大功率apf并機(jī)諧波補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是電力電子技術(shù)中一種大功率多機(jī)并聯(lián)型有源電 力濾波器的補(bǔ)償容量分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低壓諧波污染源廣泛存在于電網(wǎng)，例如乳鋼、電解鋁、商場(chǎng)照明等，這些諧波污染 對(duì)電網(wǎng)、其它用電設(shè)備，特別是用電可靠性都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。目前，諧波治理方案主要分 為無(wú)源型和有源型：無(wú)源型治理裝置體積重量較大，并且容易產(chǎn)生諧振，不易限流輸出；有 源型治理裝置具有高度可控以及快速響應(yīng)性能，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波，因而逐 漸成為諧波治理的首選。針對(duì)有源型諧波治理裝置所應(yīng)用的不同負(fù)載場(chǎng)合，需要采用不同 的補(bǔ)償方法：對(duì)于低功率的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，可以采用單模塊進(jìn)行諧波補(bǔ)償，其耐壓能力和負(fù) 載電流可以通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于大功率應(yīng)用場(chǎng)合，考慮到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)技術(shù) 水平的限制以及串并聯(lián)開(kāi)關(guān)器件所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，無(wú)法用單模塊同時(shí)達(dá)到較高的額定 功率以及較高的開(kāi)關(guān)頻率，將多模塊并聯(lián)是實(shí)現(xiàn)大容量諧波源補(bǔ)償?shù)挠行Х桨?。但是，多?塊并聯(lián)需要較大的經(jīng)濟(jì)投入，并且當(dāng)需要處理的諧波負(fù)載為乳鋼廠內(nèi)的直流調(diào)速電機(jī)等負(fù) 載時(shí)，需要考慮其具體的負(fù)載特性：1)諧波電流等級(jí)較大；2)各次諧波電流或無(wú)功快速變 化，并且某時(shí)刻出現(xiàn)較大單次諧波或無(wú)功沖擊。針對(duì)此類負(fù)載，需要進(jìn)行合理的多機(jī)間諧波 動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠運(yùn)行及整機(jī)補(bǔ)償容量的最優(yōu)利用。
[0003] 目前，主要有如下幾種協(xié)調(diào)控制或補(bǔ)償容量分配方法：
[0004] (1)N臺(tái)裝置+N組CT，獨(dú)立控制式：每臺(tái)裝置都配備一組CT(電流互感器），裝置 間無(wú)互聯(lián)線、獨(dú)立控制。其優(yōu)點(diǎn)是：擴(kuò)展容量簡(jiǎn)單，允許不同補(bǔ)償容量模塊間的擴(kuò)展；多個(gè) 模塊自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冗余補(bǔ)償。其缺點(diǎn)是：靠近負(fù)載側(cè)的模塊必須長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行，多機(jī)補(bǔ)償容量 利用不對(duì)稱；加速了硬件老化；檢測(cè)CT過(guò)多使得諧波補(bǔ)償精度不高；需要性能優(yōu)異的輸出 限幅策略。
[0005] (2)N臺(tái)裝置+1組CT，集中控制+均流式：整機(jī)只配備一組CT，采用集中控制+均 流分配模式，每臺(tái)APF模塊都工作在全補(bǔ)償模式下，并且各模塊完全相同，分配到的補(bǔ)償容 量相同。這樣的并聯(lián)方式，其優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)態(tài)性能較好，并機(jī)系統(tǒng)諧波補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度與并機(jī) 數(shù)量無(wú)關(guān)，始終等于單機(jī)諧波補(bǔ)償速度；不存在某一臺(tái)裝置長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行的情況；各個(gè) 模塊相同，從而使得維修較為方便；由于采用單個(gè)諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)，諧波補(bǔ)償?shù)木认鄬?duì)較 高；多機(jī)容量利用率相同。其缺點(diǎn)是：所有裝置全時(shí)段投入且全補(bǔ)償運(yùn)行，投入運(yùn)行的模塊 數(shù)量最多，使得損耗相對(duì)其他方式最大；無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)冗余諧波補(bǔ)償。
