[发明专利]无谐波及无功检测的配电静止同步补偿控制方法

说明书

技术领域：

    本发明涉及一种无谐波及无功检测的配电静止同步补偿控制方法。

背景技术：

一般的配电静止同步补偿器需要检测无功与谐波电流，导致电流互感器较多，检测计算量大，计算累积误差大，延时较大。

随着现代工业的迅速发展，配电网中各种电力电子设备不断增多，许多用电负荷较大的企业，负荷呈非线性和冲击性，引发了诸多电能质量问题，如三相不平衡、电压闪变和波动、低功率因数和谐波问题等，其中尤以谐波和无功问题最为严重，因此必须采用滤波与无功补偿装置对上述电能质量问题加以治理。传统的配电网无功补偿采用晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor，TSC）装置，谐波治理采用无源电力滤波器（Passive Power Filter，PPF）。但在实际应用时，由于无功与非线性负荷幅值可能随时快速变化，因此上述传统补偿装置由于响应速度慢、补偿效果差、易引起谐振等，已经不能满足要求。

近年来一种消除动态谐波和进行无功补偿的理想电力电子装置——配电静止同步补偿器（Distribution Static Synchronous Compensator，DSTATCOM）应运而生，基本原理是检测出补偿对象中的谐波及无功分量，然后将其反相产生补偿指令电流，通过脉冲宽度调制（Pulse-Width Modulation，PWM）控制电力电子开关绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），产生大小相等、相位相反的补偿量注入配电网，与谐波和无功电流进行叠加，消除谐波电流，补偿无功功率，这一技术有着广阔的发展前景。

配电静止同步补偿器通常由控制器与三相电力电子变流器两部分组成，其核心技术是控制器的设计。一般控制器由指令运算电路和补偿电路两大部分组成。指令运算电路是检测出补偿对象中的谐波及无功分量，然后将其反相产生补偿指令电流；补偿电路是根据指令运算电路得出的补偿指令信号，控制变流器产生补偿电流。

传统的指令运算电路谐波与无功检测方法已经有多种，主要有提取基波分量法、快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）法、瞬时无功功率理论算法、自适应检测法。提取基波分量法原理比较简单，就是从补偿对象中提取基波分量，然后从原信号中减去基波量，就是需补偿的量，但由于易受元件参数影响，已很少应用。FFT法其基本原理将采样一个周期的被检测对象中的电流信号用FFT法分解，得出各次谐波的表达式。FFT快速算法能快速计算出被测对象中的各次谐波，但缺点是需一个电源周期的时间来采样，因而有延时。自适应检测法是基于自适应干扰抵消原理，用检测到的负载电流减去基波有功电流分量，得到需补偿的谐波及无功电流指令值。此法的优点是不受电网电压影响，缺点是动态响应速度慢。基于瞬时无功功率理论的算法当只检测无功时，没有延时；但是当检测谐波时，因采用不同的低通滤波器会有延时。

上述检测无功与谐波的检测算法的共同问题在于：需要检测的电流互感器较多；检测计算量较大，计算公式较多，计算累积误差大；算法中存在低通滤波器环节，延时较大；采用模拟电路时电路实现复杂，采用数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）计算时需要占用较大的程序量与较长的控制时间。

以往的配电静止同步补偿器的控制方式需要电源或负载侧、补偿侧的六个电流互感器及三个电压互感器，而根据三相系统能量交换原理，瞬时无功功率不会引起直流侧与交流侧间的能量交换。如果不考虑器件的损耗，则直流侧瞬时有功功率全部来自交流侧，从而直流侧与交流侧的能量交换取决于瞬时有功功率的大小。

发明内容：

本发明的目的是提供一种是通过直流侧电容电压设定值与反馈值的差值，经过比例积分（Proportional Integral，比例积分）调节得到系统基波有功分量，然后与电网源侧电流相减，得到需要补偿的谐波及无功电流。此种检测法实时性较好，需要检测的量少，控制器设计大为简化，是一种无谐波及无功检测的配电静止同步补偿控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：