電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法，調(diào)節(jié)器由串聯(lián)有源電力濾波器、并聯(lián)有源或無源濾波器、變壓器組成，可組成雙變壓器型阻抗變流器和單變壓器型阻抗變流器兩種實(shí)現(xiàn)方式。所述阻抗變流器可安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置，檢測阻抗變流器輸出端電網(wǎng)的電參數(shù)，并根據(jù)所述電參數(shù)獲取各有源電力濾波器的a、b、c三相的指令電流；然后將指令電流與實(shí)際有源電力濾波器輸出電流做差，對所述差值進(jìn)行PI控制后進(jìn)行PWM調(diào)制，得到有源電力濾波器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制變流器。本發(fā)明具有避免諧波振蕩、有效抑制各次諧波的放大等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】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)明涉及一種電能調(diào)控領(lǐng)域，尤其是一種用于抑制電網(wǎng)背景諧波的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子設(shè)備的普及應(yīng)用，工業(yè)和公用電力配電系統(tǒng)中出現(xiàn)了嚴(yán)重的諧波問題。電網(wǎng)背景諧波一方面來自上級電網(wǎng)諧波電壓的滲透，另一方面來自本級電網(wǎng)其他諧波源的影響。關(guān)于背景諧波，最嚴(yán)重的問題之一是由線路電感和并聯(lián)的功率因數(shù)校正電容器之間的諧波共振弓I起的諧波電壓顯著放大，造成嚴(yán)重的電壓畸變。
[0003]目前，通過將基于電壓檢測的阻性有源電力濾波器R-APF并聯(lián)連接在射型線路的末端和環(huán)形線路的中點(diǎn)來抑制電網(wǎng)諧波，當(dāng)阻性有源電力濾波器R-APF的等效諧波電導(dǎo)與特征阻抗匹配時(shí)可以有效抑制電網(wǎng)中背景諧波的諧振放大。但是，實(shí)際線路參數(shù)具有時(shí)變性和不確定性的特點(diǎn)，導(dǎo)致線路的特征阻抗變化，所以實(shí)際控制中很難保證阻性有源電力濾波器R-APF的等效諧波電導(dǎo)與特征阻抗匹配，可能導(dǎo)致安裝點(diǎn)的電壓諧波降低，無APF的節(jié)點(diǎn)諧波放大，引起所謂的“打地鼠”現(xiàn)象。此外，阻性有源電力濾波器R-APF只有安裝在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的中點(diǎn)時(shí)才能得到好的抑制效果，在其他連接點(diǎn)則很難發(fā)揮良好的抑制效果，因此，該系統(tǒng)對安裝位置有很強(qiáng)的依賴性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的在于克服阻性有源濾波器在線路參數(shù)和安裝位置改變時(shí)抑制效果變差的問題，提出了能夠抑制環(huán)形網(wǎng)絡(luò)背景諧波放大的新型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明提供了兩種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，均由串聯(lián)有源電力濾波器、并聯(lián)有源或無緣濾波器和變壓器連接組成。
[0006]第一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器為雙變壓器型阻抗變流器，包括第一串聯(lián)有源電力濾波器APF1、第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2、并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF、第一變壓器Tl、第二變壓器T2 ;其中，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl通過第一變壓器Tl串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為a點(diǎn)和c點(diǎn)；第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2通過第二變壓器T2串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為c點(diǎn)和b點(diǎn)；第一變壓器Tl與第二變壓器T2的連接點(diǎn)為c點(diǎn)，并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF與c點(diǎn)相連為環(huán)路中的諧波電流提供通路，上述連接形成雙變壓器型阻抗變流器，所述阻抗變流器可以安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置。
[0007]電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器作為雙變壓器型阻抗變流器使用時(shí)，其控制方法如下:
[0008]檢測第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電壓Ua和電網(wǎng)電流ia，分離電網(wǎng)電壓Ua和電網(wǎng)電流ia得到諧波電壓含量Uah和諧波電流含量Iah ;將kal倍的諧波電流與ka2倍的諧波電壓做差,差值為h = kaliah — ka2uah，差值L作為第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl的指令電流；
[0009]檢測第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電壓Ub和電網(wǎng)電流ib，分離電網(wǎng)電壓Ub和電網(wǎng)電流ib得到諧波電壓含量Ubh和諧波電流含量ibh ;將kbl倍的諧波電流與kb2倍的諧波電壓做差,差值為i2 = kblibh — kb2ubh，差值i2作為第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2的指令電流；對于三相系統(tǒng)，串聯(lián)有源電力濾波單元各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同；
[0010]并聯(lián)有源濾波器APF3指令電流有兩種產(chǎn)生方式，
