為并聯(lián)有源濾波器單元2需輸出的電壓v*lp(即:v*lp = v*lpp+V*lM+v*1Ph)。上述的乘法和加法可以用硬件電路(如乘法器、加法器)實現(xiàn)，也可以采用軟件編程實現(xiàn)。
[0050]并聯(lián)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制單元8.7的輸入信號為v*lp ;根據(jù)PWM控制方法獲得第二逆變器單元2.1中各開關(guān)管的觸發(fā)脈沖。
[0051]并聯(lián)驅(qū)動單元8.8的輸入信號為并聯(lián)PWM控制單元8.7輸出的觸發(fā)脈沖；利用現(xiàn)有的驅(qū)動電路(如IGBT、GTO集成驅(qū)動板等)，對觸發(fā)脈沖隔離放大，輸出對第二逆變器單元2.1中各開關(guān)管的驅(qū)動脈沖，對各開關(guān)管進行驅(qū)動。
[0052]如圖4所示，串聯(lián)控制單元9包含四個子單元，各子單元的功能和連接關(guān)系為:
[0053]同步信號單元9.1的輸入信號為Vs或is (選Vs時串聯(lián)有源濾波器單元I可以校正系統(tǒng)功率因數(shù)，選is時則不可)，根據(jù)現(xiàn)有的方法(如鎖相等)獲得串聯(lián)有源濾波器單元I需輸出的電流的參考單位正弦波i*lsu，其作用為使得串聯(lián)有源濾波器單元I輸出電流為正弦。
[0054]第三比例積分單元9.2的輸入信號為Λ Vlf,且Λ Vlf = V*lf — Vlf，其中V*lf為負(fù)荷基波電壓目標(biāo)有效值；根據(jù)比例積分算法獲得串聯(lián)有源濾波器單元I需輸出的基波電流幅值I*is。
[0055]I*ls與i*lsu的乘積為串聯(lián)有源濾波器單元I需輸出的基波正弦電流i*ls，其作用為抑制系統(tǒng)電流諧波，和動態(tài)恢復(fù)負(fù)荷電壓(將Vlf穩(wěn)定在目標(biāo)值v*lf附近)，和/或校正系統(tǒng)功率因數(shù)。
[0056]滯環(huán)電流單元9.3的輸入信號為1*13和ils(串聯(lián)有源濾波器單元I實際輸出電流)；根據(jù)滯環(huán)電流控制的方法獲得第一逆變器單元1.1中各開關(guān)管的觸發(fā)脈沖。
[0057]串聯(lián)驅(qū)動單元9.4的輸入信號為滯環(huán)電流單元9.3輸出的觸發(fā)脈沖；利用現(xiàn)有的驅(qū)動電路(如IGBT，GTO集成驅(qū)動板等)，對觸發(fā)脈沖隔離放大，輸出對第一逆變器單元1.1中各開關(guān)管的驅(qū)動脈沖，對各開關(guān)管進行驅(qū)動。
[0058]對如圖5所示系統(tǒng)進行仿真研究，系統(tǒng)參數(shù)為:電源電壓為220V標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓；系統(tǒng)電抗Zs = 0.045+J0.6 Ω ;并聯(lián)無源濾波器單元為三次和五次濾波支路的并聯(lián)，其中三次濾波支路參數(shù)L3 = 1mH, C3 = IlOyF,五次濾波支路參數(shù)L5 = 3.38mH, C5 = 120 μ F ;負(fù)荷為單相可控整流器帶電阻、電感串聯(lián)負(fù)荷，Zld = 2+」3Ω。
[0059]圖6所示為沒有進行任何補償時的仿真波形。由圖可見，此時，由于負(fù)荷非線性的緣故，負(fù)荷電壓\具有較大的畸變，其總諧波畸變度(THD)為7.072% ;負(fù)荷電壓諧波分量Vlh的幅值超過了 60V，如圖中的第二個波形所示，達到了其基波幅值的20% ;圖中的第三個波形為系統(tǒng)電流is波形，由圖可見，此時系統(tǒng)電流也存在較大的畸變，其總諧波畸變度為13.431%。
[0060]圖7給出了采用本發(fā)明提出的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器進行補償?shù)姆抡娌ㄐ?，此時并聯(lián)單元5對負(fù)荷功率因數(shù)進行校正，串聯(lián)有源濾波器單元I對系統(tǒng)功率因數(shù)進行校正。和圖6相比，此時負(fù)荷電壓，:的波形有了很大的改善，總諧波畸變度降為1.283%。
[0061]上述仿真結(jié)果表明，本發(fā)明提出的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器能有效地實現(xiàn)補償負(fù)荷諧波電流、抑制負(fù)荷電壓畸變、同時調(diào)整負(fù)荷節(jié)點功率因數(shù)和系統(tǒng)功率因數(shù)等功能。
【權(quán)利要求】
