本发明专利技术公开了一种谐波动态治理与无功动态补偿复合控制方法及实现装置，其实现装置包括主装置和控制装置，主装置包括ＨＡＰＦ、由星型连接的机械式投切电容器组和三角形连接的晶闸管控制电抗器组成的ＳＶＣ；控制装置包括接入采样模块的电压、电流互感器，和ＤＳＰ控制器、工控机、通讯模块、ＭＳＣ逻辑控制电路、ＴＣＲ导纳－角度计算模块、ＰＷＭ信号发生模块，以及光端发送机、光端接收机，最后通过隔离及功率放大电路分别接入主装置中的ＭＳＣ、ＴＣＲ和ＨＡＰＦ。本发明专利技术对混合型有源电力滤波器及静止无功补偿器进行动态协调控制，具有良好的动态、静态性能，鲁棒性，且适应性较强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性交流输配电系统控制
，特别涉及一种谐波动态治理 与无功动态补偿复合控制方法及其实现装置。
技术介绍
输配电系统中广泛存在大量的感性负荷，这些负荷在配电系统中会消耗大 量的无功功率，降低系统的功率因数，造成线路电压损失加大和电能损耗增加， 直接影响着电力企业的经济效益。此外，对于诸如电弧炉、轧钢机这些冲击性 无功负荷，还会产生电压的剧烈波动，使电网的供电质量恶化。解决这些问题的有效方法就是进行无功功率补偿。静止无功补偿器(svc)目前已被广泛地应用于无功补偿，并取得可观的收益，具有控制响应速度快、损耗较小、可靠性高、可以按相控制等优点。SVC装置目前一般有固定电容器-晶闸管控制电抗器(FC-TCR)、机械式投切电容器-晶闸管控制电抗器(MSC-TCR)、晶闸管投切 电容器-晶闸管控制电抗器(TSC-TCR)，这些SVC装置都通过晶闸管控制电抗器 (TCR)来补偿感性无功，电容器来补偿容性无功。TCR本身的工作原理决定了它会产生谐波，实际运行时要达到平衡运行条 件是很苛刻的，通常不能满足。这样不平衡就会导致TCR产生的非特征谐波， 以及3次、5次、7次、11次、13次谐波流入电网中，造成电网污染。随着电 力电子技术的发展，供配电系统中增加了大量的非线性负载，特别是以开关方 式工作的静止变流器，以及电弧炉、电焊机、变压器、旋转电机等其他非线性 负载，都会在电网中产生不同频率和幅值的谐波，对电力系统安全、稳定、经 济运行构成巨大的威胁。为了营造绿色电网，还电网一个洁净的电气环境， 应采取有效的谐波抑制手段。有源电力滤波器(APF-Active Power Filter),它 是一种电力电子装置，能对频率和大小都变化的谐波进行动态补偿，补偿特性 不受电网阻抗和频率变化的影响，可获得比无源滤波器(PF-Passive Filter)更 好的补偿效果，是一种理想的谐波补偿装置。目前，电力系统中对无功补偿和谐波治理是分别地，单独地进行的，不是 按统一的物理模型联合进行治理，不便于维护、经济性差，常出现顾此失彼的 情况。对于TCR产生的谐波， 一般采用无源电力滤波器进行谐波治理，其突出 的优点是结构简单、运行可靠性高、运行费用低。但无源电力滤波器的滤波性能受电网频率、阻抗的影响较大，无源滤波器是由大容量的电抗器和电容器组 成，整机体积庞大，造价高。现有文献公开了采用APF来治理谐波，用晶闸管投切电容器(TSC)来补偿容性无功，存在的不足之处是APF的容量较小， 若扩大其容量势必会增加成本；TSC只是补偿容性无功，不能补偿感性无功， 对于容性无功过剩的场合就无能为力了；以波形为入手点对整个系统进行控制， 控制器的动态性、稳定性、鲁棒性、适应性较差。与之相比较，以HAPF来治理 谐波，容量较大，不仅适合低压场所，而且还适合中高压场所。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足和针对存在的问题，提出一种谐波动 态治理与无功动态补偿复合控制方法及其实现装置，基于SVC和HAPF设计复 合控制方法对混合型有源电力滤波器及静止无功补偿器进行动态协调控制，具 有良好的动态、静态性能，鲁棒性、适应性较强。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是 一种谐波动态治理与无功动态补偿复合控制方法，包括以下步骤(1) 电压、电流互感器检测电网母线三相电压M。