[发明专利]一种带局部灵敏度分析功能的无功和谐波补偿方法

说明书

一种带局部灵敏度分析功能的无功和谐波补偿方法，通过建立系统的频域模型，解决占空比中各偶次谐波调制项产生的谐波交叉耦合问题，使调制难度显著降低。推导出装置的无功补偿电流和各次谐波电流与占空比的定量关系，提出灵敏度分析方法，得到了补偿电流中各次谐波和占空比各谐波调制项的一般性对应关系，采用基于同步参考坐标理论的闭环控制算法使系统可以实时、快速、精确地补偿无功和谐波电流。与现有的装置及其控制方法相比，本发明提出的局部灵敏度分析方法，更好的解决了Boost交流斩波型D‑CAP的无功和谐波补偿精度受限问题，响应速度更快，补偿更精确。

技术领域

本发明涉及电能质量控制技术领域，具体涉及一种带局部灵敏度分析功能的无功和谐波补偿方法。

背景技术

交流斩波型动态电容器(D-CAP)是一种新型动态无功和谐波补偿装置，其制作成本与静止无功补偿器(SVC)相当，但其响应速度更快，动态补偿能力更强；与并联型有源滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)相比，具有相近的性能，但其成本更低廉，可靠性更高，而且其不需要采用大容量的电解电容器作为储能设备，系统寿命更长，应用和维护成本更低，市场前景广阔。

通过文献检索，有的D-CAP根据虚拟正交源理论，采用Buck型交流斩波电路拓扑，二次侧采用交流电容，通过对Buck交流斩波电路的控制，可同时实现无功补偿和谐波抑制功能；有的D-CAP提出有源阻抗理论，通过交流斩波电路控制二次侧的电感或电容，进而向电网注入可控的感性或容性无功补偿电流。上述方法以单相Buck型D-CAP为研究对象，采用直接电流闭环控制策略，可准确获得占空比与无功和谐波电流的关系式，但其补偿范围受限；而Boost和Buck-Boost等其他拓扑的关系式很难获得。已有的研究采用开环给定补偿电流方法，使用数值计算方法得到粗略的定量计算结果。实验中虽采用闭环控制方法，但是在控制过程中产生大量不可控的谐波电流，未取得良好的控制效果。中国专利号CN102570473A公开了交流斩波式静止无功补偿器设计方案，设计过程中不使用电抗器、自身无谐波，虽未涉及谐波控制方案，但其双向开关的设计方案对本发明有借鉴意义。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种实现无功和谐波电流快速精确补偿的带局部灵敏度分析功能的无功和谐波补偿方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种带局部灵敏度分析功能的无功和谐波补偿方法，包括如下步骤：

a)通过公式以及公式建立Boost交流斩波器的数学模型，其中μ_c(t)为Boost交流斩波器的输出电压，i_c(t)为Boost交流斩波器的补偿电流，μ_s(t)为电源电压，i_L(t)为流过Boost交流斩波器的电容C上的电流，d(t)为Boost交流斩波器的双向开关K₁的占空比，1-d(t)为Boost交流斩波器的双向开关K₂的占空比；

b)当占空比d(t)为恒定常数D₀时，通过公式以及公式建立Boost交流斩波型D-CAP的无功补偿数学模型，其中U_s为电网电压幅值，ω为基波角频率，C为无功补充电容值，t为时间变量；

c)当向占空比d(t)加入偶次谐波调制项EHM时，通过公式

建立Boost交流斩波型D-CAP的偶次谐波调制数学模型，其中0≤D₀+D₂+D₄+···+D_n≤1，D_n为第n次偶次谐波调制项的幅值，为第n次偶次谐波调制项的初始相角；