本發(fā)明涉及一種無(wú)功發(fā)生器，具體是一種電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和高效運(yùn)行已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的最根本保障。特別是伴隨電信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一些精密儀器和設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種新型沖擊性負(fù)荷使電網(wǎng)上電壓波動(dòng)頻繁，電壓質(zhì)量變差，影響了某些設(shè)備的正常工作。同時(shí)，近年來(lái)電力系統(tǒng)中非線性用電設(shè)備，特別是電力電子裝置的迅速增多和應(yīng)用日益廣泛，一方面使得電能得到更加充分地利用，另一方面又使大量的無(wú)功電流注入電網(wǎng)，公用電網(wǎng)中存在的無(wú)功功率，將導(dǎo)致設(shè)備及線路損耗增加，引起電壓閃變、頻率變化和三相不平衡，致使電網(wǎng)的電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，影響輸電效率和設(shè)備壽命，同時(shí)也會(huì)影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，嚴(yán)重時(shí)甚至危及到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

無(wú)功功率在電網(wǎng)中的傳輸不但會(huì)產(chǎn)生很大的有功損耗，而且沿傳輸途徑還會(huì)產(chǎn)生很大的電壓降落，并使電網(wǎng)的視在功率增大，對(duì)電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。電網(wǎng)無(wú)功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。通常，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載都是需要消耗無(wú)功功率的，這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，也是不可能的。合理的方法是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償損耗，這就是我們所說(shuō)的無(wú)功補(bǔ)償。其作用有以下幾點(diǎn)：

(1)提高供用電系統(tǒng)和負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗；

(2)穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長(zhǎng)距離的輸電線路中設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力；

(3)減少線路損失，提高電網(wǎng)的有功傳輸能力；

(4)降低電網(wǎng)的功率損耗，提高變壓器的輸出功率及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益；

(5)在三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償來(lái)平衡三相的有功及無(wú)功負(fù)載；

(6)防止電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故，提高運(yùn)行安全性，確保系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。

隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)從工業(yè)生產(chǎn)到日常生活都越來(lái)越離不開(kāi)電力供應(yīng)，對(duì)供電質(zhì)量也提出了更高的要求，作為供電質(zhì)量的衡量指標(biāo)，無(wú)功消耗的多少、電流的諧波總量是電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的重要指標(biāo)。系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)荷，特別是沖擊性無(wú)功負(fù)荷的存在，不僅增加了各種損耗，而且嚴(yán)重影響了用戶端的電能質(zhì)量。因此，研究容量更大、響應(yīng)速度更快的無(wú)功補(bǔ)償裝置，以有效提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和改善電能質(zhì)量成為電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。

(二)無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究現(xiàn)狀及分析

1、無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究現(xiàn)狀

目前，世界上很多國(guó)家的電網(wǎng)上已經(jīng)投入多臺(tái)svg在運(yùn)行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自svg問(wèn)世至2004年底，全世界已投入工業(yè)運(yùn)行的大容量(10mvar及以上)svg工程超過(guò)20個(gè)，總的可控容量超過(guò)3000mvar。其中，1980年日本研制出了20mva采用強(qiáng)迫換相晶閘管橋式電路的svg，并成功的投入了電網(wǎng)運(yùn)行；1986年美國(guó)的epri與西屋公司等研制的±1mvarsvg在紐約州的springvalley投入示范運(yùn)行；1991年日本的三菱公司與關(guān)西電力公司共同研制的采用gto的±80mvarsvg在inuyama開(kāi)關(guān)站投入154kv系統(tǒng)運(yùn)行；1992年?yáng)|京電力分別與東芝公司和日立公司開(kāi)發(fā)的兩臺(tái)±50mvarsvg在新信濃電站投入使用；1995年美國(guó)的電力科學(xué)院epri、田納西流域管理局tva與西屋公司投運(yùn)了一臺(tái)±100mvarsvg；1997年由德國(guó)西門子公司開(kāi)發(fā)研制的±80mvarsvg在丹麥的reisbyhede風(fēng)場(chǎng)投入運(yùn)行；目前為止世界上最大容量的svg是美國(guó)aep統(tǒng)一潮流控制器項(xiàng)目中的并聯(lián)部分——±160mvarsvg，已于1997年開(kāi)始運(yùn)行；由abb公司研制的配電svg(distributionsvg——d-svg)，開(kāi)關(guān)器件采用多個(gè)igbt串聯(lián)，觸發(fā)脈沖采用脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation——pwm)技術(shù)，分別于2002年在芬蘭tornio地區(qū)avestapolarit不銹鋼廠、2003在年法國(guó)evron變電站、2004年在美國(guó)holly變電站投入使用，有效地提高了動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性，改善了電能質(zhì)量。