[0011]其一，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電壓諧波成分Uah與第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電壓諧波成分Ubh分別與增益系數(shù)kv相乘后求和，求和結(jié)果作為有源濾波器APF3的指令電流；
[0012]其二，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電流諧波成分Iah與第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電流諧波成分ibh求和，求和結(jié)果作為有源濾波器APF3的指令電流；
[0013]對于三相系統(tǒng)，并聯(lián)有源濾波器APF3各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同；
[0014]并聯(lián)無源濾波器PPF，其參數(shù)設(shè)定為能使安裝點(diǎn)在諧波頻率處對地短路即可。
[0015]第二種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器為單變壓器型阻抗變流器，包括串聯(lián)有源電力濾波器APF4、變壓器T、并聯(lián)有源濾波器APF5或無源濾波器PPFl ;其中，串聯(lián)有源電力濾波器APF4通過變壓器T串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為al點(diǎn)和bl點(diǎn)，并聯(lián)有源濾波器APF5或無源濾波器PPFl在變壓器T的Cl點(diǎn)(Cl點(diǎn)與al點(diǎn)重合)并聯(lián)接入電網(wǎng)為環(huán)路中的諧波電流提供通路，上述連接形成單變壓器型阻抗變流器，所述阻抗變流器可以安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置。
[0016]電能調(diào)節(jié)器作為單變壓器型阻抗變流器使用時(shí)，其控制方法如下:
[0017]檢測串聯(lián)有源電力濾波器APF4接口變壓器T的b I端的電網(wǎng)電壓Ubl和電網(wǎng)電流ibl，分離電網(wǎng)電壓Ubl和電網(wǎng)電流ibl得到諧波電壓含量Ublh和諧波電流含量iblh ;將Ic1倍的諧波電流與k2倍的諧波電壓做差,差值為ilf = I^iblh — k2ublh,差值ilf作為串聯(lián)有源電力濾波器APF4的指令電流；
[0018]并聯(lián)有源濾波器APF5的指令電流產(chǎn)生方式，串聯(lián)有源電力濾波器APF4接口變壓器T的al端的電網(wǎng)電壓諧波成分Ualh與bl端的電網(wǎng)電壓諧波成分Ublh分別與增益系數(shù)kv相乘后求和，求和結(jié)果作為有源濾波器APF5的指令電流；
[0019]對于三相系統(tǒng)，串并聯(lián)有源電力濾波單元各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同；
[0020]無源濾波器PPF1，其參數(shù)設(shè)定為能使安裝點(diǎn)在諧波頻率處對地短路即可。
[0021]綜上所述，可將電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置，根據(jù)需要選擇雙變壓器型阻抗變流器或單變壓器型阻抗變流器對電網(wǎng)進(jìn)行控制。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):[0023]1、通過等效延長環(huán)形傳輸線在諧波頻率處的長度來模擬無線長傳輸線的特性，從而有效抑制線路中的對應(yīng)諧波的放大，減少甚至消除反射波，避免諧波振蕩的發(fā)生；
[0024]2、在線路參數(shù)不變和改變時(shí)都能得到比阻抗匹配的RAPF更好的諧波抑制效果；
[0025]3、本裝置安裝在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的任何位置點(diǎn)都能抑制環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的諧波放大；
[0026]4、通過調(diào)節(jié)對應(yīng)諧波的電流電壓系數(shù)Ic1和k2，可對各次諧波進(jìn)行分別控制，有效抑制各次諧波的放大，避免“打地鼠”現(xiàn)象的發(fā)生；
[0027]5、電流電壓系數(shù)Ic1和k2越大則等效延長的線路長度就越長，此時(shí)在保證諧波抑制效果的同時(shí)允許線路參數(shù)在更大范圍內(nèi)變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明中用于環(huán)形線路的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的集總參數(shù)模型圖。
[0029]圖2為本發(fā)明中電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的兩種實(shí)現(xiàn)形式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明中雙變壓器型串聯(lián)有源電力濾波器并聯(lián)無源電力濾波器的混合型APF的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖4為本發(fā)明中雙變壓器型串聯(lián)有源電力濾波器并聯(lián)有源電力濾波器的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4a為對應(yīng)并聯(lián)有源電力濾波器APF3指令電流產(chǎn)生方式I的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖4b為對應(yīng)并聯(lián)有源電力濾波器APF3指令電流產(chǎn)生方式2的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖5為本發(fā)明中單變壓器型串聯(lián)有源電力濾波器并聯(lián)無源電力濾波器的混合型APF的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖6為本發(fā)明中單變壓器型串聯(lián)有源電力濾波器并聯(lián)有源電力濾波器的控制結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0037]圖1所示為本發(fā)明中用于環(huán)形線路的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的集總參數(shù)模型圖，該電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器將環(huán)形傳輸線在諧波頻率處的線路長度等效延長到無線長，對應(yīng)于虛線框中的部分，而對于基波頻率處的電路結(jié)構(gòu)沒有影響。圖中，X表示電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器將環(huán)形傳輸線在諧波頻率處的線路長度等效延長的長度，X = Xi+X2且Ii+Xi = l2+x2?c點(diǎn)為等效延長后的線路的中點(diǎn)。根據(jù)傳輸線理論，當(dāng)傳輸線線路長度為無限長時(shí)，線路中無反射波，所以可以有效抑制線路上的諧波放大。
