快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，串聯(lián)側(cè)逆變器D1的直流側(cè)與并聯(lián)側(cè)逆變器D2的直流側(cè)均接入電容C，串聯(lián)側(cè)APF的電壓指令信號運算模塊連接電壓跟蹤控制模塊，電壓跟蹤控制模塊接入逆變器D1；并聯(lián)側(cè)APF的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊連接電流跟蹤控制模塊，電流跟蹤控制模塊接入逆變器D2；串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊連接并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊；電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中。該調(diào)節(jié)器消除了因電網(wǎng)電壓波動造成的干擾，避免了使用傳感器對檢測精度造成的不利影響，改善指令信號檢測的準(zhǔn)確性和實時性，減少了傳感器用量，降低了設(shè)備的成本。
【專利說明】快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)，具體是電網(wǎng)電力電子設(shè)備和裝置，更具體是快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，社會的電氣化、信息化程度不斷提高，一方面，現(xiàn)代電力電子技術(shù)快速發(fā)展，各種非線性負(fù)荷和具有非線性特征的電力電子設(shè)備和裝置在電力系統(tǒng)和電力用戶中大量應(yīng)用，如變頻調(diào)速器、晶閘管變流設(shè)備、開關(guān)電源、家用電器等的廣泛應(yīng)用，向電網(wǎng)中引入嚴(yán)重的諧波污染，以及電力機車、軋鋼設(shè)備等大型用電設(shè)備的使用，還會使電力系統(tǒng)產(chǎn)生電壓下跌或上升、電壓波動的現(xiàn)象，這些問題導(dǎo)致電能質(zhì)量惡化；另一方面，各種復(fù)雜的、精密的、對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備的不斷普及，如精密實驗儀器、高精度生產(chǎn)過程的自動控制設(shè)備、高性能的家用電器和辦公設(shè)備等，對電能質(zhì)量提出的要求越來越高。因此，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，解決電力系統(tǒng)和電力用戶供需雙方矛盾的要求日益迫切。
[0003]電流諧波和各種電壓瞬時擾動是電網(wǎng)中最常出現(xiàn)的兩類問題，通常針對電流諧波使用并聯(lián)有源濾波器對其進(jìn)行抑制，而對于電壓質(zhì)量問題，包括電網(wǎng)電壓諧波及電壓瞬時波動，則常常需要依靠串聯(lián)有源濾波器解決，然而兩種有源濾波器(APF)都存在功能單一的缺點，而電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題往往呈現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性，當(dāng)各種電壓電流質(zhì)量問題同時存在并且加上其他形式的干擾時，功能單一的有源濾波器就不能很好地改善電能質(zhì)量了，例如，對于同一配電母線上既有電壓敏感負(fù)荷，又有非線性負(fù)荷，還有沖擊負(fù)荷的情況下，就需要同時安裝電壓補償器和電流補償器。若針對每一種電能質(zhì)量問題都分別采取一種類型的調(diào)節(jié)器，這樣多種裝置同時使用將會大大增加治理措施的成本，還會增加裝置運行維護(hù)的復(fù)雜程度，并且各裝置之間還存在著協(xié)調(diào)配合的問題，影響聯(lián)合運行的可靠性，既不經(jīng)濟，也不現(xiàn)實。于是，對能夠同時解決多種電能質(zhì)量問題的裝置的研究便由此產(chǎn)生，即多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。在這種系統(tǒng)中，并聯(lián)側(cè)有源濾波器(PAPF)和串聯(lián)側(cè)有源濾波器(SAPF)，通過公共的直流母線組合到一起，既能補償負(fù)載引起的諧波、無功電流等問題，又能補償電源電壓驟升、驟降、不對稱、閃變、波動等電能質(zhì)量問題，是一種具有綜合功能的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。
[0004]多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器是串、并聯(lián)型APF的組合，調(diào)節(jié)器采用三相三線制左串右并的形式連接，串聯(lián)側(cè)APF通過變壓器與主線路連接，濾除電網(wǎng)電壓諧波和抑制電源電壓的波動；并聯(lián)側(cè)APF濾除負(fù)載電流諧波和改善功率因數(shù)。
[0005]目前多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的研究還處在實驗階段，制約其發(fā)展的一個關(guān)鍵因素是如何能夠準(zhǔn)確快速地檢測出電壓電流指令信號。由于對指令信號的檢測是多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可靠工作的先決條件，檢測方法的快速性和準(zhǔn)確性直接關(guān)系到補償效果的好壞，而現(xiàn)有的指令信號檢測方法大多需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換，存在運算量較大、實時性不好和難以實現(xiàn)的問題，并且當(dāng)供電電壓存在波動時檢測精度容易受到影響，同時，需要使用大量的傳感器對電壓電流進(jìn)行檢測，導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的補償精度受到影響，這些因素都制約了電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的發(fā)展。
