[发明专利]一种配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法，具体说是基于改进的Deadbeat(无差拍)算法的PWM(脉宽调制)控制方法，其控制系统由高性能数字信号处理器(DSP)实现。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，电网中增加了大量的非线性负载，尤其是大容量变流设备的广泛使用，导致大量谐波注入电网，使电网电压和电流波形发生畸变，电能质量日益下降。谐波已成为电网的一大公害。

为了抑制电网谐波，传统方法采用无源滤波器。这种方法具有结构简单、设备投资低、运行可靠性高和维护方便等优点，但也存在许多缺陷，如只能消除特定次谐波、存在与电网发生谐振的可能、滤波特性受系统参数的影响比较大、消耗大等。

目前，阻碍有源滤波器发展的关键技术有两点：电流检测方法和补偿电流的产生。电流检测的方法主要有：(1)基于频域运算的方法。用带通滤波器首先分离出负载电流中的基波分量和谐波分量，然后再使用电路理论中的计算方法将基波电流分解为基波有功分量和基波无功分量。该方法能自动跟踪电网频域的波动而自适应地提取基波分量，但仍存在较大延迟、实时性差、补偿效果不好等缺陷。(2)瞬时空间矢量法。该方法包括p-q法，ip-iq法以及d-p法等。其中p-q法最早应用，仅适用于对称且无畸变的电网；而ip-iq法既对电网电压畸变有效，而且也适用于不对称三相电网；d-p法不仅简化了对称无畸变下的指令电流运算，而且也适用于不对称、有畸变的电网。(3)基于现代控制理论的检测方法。最早应用的有基于P-I控制器的方法。因P-I控制器的特性不能适应负载及电网的变化，因此后来又提出了滑模控制及模糊控制等现代控制方法。它们都是直接根据逆变器直流侧的电压或电流，求出所需电网电流的基波有功分量幅值，然后计算出所需补偿电流的值。(4)自适应检测法和基于神经网络控制法等新检测方法。

补偿电流的产生通常采用基于PWM的电压源逆变器，其电流控制方法主要有以下几种：(1)三角载波线性控制。它以指令电流与实际补偿电流之间的差值作为调制信号，与高频三角载波相比较，从而得到逆变器开关器件所需要的控制信号。其优点是动态响应好，开关频率固定，电路简单，缺点是开关损耗较大，且输出波形中含有载波频率及其谐波频率的高频畸变分量。(2)滞环比较控制。它是将指令电流值与逆变器实际电流输出值之差输入到具有滞环特性的比较器，通过比较器的输出来控制开关的开合，从而达到逆变器输出值实时跟踪指令电流值。与三角载波线性控制相比，滞环比较控制具有开关损耗小，动态响应快等特点。缺点是系统的开关频率、响应速度及电流的跟踪精度会受滞环带宽影响。带宽固定时，开关频率会随补偿电流变化而变化，从而引起较大的脉动电流和开关噪声。(3)无差拍控制。这是一种全数字化的控制技术，它利用前一时刻的指令电流和实际补偿电流值，根据空间矢量理论计算出逆变器下一时刻应满足的开关模式。优点是动态响应很快，易于计算机执行，缺点是计算量大，且对系统参数依赖性较大。

以上控制方法中，基于模拟控制技术的三角载波线性控制法和滞环比较控制法是目前有源电力滤波器普遍采用的方法，可以通过多重化技术、自适应滞环等改进措施来克服固有的缺陷，提高其使用效率。基于全数字化控制技术的无差拍控制法随着数字信号处理器(DSP)运算速度的不断提高，也将在有源电力滤波器中得到广泛的应用。近年来，一些学者又提出了基于内模控制、滑模控制及神经网络控制等的非线性控制方法应用于补偿电流产生的方案。这些非线性控制具有良好的应用前景，但在各种负载条件下的补偿特性尚需进一步研究。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术中有源滤波控制方法不完善、检测电流不精确、补偿电流跟踪不够迅速、补偿效果不理想的缺陷，提出一种简单易行、安全可靠的配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法。

本发明的技术方案是依序采用如下步骤：

(1)由数据采集系统采集的实时数据进行计算处理；

(2)从双口RAM中读取来自控制芯片的控制参数，读取实时原始数据，并把计算出来的占空比数据送到双口RAM上；

(3)将步骤(1)经计算的实时数据和步骤(2)的占空比数据进行预计算；

(4)提出采集的电流数据中的基波分量；

(5)由采集的电流算出补偿的参考电流；

(6)计算各电压电流量的有效值和平均值；

(7)由步骤(5)计算出的参考电流和装置允许发出的最大无功电流比较，如果超出额定容量则在无差拍算法中限制在额定容量输出；