[0038]圖2所示為本發(fā)明中電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的兩種實(shí)現(xiàn)形式的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2a是雙變壓器型阻抗變流器，圖2b是單變壓器型阻抗變流器。
[0039]如圖2a所示，第一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器一雙變壓器型阻抗變流器，包括第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl、第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2、并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF、第一變壓器Tl、第二變壓器T2;其中，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl通過第一變壓器Tl串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為a點(diǎn)和c點(diǎn)；第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2通過第二變壓器T2串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接 點(diǎn)分別為c點(diǎn)和b點(diǎn)；第一變壓器Tl與第二變壓器T2的連接點(diǎn)為c點(diǎn)，并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF與c點(diǎn)相連為環(huán)路中的諧波電流提供通路，上述連接形成雙變壓器型阻抗變流器，所述阻抗變流器可以安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置。
[0040]一、雙變壓器型阻抗變流器
[0041]該電能調(diào)節(jié)器的控制方法如下:
[0042]檢測第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電壓Ua和電網(wǎng)電流ia，分離電網(wǎng)電壓Ua和電網(wǎng)電流ia得到諧波電壓含量Uah和諧波電流含量Iah ;將kal倍的諧波電流與ka2倍的諧波電壓做差,差值為h = kaliah — ka2uah，差值L作為第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl的指令電流。
[0043]檢測第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電壓Ub和電網(wǎng)電流ib，分離電網(wǎng)電壓Ub和電網(wǎng)電流ib得到諧波電壓含量Ubh和諧波電流含量ibh ;將kbl倍的諧波電流與kb2倍的諧波電壓做差,差值為i2 = kblibh — kb2ubh，差值i2作為第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2的指令電流；對于三相系統(tǒng)，串聯(lián)有源電力濾波單元各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同。
[0044]雙變壓器型阻抗變流器將并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF兩邊的線路均等效延長為無限長，使其結(jié)構(gòu)關(guān)于兩個(gè)變壓器中間的并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF對稱，c點(diǎn)為等效延長后線路的中點(diǎn)。串聯(lián)有源電力濾波器APFl和串聯(lián)有源電力濾波器APF2分別通過變壓器Tl和變壓器T2串聯(lián)連接然后再接入電網(wǎng)，變壓器Tl和T2連接點(diǎn)為c點(diǎn)，接入電網(wǎng)的連接點(diǎn)為a和b點(diǎn)，并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF并聯(lián)連接在c點(diǎn),如圖2a所示。
[0045]圖3為雙變壓器型串聯(lián)有源電力濾波器并聯(lián)無源電力濾波器的混合型APF的控制結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為雙變壓器型串聯(lián)有源電力濾波器并聯(lián)有源電力濾波器的控制結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4a為對應(yīng)并聯(lián)有源電力濾波器APF3指令電流產(chǎn)生方式I的控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖4b為對應(yīng)并聯(lián)有源電力濾波器APF3指令電流產(chǎn)生方式2的控制結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，串聯(lián)有源濾波器的電流指令均為其安裝點(diǎn)的諧波電流與其電流增益相乘后減去諧波電壓與其電壓增益相乘后的值得到。其中，kal、ka2為a端的電流和電壓增益，kbl、kb2為b端的電流和電壓增益。
【權(quán)利要求】