[0006]一些常見的應(yīng)用在多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器并聯(lián)側(cè)指令信號檢測方法主要包括基于Fryze功率定義的分析方法、傅立葉變換分析法、瞬時無功功率法、自適應(yīng)干擾對消方法和小波變換法?；贔ryze功率定義的分析方法，計算較簡單，但無法適用于供電電壓存在波動的場合；DFT和FFT等傅立葉變換分析法，可以對電壓電流中存在的諧波分量進(jìn)行分離，但運算量大、實時性差；自適應(yīng)干擾對消方法在電壓存在波動和干擾時也具有較好的能力，缺點是動態(tài)響應(yīng)速度較慢；小波變換分析法特別適用于電壓電流信號受瞬時擾動影響發(fā)生突變的情況，但其對諧波檢測實時性和準(zhǔn)確性均有待改善；傳統(tǒng)的基于瞬時無功功率理論的變換方法，具有易于實現(xiàn)的特點，但是需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換，存在運算量較大、實時性不好的問題，并且當(dāng)供電電壓存在波動時精度容易受影響，制約了其發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對目前多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器所使用指令信號檢測算法普遍存在運算量較大、實時性不好的問題，并且當(dāng)供電電壓存在波動時精度容易受影響，本發(fā)明的目的是對多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器并聯(lián)側(cè)指令信號檢測方法進(jìn)行優(yōu)化，提出一種能夠快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。
[0008]本發(fā)明的快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器包括串聯(lián)側(cè)APF和并聯(lián)側(cè)APF，與已有技術(shù)不同相比的創(chuàng)新之處在于:還包括三相耦合變壓器Tr、兩個三相電壓源型逆變器Dl與D2、儲能電容C、兩個三相濾波電感I1與12，串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl的直流側(cè)與并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2的直流側(cè)均接入儲能電容C，串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl的交流輸出分別經(jīng)過三相濾波電感I1后，接在星型連接的三相耦合變壓器Tr的原邊，并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2的交流輸出分別連接三相濾波電感I2 ；
[0009]串聯(lián)側(cè)APF中包括電壓指令信號運算模塊和與其連接的電壓跟蹤控制模塊，電壓跟蹤控制模塊接入串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl ；
[0010]并聯(lián)側(cè)APF中包括電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊和與其連接電流跟蹤控制模塊，電流跟蹤控制模塊接入并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2 ；
[0011]串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊連接并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生豐吳塊；
[0012]儲能電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中。
[0013]本發(fā)明的的調(diào)節(jié)器中，兩個三相電壓源型逆變器Dl與D2均是由可關(guān)斷器件組成的。
[0014]所述電流跟蹤控制模塊中設(shè)置有滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器連接并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2。
[0015]所述電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中設(shè)置PID控制器，儲能電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中，實際上是接入PID控制器。
[0016]在串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊中，鎖相環(huán)連接標(biāo)準(zhǔn)正弦發(fā)生器，標(biāo)準(zhǔn)正弦發(fā)生器接入運算芯片，運算芯片連接低通濾波器，低通濾波器的輸出再接入運算芯片，運算芯片的一路輸出接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊，另一路輸出接入電壓跟蹤控制模塊。[0017]運算芯片為需要安裝運算程序才能進(jìn)行運算的芯片或者是不需要安裝運算程序而直接通過硬件來進(jìn)行運算的芯片。
[0018]本發(fā)明中的串聯(lián)側(cè)APF的功能主要作用有兩個:1、抑制電網(wǎng)電壓諧波和補償電網(wǎng)電壓波動；2、為并聯(lián)側(cè)提供電網(wǎng)基波電壓分量的相位信息。