[0006] (3)N臺(tái)裝置+1組CT，集中控制+多機(jī)分次補(bǔ)償式：其優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)分成低次補(bǔ)償 組和高次補(bǔ)償組，低次補(bǔ)償組開(kāi)關(guān)頻率低、補(bǔ)償容量較大，高次補(bǔ)償組開(kāi)關(guān)頻率高、補(bǔ)償容 量較小，從而使得裝置容量利用率有所提升，整機(jī)運(yùn)行損耗有所減?。煌谎a(bǔ)償組多重化運(yùn) 行，減小了整機(jī)輸出電流開(kāi)關(guān)次紋波。其缺點(diǎn)是，諧波容量分配固定，當(dāng)需要治理的諧波污 染為乳鋼廠負(fù)載諧波時(shí)，固定的指定次諧波補(bǔ)償組并不能實(shí)現(xiàn)整機(jī)補(bǔ)償容量的最優(yōu)利用， 例如可能出現(xiàn)如下情形：負(fù)載中各次諧波頻譜分布不均勻，分配的某指定次諧波補(bǔ)償組容 量小于負(fù)載中該頻次諧波電流，而其它指定次諧波補(bǔ)償組小電流輸出，從而造成整機(jī)補(bǔ)償 容量的不合理利用；無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)冗余補(bǔ)償；補(bǔ)償某頻段的APF單元故障后，可能導(dǎo)致大量 諧波電流流入電網(wǎng)，即系統(tǒng)可靠性不高。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有的大功率APF并機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的補(bǔ)償精 度、較優(yōu)的補(bǔ)償容量利用率、較好的運(yùn)行可靠性以及自動(dòng)冗余補(bǔ)償，需要提出一種更為合理 的多機(jī)間諧波補(bǔ)償動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種大功率APF并機(jī)諧 波補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，解決現(xiàn)有協(xié)調(diào)控制方法針對(duì)大電流諧波污染源治理存在的 不足，主要針對(duì)例如乳鋼廠直流調(diào)速電機(jī)等動(dòng)態(tài)波形復(fù)雜的諧波負(fù)載（該類負(fù)載某時(shí)刻特 定次諧波遠(yuǎn)高于其它頻次諧波），實(shí)現(xiàn)整機(jī)補(bǔ)償容量的最優(yōu)利用。
[0009] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0010] -種大功率APF并機(jī)諧波補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，采用主控制器和若干從控 制器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制，每個(gè)從控制器對(duì)應(yīng)一個(gè)功率模塊，從控制器對(duì)對(duì)應(yīng)的功率模塊進(jìn) 行模塊運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)；
[0011] 所述主控制器包括諧波分次檢測(cè)單元、諧波實(shí)時(shí)比較運(yùn)算單元、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān) 測(cè)單元、補(bǔ)償指令電流生成及分配單元和功率模塊時(shí)基同步單元；諧波分次檢測(cè)單元，根據(jù) 采集的負(fù)載電流信號(hào)和網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)，實(shí)時(shí)分離出各次諧波；諧波實(shí)時(shí)比較運(yùn)算單元，實(shí)時(shí) 比較各次諧波含量，同時(shí)確定各次諧波頻譜分布，并按照各次諧波含量大小順序?qū)崟r(shí)生成 補(bǔ)償動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)，其中補(bǔ)償動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)最高的若干次諧波為主要次諧波；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān) 測(cè)單元，實(shí)時(shí)匯總各個(gè)從控制器反饋的模塊運(yùn)行狀態(tài)，并確定整機(jī)系統(tǒng)的在運(yùn)行模塊數(shù)量、 待機(jī)模塊數(shù)量和故障模塊數(shù)量；補(bǔ)償指令電流生成及分配單元，根據(jù)各次諧波含量、補(bǔ)償動(dòng) 態(tài)優(yōu)先級(jí)和模塊運(yùn)行狀態(tài)確定整機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行模式，實(shí)時(shí)生成并分配補(bǔ)償指令電流；功率 模塊時(shí)基同步單元，向各個(gè)功率模塊發(fā)送同步信號(hào)，協(xié)調(diào)各個(gè)功率模塊同步運(yùn)行；
