本發(fā)明涉及逆變器補(bǔ)償控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法。

背景技術(shù)：

隨著中頻集中式供電系統(tǒng)的發(fā)展，中頻供電系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量問(wèn)題受到的關(guān)注程度與日劇增。圖1所示的集中式供電方式下，系統(tǒng)內(nèi)的不同負(fù)載，均集中在一個(gè)中頻電網(wǎng)中，其工況可能存在相互的耦合，不同負(fù)載也會(huì)存在一定的相互影響，隨之而來(lái)的主要電能質(zhì)量問(wèn)題如下：

(1)線路壓降

由于中頻供電系統(tǒng)具有頻率高和低壓大電流的特點(diǎn)，且輸電線路存在較長(zhǎng)的情況，導(dǎo)致中頻供電系統(tǒng)的線路壓降遠(yuǎn)大于工頻電網(wǎng)，且中頻電網(wǎng)本身電壓等級(jí)就低，故壓降的影響更加明顯，對(duì)于遠(yuǎn)端負(fù)載電壓水平有可能低于正常工作要求。

(2)負(fù)載投切產(chǎn)生的電壓波動(dòng)

中頻供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，沖擊性負(fù)載的投切或大功率設(shè)備的啟動(dòng)勢(shì)必會(huì)對(duì)中頻電網(wǎng)造成一定的沖擊，使中頻供電系統(tǒng)輸出電壓產(chǎn)生波動(dòng)，這些不良的變化不僅影響中頻供電系統(tǒng)自身的安全性，也會(huì)將不利影響擴(kuò)展到同一電源供電的鄰近負(fù)載。中頻負(fù)載一般都是比較精密的設(shè)備，屬敏感性負(fù)荷，它們對(duì)電壓波動(dòng)十分敏感。

(3)瞬時(shí)電壓跌落

當(dāng)供電負(fù)載出現(xiàn)短路故障時(shí)，在系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作前，會(huì)出現(xiàn)較大的短路電流，導(dǎo)致中頻供電系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生大幅度的跌落，嚴(yán)重影響其它負(fù)載的供電品質(zhì)。

因此，為了解決中頻供電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于其終端補(bǔ)償控制的研究顯得尤為重要。

國(guó)外以美國(guó)佐治亞工學(xué)院、田納西大學(xué)、德國(guó)西門(mén)子公司，國(guó)內(nèi)以清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)工頻領(lǐng)域的綜合型電能質(zhì)量控制器進(jìn)行了較多的研究。然而，對(duì)于中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制的研究涉及較少，主要集中在中頻有源電力濾波器的研究。其為解決中頻系統(tǒng)非線性負(fù)載帶來(lái)的諧波電流問(wèn)題具有良好的幫助，但基本都配置在很小范圍內(nèi)的獨(dú)立小容量中頻供電系統(tǒng)內(nèi)，在這種系統(tǒng)內(nèi)，嚴(yán)重的電壓?jiǎn)栴}基本不存在；也有個(gè)別研究機(jī)構(gòu)針對(duì)中頻系統(tǒng)內(nèi)的電壓質(zhì)量問(wèn)題，研制出了小容量壓降補(bǔ)償器，并投入使用，雖對(duì)由長(zhǎng)距離輸電線路引起的穩(wěn)態(tài)線路壓降起到一定的補(bǔ)償作用，但對(duì)其它由沖擊或電路故障引起的電壓波動(dòng)和大幅度電壓跌落沒(méi)有任何的幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法，該控制方法可以同時(shí)解決中頻供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)線路壓降、負(fù)載投切產(chǎn)生的電壓波動(dòng)、瞬時(shí)電壓跌落、相位補(bǔ)償?shù)入娔苜|(zhì)量問(wèn)題，保證系統(tǒng)內(nèi)各負(fù)載的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)的一種用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：采用離散化數(shù)字鎖相環(huán)跟蹤中頻供電系統(tǒng)的終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁，再將終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁滯后移相π/2得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂，然后將中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂分別移相2π/3和4π/3得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄；

步驟2：對(duì)中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂、終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄分別進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)玫饺鄥⒖茧妷合辔沪?sub>A、ω_B和ω_C，前饋補(bǔ)償中三相相位的補(bǔ)償量取決于對(duì)應(yīng)相的輸出電流有效值I_{A_RMS}、I_{B_RMS}、I_{C_RMS}與線纜移相系數(shù)k的乘積，其中k的值由線纜特性決定，即補(bǔ)償量為k*I_{A_RMS}、k*I_{B_RMS}、k*I_{C_RMS}；

步驟3：將步驟(2)中得到的三相參考電壓相位ω_A、ω_B和ω_C分別求sin函數(shù)，并將該sin函數(shù)與參考電壓幅值U_{ref_pk}相乘得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}；

步驟4：采集中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N，將步驟(3)中得到的中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}與中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N分別相減，得到三個(gè)電壓差值e_A、e_B和e_C；

步驟5：在靜止坐標(biāo)系下，將步驟(4)中得到的三個(gè)電壓差值e_A、e_B和e_C分別進(jìn)行比例諧振調(diào)節(jié)得到中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓，中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓通過(guò)隔離變壓器對(duì)中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相電壓進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，即實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電壓及諧波補(bǔ)償。