[0019]對需要安裝運算程序才能進(jìn)行運算的芯片，首先在串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊中安裝運算程序，運算芯片就可以按照程序進(jìn)行運算。如果是不需要安裝運算程序而直接通過硬件來進(jìn)行運算的芯片，則省去這一步。串聯(lián)側(cè)APF將檢測到的三相電源電壓信號(usa，usb, usc)輸入電壓指令信號運算模塊，經(jīng)過處理和運算后得到三相基波電壓信號UafUbfUef，這三個基波電壓分量一方面輸入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊，為并聯(lián)側(cè)指令信號檢測提供相位信息，另一方面可由此得到指令信號；電壓跟蹤控制模塊接收該指令信號后控制串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl，使之產(chǎn)生與諧波電壓及電壓瞬時擾動信號幅值相等、方向相反的補償信號。補償信號與電網(wǎng)側(cè)的電壓信號中所含的諧波電壓及電壓瞬時擾動信號相抵消，從而實現(xiàn)了加載到負(fù)載上的電源電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波的目的，改善電壓質(zhì)量。
[0020]并聯(lián)側(cè)APF將檢測到的負(fù)載電流ila，ilb，ilc送入到電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊；電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊根據(jù)串聯(lián)側(cè)APF送來的三相基波電壓信號UafUbfUef提取標(biāo)準(zhǔn)基波分量&相位信息S，利用直流側(cè)電容(儲能電容C)實際電壓Udc的穩(wěn)定調(diào)節(jié)目標(biāo)電流的幅值I*，將相位信息S與幅值I*作乘法運算后，得到所需的電源電流標(biāo)準(zhǔn)基波有功分量k，并得到與補償后的電網(wǎng)電流^的誤差A(yù)i。將這個波形偏差直接送入電流跟蹤控制模塊，產(chǎn)生控制信號控制并聯(lián)側(cè)逆變電路D2工作，輸出補償電流Ai。，這個補償電流Ai。和電網(wǎng)電流中的無功分量將諧波分量相互抵消后可以改善電網(wǎng)電流的波形。 [0021]本發(fā)明基于檢測電源電流波形偏差A(yù)i (即補償誤差A(yù)i)的并聯(lián)側(cè)APF的控制方案，不需要對逆變電路輸出的補償電流進(jìn)行檢測，因而不需要使用傳感器采集逆變電路輸出的補償電流i。，只需要將檢測到的電源電流的補償誤差作為電流跟蹤控制模塊中的滯環(huán)比較控制器的輸入，這種檢測控制方式不需要對并聯(lián)側(cè)滯環(huán)比較控制器控制下的逆變電路的輸出進(jìn)行檢測，從而避免了使用傳感器對檢測精度造成的不利影響。
[0022]本發(fā)明的電源電流指令信號&的相位由串聯(lián)側(cè)APF在計算指令信號時提取到的三相基波電壓信號unf(即Uaf、Ubf和Urf)提供，因為串聯(lián)側(cè)有源濾波器得到的三相基波電壓分量uaf、ubf和Uef不受電網(wǎng)電壓波動的影響，所以，這種為并聯(lián)側(cè)APF提供相位信息的方法消除了因電網(wǎng)電壓波動造成的干擾，從而改善并聯(lián)側(cè)APF指令信號檢測的準(zhǔn)確性和實時性。同時，減少了并聯(lián)側(cè)檢測電壓信號使用的傳感器，降低了設(shè)備的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2是串聯(lián)側(cè)APF指令信號檢測原理圖。
[0025]圖3是并聯(lián)側(cè)APF標(biāo)準(zhǔn)基波分量&相位信息提取原理圖。
[0026]圖4是并聯(lián)側(cè)APF指令信號幅值計算原理圖。
[0027]圖5是檢測電源電流方式下的滯環(huán)比較控制原理圖。
[0028]圖6是傳統(tǒng)檢測方式下的滯環(huán)比較控制原理圖?！揪唧w實施方式】
[0029]見圖1。
[0030]本發(fā)明的快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括三相耦合變壓器Tr、兩個三相電壓源型逆變器Dl與D2、儲能電容C、兩個三相濾波電感I1與12，串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl的直流側(cè)與并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2的直流側(cè)均接入儲能電容C，串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl的交流輸出分別經(jīng)過三相濾波電感I1后，接在星型連接的三相耦合變壓器Tr的原邊，三相耦合變壓器Tr的三個副邊分別串聯(lián)在三相系統(tǒng)中的電源和負(fù)載之間的線路上，并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2的交流輸出分別連接三相濾波電感12后，直接連接到電網(wǎng)上。
[0031]串聯(lián)側(cè)APF中包括電壓指令信號運算模塊和與其連接的電壓跟蹤控制模塊，電壓跟蹤控制模塊接入串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl ；
[0032]并聯(lián)側(cè)APF中包括電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊和與其連接電流跟蹤控制模塊，電流跟蹤控制模塊接入并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2 ；
[0033]串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊連接并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生豐吳塊；
[0034]儲能電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中。