[0012] 所述從控制器包括直流母線電壓閉環(huán)控制單元、諧波分次閉環(huán)控制單元、模塊運(yùn) 行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及重啟控制單元、時(shí)基同步單元和PWM調(diào)制單元；直流母線電壓閉環(huán)控制單元， 用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓；諧波分次閉環(huán)控制單元，接收主控制器分配的補(bǔ)償指令電流信號(hào)，比 較補(bǔ)償指令電流與功率模塊的輸出電流；模塊運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及重啟控制單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功 率模塊的模塊運(yùn)行狀態(tài)，并將模塊運(yùn)行狀態(tài)反饋給主控制器，當(dāng)功率模塊出現(xiàn)故障停機(jī)狀 態(tài)時(shí)，選擇性重啟故障功率模塊；時(shí)基同步單元，用于接收主控制器的同步信號(hào)；PWM調(diào)制 單元，用于控制功率模塊生成補(bǔ)償電流。
[0013] 具體的，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方法包括如下步驟：
[0014] 步驟一：載入初始參數(shù)，包括負(fù)載電流信號(hào)k、網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)E和各個(gè)功率模塊 的額定補(bǔ)償容量，主控制器根據(jù)負(fù)載電流信號(hào)1和網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)E實(shí)時(shí)分離出各次諧 波，并生成補(bǔ)償動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)，其中補(bǔ)償動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)最高的若干次諧波主要次諧波；η= 1，2， 3···，Ν，Ν為功率模塊的總數(shù)；
[0015] 步驟二：主控制器根據(jù)總諧波電流U和整機(jī)系統(tǒng)的總補(bǔ)償容量I_確定整機(jī)系統(tǒng) 的運(yùn)行模式：情況①：當(dāng)總諧波電流込大于總補(bǔ)償容量1_時(shí)，整機(jī)系統(tǒng)按照運(yùn)行模式二補(bǔ) 償，即多機(jī)分次+多機(jī)均流補(bǔ)償；情況②：當(dāng)總諧波電流込不超過(guò)總補(bǔ)償容量I_且各次諧 波頻譜分布波動(dòng)范圍在閾值范圍內(nèi)時(shí)，整機(jī)系統(tǒng)按照運(yùn)行模式一補(bǔ)償，即多機(jī)均流補(bǔ)償；情 況③：當(dāng)總諧波電流不超過(guò)總補(bǔ)償容量I_且各次諧波頻譜分布波動(dòng)范圍超過(guò)閾值范圍 時(shí)，按照運(yùn)行模式二補(bǔ)償，即多機(jī)分次+多機(jī)均流補(bǔ)償；其中，總諧波電流込為各次諧波的 總和，總補(bǔ)償容量1_為各個(gè)功率模塊的額定補(bǔ)償容量的總和；
[0016] 步驟三：主控制器根據(jù)整機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行模式、模塊運(yùn)行狀態(tài)、補(bǔ)償動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)和各 次諧波含量，實(shí)時(shí)生成并分配補(bǔ)償指令電流，具體分配原則為：針對(duì)情況①：整機(jī)系統(tǒng)分成 多機(jī)分次補(bǔ)償組和多機(jī)均流補(bǔ)償組，通過(guò)多機(jī)分次補(bǔ)償組補(bǔ)償諧波含量最高的若干主要次 諧波，通過(guò)多機(jī)均流補(bǔ)償組補(bǔ)償剩余次諧波；優(yōu)先補(bǔ)償諧波含量最高的若干主要次諧波，將 主要次諧波分配給多機(jī)分次補(bǔ)償組，若總補(bǔ)償容量1_有剩余，則將剩余次諧波平均分配給 多機(jī)均流補(bǔ)償組內(nèi)的功率模塊，整機(jī)系統(tǒng)限幅運(yùn)行；針對(duì)情況②：功率模塊最少化運(yùn)行，總 諧波電流平均分配給多機(jī)均流補(bǔ)償組內(nèi)的功率模塊，且投入