綜合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的理論與技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制是目前電網(wǎng)面臨的主要問(wèn)題,本文在分析混合型有源電力濾波器HAPF無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波電流抑制的基礎(chǔ)上,提出了將靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC與HAPF合二為一的無(wú)功與諧波綜合補(bǔ)償?shù)碾娔苜|(zhì)量調(diào)節(jié)裝置,命名為并聯(lián)型電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器(SPOCC)。該裝置具有SVC和HAPF的優(yōu)點(diǎn)并擯棄了各自的缺點(diǎn),在配電網(wǎng)中能有效的解決電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡補(bǔ)償、諧波電流抑制等電能質(zhì)量問(wèn)題。論文對(duì)改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量時(shí)并聯(lián)型電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器SPQ

2、CC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其模型、電壓控制策略、不平衡補(bǔ)償控制、諧波及無(wú)功電流檢測(cè)、系統(tǒng)穩(wěn)定性及電流跟蹤控制等理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入地研究。
　　 本文首先分析了HAPF的結(jié)構(gòu),提出了兩種類型的并聯(lián)型電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償器SPOCC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),簡(jiǎn)述了其工作原理,構(gòu)建和分析了它們的統(tǒng)一模型。以晶閘管控制電抗器TCR和諧振阻抗型混合有源濾波器RITHAF組成的SPOCC為例,詳細(xì)分析了其模型并給出了復(fù)合控制策略,其中RITHAF的無(wú)源濾波器

3、組分成兩個(gè)部分,一部分為固定連接的二階高通濾波器和一個(gè)2次單調(diào)諧濾波器,另一部分是可投切的3次、5次單調(diào)諧濾波器構(gòu)成的投切電容器組TSC。SPQCC不但可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率容性與感性范圍的連續(xù)調(diào)節(jié)和諧波治理,而且克服了有源濾波器只能發(fā)出固定無(wú)功和TCR工作時(shí)引起電網(wǎng)電流畸變的缺點(diǎn),具有較大容量的無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波電流抑制的優(yōu)點(diǎn),且所需APF容量也較小。針對(duì)其模型進(jìn)行的仿真表明SPQCC能對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和電網(wǎng)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償,也可以對(duì)負(fù)載電

4、流中的無(wú)功分量和諧波分量進(jìn)行補(bǔ)償,在配電網(wǎng)中具有較大的應(yīng)用空間。
　　 其次,針對(duì)傳統(tǒng)PI控制器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)但難以適應(yīng)負(fù)荷變化的情況,以及靜止無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)不易建立精確數(shù)學(xué)模型的難點(diǎn),在系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制時(shí),提出了優(yōu)化遞推積分PI控制算法,將遞推積分PI算法應(yīng)用于靜止無(wú)功補(bǔ)償器中,并對(duì)PI控制器的比例、積分參數(shù)進(jìn)行單純形加速算法(SPX)優(yōu)化,提出了以ITAE準(zhǔn)則作為尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的改進(jìn)的單純形加速算法對(duì)PI控制器的參數(shù)Kp、K

5、i進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整、尋優(yōu),使得其比例、積分參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整,這樣便可以適應(yīng)負(fù)荷的變化等情況,使SVC的響應(yīng)過(guò)程達(dá)到最優(yōu),能快速、無(wú)超調(diào)的跟蹤系統(tǒng)的電壓設(shè)定值,從而保證SPQCC的總體性能。對(duì)于不平衡負(fù)荷平衡化補(bǔ)償技術(shù)中補(bǔ)償電納計(jì)算誤差受電網(wǎng)電壓、電流畸變影響較大的特點(diǎn),提出了基于虛擬對(duì)稱三相系統(tǒng)的同步參考旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的補(bǔ)償電納計(jì)算方法,利用電網(wǎng)電壓中的一相電壓構(gòu)造虛擬的對(duì)稱三相系統(tǒng),用虛擬對(duì)稱三相系統(tǒng)的合成電壓矢量作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸,便能

6、實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸近似等效實(shí)際的電網(wǎng)電壓基波正序分量的合成矢量,由此可以準(zhǔn)確計(jì)算所需的補(bǔ)償電納,該方法計(jì)算簡(jiǎn)單,基于該法的靜止無(wú)功補(bǔ)償器不需要硬件鎖相環(huán),能夠快速、準(zhǔn)確的補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功功率。
　　 考慮到SPOCC對(duì)諧波指令電流要求較高且不能包含有基波成分的原因,在分析其他的諧波及無(wú)功電流檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上,本文還提出了一種基于自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)的改進(jìn)的自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法,并利用動(dòng)力系統(tǒng)的均值理論證明了該方法的穩(wěn)定性,此法克服了

7、傳統(tǒng)自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法的局限性,不僅能夠檢測(cè)電流諧波,而且能夠有效地提取電流的畸變量,通過(guò)學(xué)習(xí)率因子的選擇,提高了該方法的瞬態(tài)響應(yīng)速度,具有較好的跟蹤性能,可用于時(shí)變諧波的跟蹤檢測(cè)。仿真結(jié)果表明該方法比以往的自適應(yīng)諧波檢測(cè)法能更迅速的進(jìn)行諧波的同步檢測(cè)和基波的同步提取,滿足電力系統(tǒng)對(duì)諧波電流和諧波電壓檢測(cè)的要求。
　　 文章最后,詳細(xì)分析了SPQCC逆變器輸出電流與指令電流之間存在相位滯后的原因,推導(dǎo)出了廣義阻抗,提出了廣義滯后

8、的概念和分頻預(yù)估補(bǔ)償?shù)乃悸?并對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,給出了其穩(wěn)定的充要條件。為消除廣義滯后對(duì)SPQCC帶來(lái)的不利影響,利用逆變器輸出電流與負(fù)載及其TCR諧波電流極性相反等同于相位滯后萬(wàn)的原理,構(gòu)造了一種新型π目標(biāo)Smith預(yù)估器進(jìn)行滯后補(bǔ)償。結(jié)合廣義積分器良好的分頻與選頻性能,提出了基于廣義滯后分頻預(yù)估補(bǔ)償?shù)碾娏鲝V義積分控制方法,進(jìn)行了PSIM仿真驗(yàn)證,并對(duì)所采取的方法的穩(wěn)態(tài)無(wú)差特性進(jìn)行了分析。
　　 在上述相關(guān)理論和技術(shù)的