我國(guó)首臺(tái)±20mvar的svg是由清華大學(xué)與河南省電力局在1994-1999年共同研制，已于1999年3月在河南省洛陽(yáng)市朝陽(yáng)變電站投入運(yùn)行。改善了河南北、中、和西部向東南部送電的暫態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)阻尼特性，標(biāo)志著我國(guó)facts技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。2001年2月國(guó)家電力公司電力自動(dòng)化研究院也將±500kvarsvg投入了運(yùn)行。2006年,由上海電力公司、清華大學(xué)、許繼集團(tuán)公司等單位共同研制的±50mvarsvg在上海黃渡分區(qū)西郊變電站并網(wǎng)試運(yùn)行。2007年，湖南大學(xué)就基于svg和svc的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)控制方法申請(qǐng)了國(guó)家專利。清華大學(xué)facts研究所在河南±20mvarsvg研制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上繼續(xù)研制上海西郊變±50mvarsvg的關(guān)鍵技術(shù)。裝置的研制在建模、主電路及參數(shù)計(jì)算方法、分布式鏈接控制與保護(hù)，系統(tǒng)控制策略等方面取得重大突破，核心技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。2006年在上海黃渡分區(qū)西郊變電站并網(wǎng)試運(yùn)行；在2007年由湖南大學(xué)的羅安等人就基于svg與svc的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)控制方法、由郭育華等人就svg的控制方法申請(qǐng)了國(guó)家專利。中新廣東網(wǎng)2012年5月5日電：全球首次“±200mvar鏈?zhǔn)届o止補(bǔ)償器”人工接地短路試驗(yàn)最近在東莞完成，這是國(guó)內(nèi)迄今為止性能最優(yōu)越的靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行的首次人工接地短路試驗(yàn)。

直到近年來(lái)，尤其是高壓大功率的門極可關(guān)斷晶閘管gto的出現(xiàn)，大大的推動(dòng)了svg的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。svg是并聯(lián)型facts設(shè)備，它基于可控電抗器和投切電容器靜止無(wú)功補(bǔ)償器svc相比，性能上具有極大地優(yōu)越性，并得到了廣泛的重視，勢(shì)必將取代svc稱為新一代的電壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。大容量高電壓的靜止同步補(bǔ)償器仍是今后研究的重點(diǎn)，另外新的功率模塊如ipm的研究開(kāi)發(fā)將會(huì)為svg技術(shù)帶來(lái)新的生機(jī)。svg是柔性交流輸電系統(tǒng)的核心，有效的無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。

2、控制策略的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前的實(shí)際工程應(yīng)用中，svg的控制基本上都是采用電壓電流雙閉環(huán)控制。電壓為外環(huán)，電流為內(nèi)環(huán)。電壓外環(huán)的主要任務(wù)是穩(wěn)定直流側(cè)儲(chǔ)能電容的電壓，使其穩(wěn)定在設(shè)定的工作電壓。內(nèi)環(huán)的任務(wù)則是跟蹤負(fù)載的無(wú)功電流指令，使變流器輸出相應(yīng)的無(wú)功電流，補(bǔ)償負(fù)載所需。

電壓環(huán)的有功電流指令信號(hào)一般由電壓的設(shè)定值和實(shí)際值作差經(jīng)pi調(diào)節(jié)器得到。電流環(huán)的無(wú)功指令信號(hào)一般由負(fù)載三相電流經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)變換得到。根據(jù)對(duì)無(wú)功電流跟蹤的控制方式可以將控制方式分為電流間接控制和直接控制。工程上所采用的間接控制方式早期為控制變流器交流側(cè)電壓的相位和幅值，當(dāng)前主要采用前饋結(jié)構(gòu)控制，補(bǔ)償效果尚可，但是pi調(diào)節(jié)器的存在，延緩了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，造成了svg不能及時(shí)迅速的跟蹤負(fù)載無(wú)功的動(dòng)態(tài)變化。為了提高svg的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，學(xué)者們提出了很多改進(jìn)的方法。這些控制方法一定程度解決pi控制器難以設(shè)計(jì)的問(wèn)題，但同時(shí)帶來(lái)了自身的問(wèn)題，穩(wěn)定性和通用性較差。

而基于三角波調(diào)制的電流直接跟蹤以及無(wú)差拍則具有很好的性能，尤其無(wú)差拍控制跟蹤的電流毛刺少，對(duì)無(wú)功電流指令的響應(yīng)速度非常快，而且電壓外環(huán)也非?？?，以至于需要限制有功電流信號(hào)生成的pi調(diào)節(jié)器輸出來(lái)限制穩(wěn)壓的快慢。