1.一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述調(diào)節(jié)器包括第一串聯(lián)有源電力濾波器APF1、第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2、并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF、第一變壓器Tl、第二變壓器T2 ;其中，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl通過第一變壓器Tl串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為a點(diǎn)和c點(diǎn)；第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2通過第二變壓器T2串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為c點(diǎn)和b點(diǎn)；第一變壓器Tl與第二變壓器T2的連接點(diǎn)為c點(diǎn)，并聯(lián)有源濾波器APF3或無源濾波器PPF與c點(diǎn)相連為環(huán)路中的諧波電流提供通路，上述連接形成雙變壓器型阻抗變流器，所述阻抗變流器可以安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置。
2.一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于:所述調(diào)節(jié)器包括串聯(lián)有源電力濾波器APF4、變壓器T、并聯(lián)有源濾波器APF5或無源濾波器PPFl ;其中，串聯(lián)有源電力濾波器APF4通過變壓器T串聯(lián)接入電網(wǎng)，連接點(diǎn)分別為al點(diǎn)和bl點(diǎn)，并聯(lián)有源濾波器APF5或無源濾波器PPFl在變壓器T的Cl點(diǎn)并聯(lián)接入電網(wǎng)為環(huán)路中的諧波電流提供通路，Cl點(diǎn)與al點(diǎn)重合，上述連接形成單變壓器型阻抗變流器，所述阻抗變流器可以安裝在環(huán)形電網(wǎng)的任何位置。
3.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于: 檢測第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電壓Ua和電網(wǎng)電流ia，分離電網(wǎng)電壓Ua和電網(wǎng)電流ia得到諧波電壓含量Uah和諧波電流含量iah ;將kal倍的諧波電流與ka2倍的諧波電壓做差,差值為h = kaliah — ka2uah，差值L作為第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl的指令電流； 檢測第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電壓Ub和電網(wǎng)電流ib，分離電網(wǎng)電壓Ub和電網(wǎng)電流ib得到諧波電壓含量Ubh和諧波電流含量ibh ;將kbl倍的諧波電流與kb2倍的諧波電壓做差,差值為i2 = kblibh — kb2ubh，差值i2作為第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2的指令電流；對于三相系統(tǒng)，串聯(lián)有源電力濾波單元各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同； 并聯(lián)有源濾波器APF3指令電流有兩種產(chǎn)生方式， 其一，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電壓諧波成分Uah與第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電壓諧波成分Ubh分別與增益系數(shù)kv相乘后求和，求和結(jié)果作為有源濾波器APF3的指令電流； 其二，第一串聯(lián)有源電力濾波器APFl接口第一變壓器Tl端的電網(wǎng)電流諧波成分Iah與第二串聯(lián)有源電力濾波器APF2接口第二變壓器T2端的電網(wǎng)電流諧波成分ibh求和，求和結(jié)果作為有源濾波器APF3的指令電流； 對于三相系統(tǒng)，并聯(lián)有源濾波器APF3各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同； 并聯(lián)無源濾波器PPF，其參數(shù)設(shè)定為能使安裝點(diǎn)在諧波頻率處對地短路。
4.一種應(yīng)用于權(quán)利要求2所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于: 檢測串聯(lián)有源電力濾波器APF4接口變壓器T的bl端的電網(wǎng)電壓Ubl和電網(wǎng)電流ibl，分離電網(wǎng)電壓Ubl和電網(wǎng)電流ibl得到諧波電壓含量Ublh和諧波電流含量iblh ;將Ic1倍的諧波電流與k2倍的諧波電壓做差,差值為ilf = I^iblh — k2ublh,差值ilf作為串聯(lián)有源電力濾波器APF4的指令電流； 并聯(lián)有源濾波器APF5的指令電流產(chǎn)生方式，串聯(lián)有源電力濾波器APF4接口變壓器T的al端的電網(wǎng)電壓諧波成分Ualh與bl端的電網(wǎng)電壓諧波成分Ublh分別與增益系數(shù)kv相乘后求和，求和結(jié)果作為有源濾波器APF5的指令電流；對于三相系統(tǒng)，串并聯(lián)有源電力濾波單元各相的指令電流的獲得方式均與上述過程相同； 無源濾波器PPFl，其參數(shù)設(shè)定為能使安裝點(diǎn)在諧波頻率處對地短路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于:通過下式得出kal、ka2、kbl、kb2 ；
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于:電網(wǎng)中a端的電流電壓系數(shù)設(shè)置為h = kal = kbl，電網(wǎng)中b端的電流電壓系數(shù)設(shè)置為k2 = ka2 = kb2，其中，kal、ka2、kbl、kb2分別為電網(wǎng)中a端的電流增益、電網(wǎng)中a端的電壓增益、電網(wǎng)中b端的電流、電網(wǎng)中b端的電壓增益。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于屯和匕分別為^端的電流電壓增益，
8.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于:并聯(lián)有源濾波器的指令電流產(chǎn)生方式中，
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK104009476SQ201410188937
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】孫孝峰, 王蕊, 楊理莉, 李昕 申請人:燕山大學(xué)