1.一種綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括串聯(lián)有源濾波器單元、并聯(lián)有源濾波器單元、測量單元和控制單元，串聯(lián)有源濾波器單元中的第一逆變器單元和并聯(lián)有源濾波器單元中的第二逆變器單元共用一個直流貯能電容器，串聯(lián)有源濾波器單元通過第一變壓器單元串聯(lián)接入系統(tǒng)，測量單元用于采集來自電網(wǎng)、串聯(lián)有源濾波器單元和并聯(lián)有源濾波器單元的電壓、電流信號，其特征在于: 并聯(lián)有源濾波器單元(2)和并聯(lián)無源濾波器單元(6)串聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)單元(5)，并聯(lián)接入系統(tǒng)； 控制單元(7)由并聯(lián)控制單元(8)和串聯(lián)控制單元(9)構(gòu)成，它根據(jù)從測量單元(3)輸入的電壓、電流信號輸出驅(qū)動脈沖，其中，并聯(lián)控制單元(8)用于控制并聯(lián)有源濾波器單元(2)輸出指定的電壓，串聯(lián)控制單元(9)用于控制串聯(lián)有源濾波器單元(I)輸出正弦電流； 串聯(lián)有源濾波器單元(I)由串聯(lián)控制單元(9)控制，通過對第一逆變器單元(1.1)各開關(guān)管的驅(qū)動，使串聯(lián)有源濾波器單元(I)輸出正弦電流； 并聯(lián)有源濾波器單元(2)由并聯(lián)控制單元(8)控制，通過對第二逆變器單元(2.1)各開關(guān)管的驅(qū)動，使并聯(lián)有源濾波器單元(2)輸出指定電壓； 并聯(lián)無源濾波器單元(6)為LC濾波電路，用于給負(fù)荷諧波電流提供低阻抗通路并補償負(fù)荷的無功功率。
2.權(quán)利要求1所述的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于:所述并聯(lián)控制單元(8)的控制結(jié)構(gòu)為: 無功計算單元(8.1)根據(jù)輸入的負(fù)荷電壓和電流Vpi1信號，計算負(fù)荷基波無功％，并將該信號傳遞給無功補償計算單元(8.2)； 基波分解單元(8.3)根據(jù)輸入負(fù)荷電壓和電流V1U1信號，計算獲得負(fù)荷電壓基波有效值Vlf、同相單位正弦波v*lfl和差相單位正弦波v*lf2，其中，v*lfl為與V1同相位的單位正弦波、v*lf2為超前于vPO。電角度的單位正弦波； 無功補償計算單元(8.2)的輸入信號為％、Vlf和Xe，其中Xe為并聯(lián)無源濾波器單元6的等值基波電抗、Vlf為負(fù)荷電壓的基波有效值，通過下式獲得并聯(lián)有源濾波器單元(2)需輸出的用于無功調(diào)節(jié)的電壓幅值V*iM:
V*ipq = 1.41 (Vlf-Q^XcAlf) 第一比例積分單元(8.4)的輸入信號為Λ Vdc = V*dc - Vdc，其中V*d。為直流側(cè)電壓目標(biāo)值、Vdc為直流側(cè)電壓實際值；根據(jù)比例積分算法獲得并聯(lián)有源濾波器單元(2)需輸出的用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的電壓幅值V*lpp ; 諧波分解單元(8.5)的輸入信號為v1;計算獲得負(fù)荷電壓諧波分量Vlh，并將該信號傳遞給第二比例積分單元(8.6)； 第二比例積分單元(8.6)的輸入信號為vlh;計算獲得并聯(lián)有源濾波器單元(2)需輸出的諧波電壓v*1Ph ; 并聯(lián)脈沖寬度調(diào)制控制單元(8.7)根據(jù)輸入信號v*lp, v*lp = v*lpp+V*lM+v*1Ph), v*lM =V*iPq*v*ifi，v*ipp = V*lppH<v*lf2,計算獲得第二逆變器單元(2.I)中開關(guān)管的觸發(fā)脈沖信號，并輸送給并聯(lián)驅(qū)動單元(8.8)； 并聯(lián)驅(qū)動單元(8.8)根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號，對觸發(fā)脈沖信號進行隔離放大，輸出對第二逆變器單元(2.1)中開關(guān)管的驅(qū)動脈沖，驅(qū)動開關(guān)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述串聯(lián)控制單元(9)的控制結(jié)構(gòu)為: 同步信號單元(9.1)根據(jù)輸入信號Vs或^，計算獲得串聯(lián)有源濾波器單元(I)需輸出的電流的參考單位正弦波i*lsu ; 第三比例積分單元((9.2)根據(jù)輸入信號Λ Vlf，且Λ Vlf = V*lf - Vlf，其中Vlf為負(fù)荷電壓基波有效值，V*lf為負(fù)荷基波電壓目標(biāo)有效值，計算獲得串聯(lián)有源濾波器單元(I)需輸出的基波電流幅值Irs ； 滯環(huán)電流單元(9.3)根據(jù)輸入信號i*ls和ils，其中，i*ls = I*ls*i*1Su,計算獲得第一逆變器單元(1.D中各開關(guān)管的觸發(fā)脈沖信號，輸送給串聯(lián)驅(qū)動單元(9.4)； 串聯(lián)驅(qū)動單元(9.4)根據(jù)輸入的觸發(fā)脈沖信號，對觸發(fā)脈沖隔離放大，輸出對第一逆變器單元(1.D中開關(guān)管的驅(qū)動脈沖，驅(qū)動開關(guān)管。
【文檔編號】H02J3/01GK104201680SQ201410474863
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】孫艷鶴, 盛天宇, 朱靜, 陳瑞國, 竇文君, 楊國鋒, 張云鵬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司