、叫、we，三相电流4、4、 ^静止无功补偿器输出电流4W，包括TCR、 MSC输出电流^、 静止 无功补偿器输出电压负载电流&(2) 检测得出的电压、电流信号通过2片MAX125采样后，送入DSP控制 器；由DSP控制器计算出三相电压基波有效值^、电网侧谐波电流^、负载侧 谐波电流^ 、 TCR谐波电流L ;(3) 计算基波电压有效值^与给定电压值^f差值K，差值经过神经网络 整定PI控制器调节后得出SVC控制量导纳&f ，其离散控制律如下式所示(4) 根据^f分别计算出TCR、 MSC补偿导纳l、 B隱，并控制TCR、 MSC触发电路给出晶闸管触发脉冲、电容器投切电平，使SVC补偿的无功符 合期望值；(5) 计算电流^与给定电网谐波电流/:的差值A&，对差值A^进行调节 得到电网谐波电流的补偿量；计算电流^与、合定负载谐波电流4的差值A^ ， 对差值A^进行调节得到负载谐波电流的补偿量；计算电流^与给定TCR谐波 电流t的差值A^ ，对差值A/^进行调节得到TCR谐波电流的补偿量；(6)综合负载侧谐波电流和电网谐波电流、TCR谐波电流的补偿量，有源 滤波器的控制参考信号为经过高频三角载波调制后得出PWM信号，控制有源电力滤波器开关器件 IGBT的通断，对谐波进行综合治理；(7)重复以上步骤，直到达到无功的补偿目标。 本专利技术还包括一种实现上述控制方法的基于谐振注入式混合有源电力滤波器HAPF和静止无功补偿器SVC的联合运行控制装置，包括主装置和控制装置， 主装置包括谐振注入式混合有源电力滤波器HAPF、由星型连接的机械式投切 电容器组MSC和三角形连接的晶闸管控制电抗器TCR组成的静止无功补偿器 SVC;有源电力滤波器经LC滤波器滤波后，通过耦合变压器与基波谐振电路 并联连接，再经注入电容Qj接入电网；每相晶闸管控制电抗器由反并联的一 对晶闸管与一个线性的空心电抗器相串联组成，三相晶闸管控制电抗器联接成 A形并入电网中；三相机械式投切电容器联接成Y形，通过可控的机械开关并 入电网中；控制装置包括接入采样模块的电压、电流互感器，所述采样模块的 输出端接入DSP控制器，其中有工控机通过通讯模块与DSP控制器双向连接， DSP控制器的输出端分别接入MSC逻辑控制电路，TCR导纳-角度计算模块，P丽 信号发生模块，其中MSC逻辑控制电路，TCR导纳-角度计算模块分别通过MSC 触发电路，TCR触发电路和P画信号发生模块一同接入光端发送机，再通过光 纤接入光端接收机，光端接收机通过隔离及功率放大电路分别接入主装置中的 MSC、 TCR和HAPF。本专利技术的工作原理详细描述如下所述基于谐振注入式混合有源电力滤波器HAPF和静止无功补偿器SVC 的联合运行控制装置，首先将电压、电流互感器转换后的标准电压、电流信号， 输入采样模块进行滤波、剔除误差处理；然后由DSP控制器进行运算得出整个 装置的控制量，控制量分别经MSC逻辑控制电路，TCR导纳-角度计算模块，PWM 信号发生模块后得出各自的控制量，分别控制MSC、 TCR、 HAPF的触发电路给出 触发信号，经光纤无失真传输到现场；触发信号经隔离和功率放大电路后来驱 动MSC装置的机械开关、TCR装置的晶闸管、谐振注入式混合有源电力滤波器 装置的IGBT (绝缘栅极双极型晶体管)，从而实现对电力系统谐波的综合治理 以及无功的动态补偿。DSP控制器通过通讯模块把采集的实时电压、电流信号 传送到工控机，并以各种图形、曲线的形式展示出来。