隨著處理器處理速度能力快速提升，控制方法的改進(jìn)以及級(jí)聯(lián)技術(shù)的完善，svg的性能將會(huì)越來(lái)越優(yōu)越，越來(lái)越穩(wěn)定，將會(huì)在電力系統(tǒng)的各個(gè)電壓等級(jí)的穩(wěn)定性控制、無(wú)功補(bǔ)償起到不可替代的作用，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)活動(dòng)保駕護(hù)航。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器，包括：

(1)三相橋式逆變主電路，接受來(lái)自控制器的驅(qū)動(dòng)脈沖svpwm的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)三相開(kāi)關(guān)管，并且發(fā)出無(wú)功電流補(bǔ)償?shù)诫娏ο到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中；

(2)檢測(cè)和調(diào)理電路，將電網(wǎng)和逆變器一端需要采集的強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為弱電信號(hào)，并且根據(jù)控制器輸入接口的要求使用調(diào)理信號(hào)電路將所述弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為能接受范圍的電信號(hào)；

(3)控制器，將接受來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)化成svpwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使三相橋式逆變主電路合理工作，控制器控制電壓型主電路生成合適的電流分量，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：將三相橋式逆變主電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，調(diào)節(jié)三相橋式逆變主電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將三相橋式逆變主電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，調(diào)節(jié)三相橋式逆變主電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，穩(wěn)定性高。

附圖說(shuō)明

圖1為電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器中單相等效電路

圖3為電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器中無(wú)差拍控制的原理框圖。

圖4為電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器中p-q運(yùn)算方式原理圖。

圖5為電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器中ip-iq運(yùn)算方式原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1～5，本發(fā)明實(shí)施例中，一種電流無(wú)差拍控制的靜止無(wú)功發(fā)生器，包括：

(1)三相橋式逆變主電路，接受來(lái)自控制器的驅(qū)動(dòng)脈沖svpwm的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)三相開(kāi)關(guān)管，并且發(fā)出無(wú)功電流補(bǔ)償?shù)诫娏ο到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中；

(2)檢測(cè)和調(diào)理電路，將電網(wǎng)和逆變器一端需要采集的強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為弱電信號(hào)，并且根據(jù)控制器輸入接口的要求使用調(diào)理信號(hào)電路將所述弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為能接受范圍的電信號(hào)；

(3)控制器，將接受來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算轉(zhuǎn)化成svpwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使三相橋式逆變主電路合理工作，控制器控制電壓型主電路生成合適的電流分量，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

將三相橋式逆變主電路通過(guò)電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，調(diào)節(jié)三相橋式逆變主電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。

無(wú)功發(fā)生器的實(shí)際等效電路如圖2所示。設(shè)電網(wǎng)電壓和無(wú)功發(fā)生器輸出的交流電壓分別用向量和表示，連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗(如管壓降、線路電阻等)等效為連接電阻r考慮，x表示連接電抗，則連接電抗x和r上的電壓即為和的相量差，而連接電抗的電流是可以由其電壓來(lái)控制的。這個(gè)電流就是無(wú)功發(fā)生器從電網(wǎng)吸收的電流因此，改變無(wú)功發(fā)生器交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對(duì)于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制無(wú)功發(fā)生器從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了無(wú)功發(fā)生器吸收無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。

在圖2的等效電路中，將所連接的電抗器視為純電感(r＝0)，沒(méi)有考慮其損耗。因此不必從電網(wǎng)吸收有功能量。在這種情況下，只需使和相位同相，僅改變的幅值大小即可以控制無(wú)功發(fā)生器從電網(wǎng)吸收的電流的相位和大小，從而也就控制了從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率的大小。當(dāng)大于時(shí)，電流超前電壓90°，無(wú)功發(fā)生器吸收容性的無(wú)功功率；當(dāng)小于時(shí)，電流滯后電壓90°，無(wú)功發(fā)生器吸收感性的無(wú)功功率。

考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗(如管壓降、線路電阻等)，并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮。在這種情況下，變流器電壓與電流相差90°，因?yàn)樽兞髌鳠o(wú)需有功能量。而電網(wǎng)電壓與電流的相差則不再是90°，而是比90°小了δ角，因此電網(wǎng)提供了有功功率來(lái)補(bǔ)充電路中的損耗，也就是說(shuō)相對(duì)于電網(wǎng)電壓來(lái)講，電流中有一定量的有功分量。這個(gè)δ角也就是變流器電壓與電網(wǎng)電壓的相位差。改變這個(gè)相位差，并且改變的幅值，則產(chǎn)生的電流的相位和大小也就隨之改變，無(wú)功發(fā)生器從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。當(dāng)電流超前電壓，無(wú)功發(fā)生器吸收容性的無(wú)功功率；當(dāng)電流滯后電壓，無(wú)功發(fā)生器吸收感性的無(wú)功功率。