[0035]快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器首先檢測電源電壓usa，usb，us。和負(fù)載電流ila，ilb，I1。，將檢測到的電源電壓和電流分別送入到串聯(lián)側(cè)APF和并聯(lián)側(cè)APF中。串聯(lián)側(cè)APF依據(jù)瞬時無功功率理論計算出指令信號，然后通過電壓跟蹤控制模塊控制串聯(lián)側(cè)逆變電路Dl工作，輸出補償電壓，改善電壓質(zhì)量問題；具體見下面依照圖2所做的說明。在串聯(lián)側(cè)APF工作過程中，將提取到的基波電壓信號uaf、Ubf和Uci送入到并聯(lián)側(cè)為提供并聯(lián)側(cè)所需的相位信息，并聯(lián)側(cè)APF依據(jù)所采用的指令信號檢測方法得到指令信號，通過電流跟蹤控制模塊控制并聯(lián)側(cè)逆變電路D2工作，輸出補償電流，改善電流質(zhì)量，具體見下面依照圖3?圖5所做的說明。
[0036]本發(fā)明中，兩個三相電壓源型逆變器Dl與D2均是由可關(guān)斷器件組成的。
[0037]串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊中，鎖相環(huán)連接標(biāo)準(zhǔn)正弦發(fā)生器，標(biāo)準(zhǔn)正弦發(fā)生器接入運算芯片，運算芯片連接低通濾波器，低通濾波器的輸出再接入運算芯片，運算芯片的一路輸出接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊，另一路輸出接入電壓跟蹤控制模塊(參見圖2)?？紤]到價格問題，本具體實施方案中的運算芯片還是采用需要安裝運算程序才能進(jìn)行運算的芯片。
[0038]儲能電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中的PID控制器(參見圖4)。
[0039]所述的電流跟蹤控制模塊中設(shè)置有滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器連接并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2(參見圖5)。
[0040]見圖2。[0041]其中:Usa為a相電源電圧
【權(quán)利要求】
1.快速準(zhǔn)確檢測指令信號的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括串聯(lián)側(cè)APF和并聯(lián)側(cè)APF，其特征在于:還包括三相耦合變壓器Tr、兩個三相電壓源型逆變器Dl與D2、儲能電容C、兩個三相濾波電感I1與12，串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl的直流側(cè)與并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2的直流側(cè)均接入儲能電容C，串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl的交流輸出分別經(jīng)過三相濾波電感I1后，接在星型連接的三相耦合變壓器Tr的原邊，并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2的交流輸出分別連接三相濾波電感I2 ; 串聯(lián)側(cè)APF中包括電壓指令信號運算模塊和與其連接的電壓跟蹤控制模塊，電壓跟蹤控制模塊接入串聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器Dl ； 并聯(lián)側(cè)APF中包括電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊和與其連接電流跟蹤控制模塊，電流跟蹤控制模塊接入并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2 ； 串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊連接并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊； 儲能電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于:兩個三相電壓源型逆變器Dl與D2均是由可關(guān)斷器件組成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于:電流跟蹤控制模塊中設(shè)置有滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器連接并聯(lián)側(cè)三相電壓源逆變器D2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的調(diào)節(jié)器，其特征在于:儲能電容C接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊中的PID控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于:串聯(lián)側(cè)APF中的電壓指令信號運算模塊中，鎖相環(huán)連接標(biāo)準(zhǔn)正弦發(fā)生器，標(biāo)準(zhǔn)正弦發(fā)生器接入運算芯片，運算芯片連接低通濾波器，低通濾波器的輸出再接入運算芯片，運算芯片的一路輸出接入并聯(lián)側(cè)APF中的電流諧波補償信號產(chǎn)生模塊，另一路輸出接入電壓跟蹤控制模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于:運算芯片為需要安裝運算程序才能進(jìn)行運算的芯片或者是不需要安裝運算程序而直接通過硬件來進(jìn)行運算的芯片。
【文檔編號】G01R19/00GK104022509SQ201410227472
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】黃知超, 蘇曉鵬, 李俊, 肖宏, 龍江, 王輝 申請人:桂林電子科技大學(xué), 廣西電網(wǎng)公司桂林供電局