其中SVC系统由星型连接的机械式投切电容器组MSC和三角形连接的晶 闸管控制电抗器TCR组成，MSC粗调提供有级差的容性无功，TCR产生连续 可调的感性无功，二者结合产生连续可调的容性与感性无功，具体过程为通 过实时检测电网负荷的无功，根据无功需要决定投入的电容器组的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种谐波动态治理与无功动态补偿复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）电压、电流互感器检测电网母线三相电压ｕ↓［ａ］、ｕ↓［ｂ］、ｕ↓［ｃ］，三相电流ｉ↓［ａ］、ｉ↓［ｂ］、ｉ↓［ｃ］；静止无功补偿器输出电流ｉ↓［ｓｖｃ］，包 括ＴＣＲ、ＭＳＣ输出电流ｉ↓［ｔｃｒ］、ｉ↓［ｍｓｃ］；静止无功补偿器输出电压ｕ↓［ｓｖｃ］；负载电流ｉ↓［Ｌ］；（２）检测得出的电压、电流信号通过２片ＭＡＸ１２５采样后，送入ＤＳＰ控制器；由ＤＳＰ控制器计算出三相电压基波有效值Ｖ↓ ［１］、电网侧谐波电流ｉ↓［Ｓｈ］、负载侧谐波电流ｉ↓［Ｌｈ］、ＴＣＲ谐波电流ｉ↓［ｔｃｒ］；（３）计算基波电压有效值Ｖ↓［１］与给定电压值Ｖ↓［ｒｅｆ］差值Ｖ↓［ｅ］，差值经过神经网络整定ＰＩ控制器调节后得出ＳＶＣ控制量导纳Ｂ↓［ ｒｅｆ］，其离散控制律如下式所示：Ｂ↓［ｒｅｆ］（ｋ）＝Ｂ↓［ｒｅｆ］（ｋ－１）＋ｋ↓［ｐ１］［Ｖ↓［ｅ］（ｋ）－Ｖ↓［ｅ］（ｋ－１）］＋ｋ↓［ｉ１］［Ｖ↓［ｅ］（ｋ）］（４）根据Ｂ↓［ｒｅｆ］分别计算出ＴＣＲ、ＭＳＣ补偿导 纳Ｂ↓［ｔｃｒ］、Ｂ↓［ｍｓｃ］，并控制ＴＣＲ、ＭＳＣ触发电路给出晶闸管触发脉冲、电容器投切电平，使ＳＶＣ补偿的无功符合期望值；（５）计算电流ｉ↓［Ｓｈ］与给定电网谐波电流ｉ↓［Ｓｈ］↑［＊］的差值Δｉ↓［Ｓｈ］，对差值Δｉ↓［Ｓｈ ］进行调节得到电网谐波电流的补偿量；计算电流ｉ↓［Ｌｈ］与给定负载谐波电流ｉ↓［Ｌｈ］↑［＊］的差值Δｉ↓［Ｌｈ］，对差值Δｉ↓［Ｌｈ］进行调节得到负载谐波电流的补偿量；计算电流ｉ↓［ｔｃｒ］与给定ＴＣＲ谐波电流ｉ↓［ｔｃｒ］↑［＊］的差值Δｉ↓［ｔｃｒ］，对差值Δｉ↓［ｔｃｒ］进行调节得到ＴＣＲ谐波电流的补偿量；（６）综合负载侧谐波电流和电网谐波电流、ＴＣＲ谐波电流的补偿量，有源滤波器的控制参考信号为：Ｕ＝Ｋ↓［１］.Δｉ↓［ｔｃｒ］＋Ｋ↓［２］.Δｉ↓［Ｌ ｈ］＋Ｋ↓［３］.ｉ↓［ｓｈ］经过高频三角载波调制后得出ＰＷＭ信号，控制有源电力滤波器开关器件ＩＧＢＴ的通断，对谐波进行综合治理；（７）重复以上步骤，直到达到无功的补偿目标。...
【技术特征摘要】
1. 一种谐波动态治理与无功动态补偿复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)电压、电流互感器检测电网母线三相电压ua、ub、uc，三相电流ia、ib、ic；静止无功补偿器输出电流isvc，包括TCR、MSC输出电流itcr、imsc；静止无功补偿器输出电压usvc；负载电流iL；(2)检测得出的电压、电流信号通过2片MAX125采样后，送入DSP控制器；由DSP控制器计算出三相电压基波有效值V1、电网侧谐波电流iSh、负载侧谐波电流iLh、TCR谐波电流itcr；(3)计算基波电压有效值V1与给定电压值Vref差值Ve，差值经过神经网络整定PI控制器调节后得出SVC控制量导纳Bref，其离散控制律如下式所示Bref(k)＝Bref(k-1)+kp1[Ve(k)-Ve(k-1)]+ki1[Ve(k)](4)根据Bref分别计算出TCR、MSC补偿导纳Btcr、Bmsc，并控制TCR、MSC触发电路给出晶闸管触发脉冲、电容器投切电平，使SVC补偿的无功符合期望值；(5)计算电流iSh与给定电网谐波电流iSh*的差值ΔiSh，对差值ΔiSh进行调节得到电网谐波电流的补偿量；计算电流iLh与给定负载谐波电流iLh*的差值ΔiLh，对差值ΔiLh进行调节得到负载谐波电流的补偿量；计算电流itcr与给定TCR谐波电流itcr*的差值Δitcr，对差值Δitcr进行调节得到TCR谐波电流的补偿量；(6)综合负载侧谐波电流和电网谐波电流、TCR谐波电流的补偿量，...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，徐先勇，帅智康，刘定国，罗卓伟，杨晓，程莹，方璐，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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