控制方法

(1)無(wú)差拍的原理

無(wú)差拍控制是數(shù)字控制系統(tǒng)的控制方式，其理想控制效果是系統(tǒng)在任何采樣時(shí)刻輸出信號(hào)的幅值和相位都與該時(shí)刻的參考信號(hào)完全一致。圖3是無(wú)差拍控制基本原理框圖，其中，u(k)、y(k)、x(k)和r(k)分別表示第k個(gè)采樣周期內(nèi)系統(tǒng)的控制量、輸出量、狀態(tài)變量及指令信號(hào)，a、b、c為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣。根據(jù)自動(dòng)控制原理，對(duì)于數(shù)字控制系統(tǒng)，可以利用k時(shí)刻的控制量u(k)與狀態(tài)變量x(k)的線性組合，表示系統(tǒng)在k+1時(shí)刻的輸出。因而該系統(tǒng)可用狀態(tài)方程來(lái)描述，

(1)

則第k+1個(gè)采樣周期的輸出量y(k+1)可表示為(2)

令y(k+1)與k+1拍指令信號(hào)r(k+1)相等，得(3)

由公式(1)—(3)推導(dǎo)可得可見(jiàn)以式(3)位控制目標(biāo)選擇作用于被控對(duì)象的控制量，可使每一拍系統(tǒng)輸出與指令信號(hào)保持一致，達(dá)到無(wú)差跟蹤的效果。由于控制和響應(yīng)之間的無(wú)差拍可知其具有良好的動(dòng)態(tài)性能。

圖3中的超前環(huán)節(jié)z即為參考信號(hào)預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)對(duì)參考信號(hào)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是保證無(wú)差拍控制效果的關(guān)鍵。目前普遍采用的預(yù)測(cè)方式有平推預(yù)測(cè)。周期預(yù)測(cè)及外推插值法預(yù)測(cè)等。

電流預(yù)測(cè)方法

1、平推預(yù)測(cè)

該方法實(shí)際上并不對(duì)下一拍指令進(jìn)行預(yù)測(cè)，而是以k時(shí)刻的實(shí)測(cè)指令信號(hào)作為k+1時(shí)刻的指令值，此時(shí)相當(dāng)于圖5中無(wú)超前環(huán)節(jié)z，最終結(jié)果為延時(shí)一拍控制，即當(dāng)前輸出為上一拍指令值，如式所示。平推預(yù)測(cè)易于實(shí)現(xiàn)，適用于高采樣頻率或?qū)刂凭纫蟛桓叩南到y(tǒng)，由于實(shí)際上沒(méi)有進(jìn)行任何預(yù)測(cè)，因而在無(wú)功發(fā)生器電流控制環(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)較理想的控制效果。

2、周期預(yù)測(cè)

若非線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的指令信號(hào)是周期性重復(fù)的，周期預(yù)測(cè)的基本原理就是利用這種重復(fù)性，采用一個(gè)周期前的歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)當(dāng)前周期各采樣點(diǎn)的參考信號(hào)。以無(wú)功發(fā)生器補(bǔ)償電流參考值的預(yù)測(cè)為例，設(shè)k時(shí)刻的參考電流為i^*(k)，每個(gè)基波周期進(jìn)行n次采樣，穩(wěn)態(tài)時(shí)預(yù)測(cè)電流參考值可由上一周期對(duì)應(yīng)的參考電流得到周期預(yù)測(cè)的方法在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)可實(shí)現(xiàn)較好的預(yù)測(cè)效果，但延遲環(huán)節(jié)的存在使控制器難以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能。在無(wú)功發(fā)生器系統(tǒng)中，無(wú)功電流往往波動(dòng)頻繁，若采用周期預(yù)測(cè)，需要利用自適應(yīng)整定等方法修正周期性無(wú)差，參數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜。

3、拉格朗日插值法

拉格朗日插值法是十八世紀(jì)法國(guó)數(shù)學(xué)家拉格朗日在數(shù)值分析中提出的一種多項(xiàng)式插值方法。拉格朗日插值法的基本思路是構(gòu)造線性多項(xiàng)式函數(shù)，使函數(shù)曲線通多一系列一直的離散點(diǎn)，并由此預(yù)測(cè)其他未知點(diǎn)的位置。