本發(fā)明控制方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)電壓補(bǔ)償是對(duì)輸出電壓幅值和相位的雙重補(bǔ)償；考慮了終端輸出到負(fù)載的線路感抗，增加了參考電壓相位前饋補(bǔ)償，解決不同負(fù)載切換帶來(lái)的電壓波動(dòng)問(wèn)題；在靜止坐標(biāo)系下對(duì)補(bǔ)償電壓進(jìn)行交流量比例諧振調(diào)節(jié)，提高了終端動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力，解決瞬時(shí)電壓跌落問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為中頻供電系統(tǒng)集中式供電示意圖。

圖2為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償原理框圖。

圖3為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制方法流程圖。

圖4為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

如圖2所示為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償原理框圖。

以中頻供電系統(tǒng)的某1路終端輸出為例：中頻供電系統(tǒng)的終端輸入、輸出電制均為三相四線制，終端三相輸入相電壓分別為U_AN、U_BN和U_CN，終端三相輸出相電壓分別為U_A1N、U_B1N和U_C1N，終端補(bǔ)償隔離變壓器的次級(jí)串接在三相輸入、輸出相電壓之間。當(dāng)中頻供電系統(tǒng)經(jīng)圖1所示的固定鋪設(shè)長(zhǎng)線纜接入終端，終端輸出帶載運(yùn)行時(shí)，長(zhǎng)線纜的穩(wěn)態(tài)壓降和線路電感引起的相移必定影響終端的輸出電能品質(zhì)。同時(shí)，終端與負(fù)載間的短線纜也會(huì)因?yàn)橹刎?fù)載的投切使終端輸出電壓產(chǎn)生波動(dòng)和瞬時(shí)跌落。為了保證終端輸出電壓的電能質(zhì)量，中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制必須引入。

如圖3所示為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制方法流程圖，圖4所示為中頻供電系統(tǒng)終端補(bǔ)償控制框圖。

本發(fā)明的用于中頻供電系統(tǒng)的終端補(bǔ)償控制方法，它包括如下步驟：

步驟1：采用離散化數(shù)字鎖相環(huán)跟蹤中頻供電系統(tǒng)的終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁，再將終端輸入相電壓U_AN的相位ω₁滯后移相π/2得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂，然后將中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂分別移相2π/3和4π/3得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄；

步驟2：對(duì)中頻供電系統(tǒng)的終端輸出A1相相位ω₂、終端輸出B1相相位ω₃和C1相相位ω₄分別進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)玫饺鄥⒖茧妷合辔沪?sub>A、ω_B和ω_C，前饋補(bǔ)償中三相相位的補(bǔ)償量取決于對(duì)應(yīng)相的輸出電流有效值I_{A_RMS}、I_{B_RMS}、I_{C_RMS}與線纜移相系數(shù)k的乘積，其中k的值由線纜特性決定，即補(bǔ)償量為k*I_{A_RMS}、k*I_{B_RMS}、k*I_{C_RMS}；

步驟3：將步驟(2)中得到的三相參考電壓相位ω_A、ω_B和ω_C分別求sin函數(shù)，并將該sin函數(shù)與參考電壓幅值U_{ref_pk}相乘得到中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}；

步驟4：采集中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N，將步驟(3)中得到的中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相參考電壓U_{A1N_ref}、U_{B1N_ref}和U_{C1N_ref}與中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相相電壓值U_A1N、U_B1N和U_C1N分別相減，得到三個(gè)電壓差值e_A、e_B和e_C；

步驟5：在靜止坐標(biāo)系下，將步驟(4)中得到的三個(gè)電壓差值e_A、e_B和e_C分別進(jìn)行比例諧振調(diào)節(jié)得到中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓，中頻供電系統(tǒng)的三相補(bǔ)償電壓通過(guò)隔離變壓器對(duì)中頻供電系統(tǒng)的終端輸出三相電壓進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，即實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電壓及諧波補(bǔ)償。

上述技術(shù)方案的步驟3中參考電壓幅值U_{ref_pk}的范圍為113V～118V。

上述技術(shù)方案中，所述電壓均為交流量。

上述技術(shù)方案中，采用該終端補(bǔ)償控制方法的終端設(shè)備的開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)控制在中頻供電系統(tǒng)輸出電壓開(kāi)關(guān)頻率的90％～110％之間。防止開(kāi)關(guān)頻率之間產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。

本發(fā)明采用鎖相環(huán)跟蹤中頻供電系統(tǒng)的終端輸入電壓相位，并對(duì)該相位進(jìn)行移相和基于輸出電流與線纜移相系數(shù)的前饋補(bǔ)償處理，得到終端輸出電壓參考相位，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)互錯(cuò)開(kāi)關(guān)頻率及靜止坐標(biāo)系下的交流量比例諧振調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)終端輸出電壓的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。本發(fā)明中終端補(bǔ)償控制是對(duì)輸出電壓幅值和相位的雙重補(bǔ)償；考慮了終端輸出到負(fù)載的線路感抗，增加了參考電壓相位前饋補(bǔ)償，解決不同負(fù)載切換帶來(lái)的電壓波動(dòng)問(wèn)題；在靜止坐標(biāo)系下對(duì)補(bǔ)償電壓進(jìn)行交流量比例諧振調(diào)節(jié)，提高了終端動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力，解決瞬時(shí)電壓跌落問(wèn)題。

所述僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以根據(jù)中頻供電系統(tǒng)輸出電制、連接線纜或是開(kāi)關(guān)頻率的不同做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。

本說(shuō)明書(shū)未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。