假設(shè)多項(xiàng)式函數(shù)的k+1個(gè)離散點(diǎn)已知，坐標(biāo)為(x0，y0)，···(xk，yk)，xi為自變量，yi為xi對(duì)應(yīng)的函數(shù)值。若已知點(diǎn)中無(wú)重合節(jié)點(diǎn)，可以構(gòu)造k次多項(xiàng)式pk(x)，使pk(xi)＝y(tǒng)i(i＝0,1,2，···k)。拉格朗日插值公式如式(4)所示

(4)

式中n為預(yù)算階數(shù)，li(x)稱為拉格朗日插值基函數(shù)，如式(5)所示。

(5)

拉格朗日插值公式是應(yīng)用較廣泛的一種預(yù)測(cè)方式，它是一種現(xiàn)行預(yù)測(cè)方法，計(jì)算簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于編程實(shí)現(xiàn)，且容易通過(guò)改變插值階數(shù)，提高預(yù)測(cè)精度。

三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論首先于1983年由赤木泰文提出,此后該理論經(jīng)不斷研究而逐漸完善，在許多方面得到了成功的應(yīng)用。該理論突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無(wú)功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量。以該理論為基礎(chǔ)，可以得出用于靜止無(wú)功發(fā)生器的無(wú)功電流實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。它將三相電路各相電壓和電流瞬時(shí)值ea,eb,ec和ia,ib,ic變換到α-β兩相正交的坐標(biāo)系上研究，分為p-q運(yùn)算方式和ip-iq運(yùn)算方式。

1)p-q運(yùn)算方式

該檢測(cè)方法的框圖如圖4所示。圖中上標(biāo)-1表示矩陣的逆。

該方法根據(jù)定義算出p和q，經(jīng)低通濾波器(lpf)得p、q的直流分量電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí)，為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，為基波無(wú)功電流與電壓作用所產(chǎn)生。

將iaf、ibf、icf與ia,ib,ic相減，即得到ia,ib,ic的諧波分量iah、ibh、ich；當(dāng)同時(shí)補(bǔ)償諧波和無(wú)功時(shí)，就需要同時(shí)檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功電流。在這種情況下，只需斷開(kāi)計(jì)算p的通道即可。這時(shí)由即可計(jì)算出被檢測(cè)電流ia,ib,ic的基波有功分量iapf、ibpf、icpf；將ia,ib,ic與iapf、ibpf、icpf相減，即可得到ia,ib,ic的諧波分量和基波無(wú)功分量之和。在檢測(cè)時(shí)，由于采用了低通濾波器(lpf)求取故當(dāng)被檢測(cè)電流發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)一定延遲時(shí)間才準(zhǔn)確測(cè)出

2)ip-iq運(yùn)算方式

該檢測(cè)方法的框圖如圖5所示。

該方法中，需要用到與a相電網(wǎng)電壓ua基波分量同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)-cosωt，它們由一個(gè)鎖相壞(pll)和一個(gè)正余弦信號(hào)發(fā)生電路得到。由此計(jì)算出ip-iq，經(jīng)lpf濾波得出ip、iq的直流分量于是，由即可計(jì)算出被檢測(cè)電流ia,ib,ic的基波分量iaf、ibf、icf。

理論分析表明，對(duì)于三相三線制電路，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，不論三相電壓、電流是否對(duì)稱，p-q運(yùn)算方式的檢測(cè)結(jié)果都有誤差。而對(duì)ip-iq運(yùn)算方式，即使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，按這種方式進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于只取sinωt和-cosωt參與計(jì)算，畸變電壓的諧波成分在運(yùn)算過(guò)程中不出現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果也不受電壓波形畸變的影響。

通過(guò)瞬時(shí)無(wú)功功率理論的無(wú)功電流檢測(cè)法實(shí)時(shí)檢測(cè)無(wú)功電流，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。針對(duì)直接電流控制開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高的不足，引入了電壓空間矢量技術(shù)，分析了電壓空間矢量在靜止無(wú)功發(fā)生器中的應(yīng)用原理，為了消除采樣及計(jì)算等帶來(lái)的延時(shí)，引入了無(wú)差拍控制技術(shù)，選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)電流方法，可以消除采樣和計(jì)算帶來(lái)的延時(shí)，達(dá)到真正的無(wú)差拍控制。

1、用電流無(wú)差拍控制方法比傳統(tǒng)的pi控制響應(yīng)速度快，而且易于實(shí)現(xiàn)，不像pi控制參數(shù)不容確定；

2、直流側(cè)電壓利用率提高，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間短；

3、無(wú)功電流跟蹤精度高。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。