动态无功补偿器的负序分量和特征谐波补偿算法重点.docx
《动态无功补偿器的负序分量和特征谐波补偿算法重点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动态无功补偿器的负序分量和特征谐波补偿算法重点.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
动态无功补偿器的负序分量和特征谐波补偿算法重点
・电能质量・低压电器（2010N02
动态无功补偿器的负序分量和
特征谐波补偿算法
卢婧婧1,解大1,张延迟2,艾芊1
（1.上海交通大学电气工程系,上海200240;
2.华东理工大学自动化系,上海200237
摘要:
从能量保持恒定的角度,采用直流侧电压控制方法,对三相动态无功补偿占塘培f1985—1器进行设计。
抑制通过对稳定谐波源进行谐波分析,提取其特征谐波进行补偿,可以起
女,硕士研究生,研到补偿无功和谐波的作用。
仿真结果表明,在不对称谐波源情况下,叠加负序分量补偿
究方向为电力系统后的三相系统电流完全对称,并可滤除负荷特征谐波含量。
采用上述算法的动态无功
FACTS和电力系统补偿器可以通过对负荷的分析,根据负荷及实际的装置进行控制策略调整,具有较大的
仿真。
工程实际意义。
关键词:
无功补偿;不对称;负序分量补偿;谐波抑制;仿真
中图分类号:
TM714.3文献标识码:
A文章编号:
1001-5531（201002-0057JD4
TheAlgorithmofNegativeVectorandCharacteristicHarmonic
CompensationforDynamicReactivePowerCompensator
LUJinxin91,XIEDal,ZHANGYanchi2,AIQianl
（1.DepartmentofElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China;2.Department
ofAutomation,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,ChinaAbstract:
Thecontrolstrate舒ofDCvoltagewasdesignedbasedonenergyinvariablenessonDCvoltage.Forahannomcloadwhichcontainsharmonicwithcertaincharacteristicfrequencies,thecharacteristicharmomccurrent
atthecertainfrequencyCallalsobecompensatedafteranalysisontheharmomeload,anditcouldcompensatethe
reactivepowerandharmonictogether.Thesimulationresultsshowedthatthecompensatedthree—phasecurrentsconsideringthenegativevectorwere
balancedunderanunbalancedandharmonicload,andthecharacteristichat-moniecomponentWasalsodepressed.Thedynamicreactivepowercompensationbased册thealgorithmcouldad-jnstitscontrolmethodsbytheloadandthedevicethrougIItheanalysisontheload.Thisdesignhadgreatpracticalsignificance.
Keywords:
reactivepowercompensation;unbalance;negativevectorcompensating;harmonicsup-pression;simulation
0引言
随着大功率全控型电力电子器件GTO、IGBT及IGCT的出现,电力电子逆变技术快速发展,以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展。
无功补偿技术从无源发展到有源动态无功补偿‘11。
基于电压源换流器的静止同步补偿器（STAT-COM,ASVG,属快速的动态无功补偿装置口o。
但是STATCOM装置成本取决于功率半导体器件。
其中逆变部分所需IGBT价格昂贵,且输出侧需采用隔离变压器曲折串联的方法与电网互联,成本很高,一次投人很大,经济性较差p引。
解大（1969一,男,副教授,博士,研究方向为电力系统FACTS和电力系统仿真。
张延迟（1967一,男,副教授,研究方向为并网型风力发电机和电力系统FACTS。
一57—万方数据
低压电器（加lO№2・电能质量・
目前发展比较成熟的谐波补偿设备为电力有源滤波器（APF∞J,但是由于容量限制,以及控制方法上的考虑,APF进行谐波补偿时,不宜考虑同时补偿无功。
对于一个稳定运行的谐波负荷,可以通过检测其各特征次谐波,在原有无功补偿控制算法上进行改进,补偿特定次谐波。
该方法简便,在工程实际上可以较准确地确定补偿容量,并且经济性较好。
本文所研究的动态补偿器,根据负荷的情况进行特定补偿,在考虑负序分量的基础上,可以解决三相不平衡负荷带来的不平衡问题,保证网侧的三相平衡。
同时它可以动态补偿无功电流及负荷的主要次谐波,无需如APF全部补偿负荷的所有各次谐波,大大降低了产品的容量及成本,使其不仅具有sTAl℃OM的所有良好性能,经济性也大大提高。
1补偿原理
1.1基本控制方式
补偿系统结构图如图1所示。
图1所示系统基波无功很大,功率因数较低。
ik、iu、ik为负载电流,i。
、i扪i。
为补偿电流,U出为变流器直流侧电容电压,Ⅱ。
、Ⅱ扪“。
为接入点系统电源电压,控制系统参考电流的生成以u眦、u曲、“。
的相位为参考相位,通过检测负荷的无功电流成分,控制驱动变流器,使补偿装置发出的电流为负荷的无功电流,以达到基波功率因数为1的目标。
图1补偿系统结构简图
以上系统为三相接地系统的检测情况,若为三相不接地系统,则可以通过另外两相得到第三一58一相,可减少两个互感器。
根据以上原理设计的结构图可以简单表示整个算法。
算法大致可分为3部分:
直流侧电压的控制、目标电流的计算和滞环比较控制单元。
一般通过对负荷电流的检测,提取需补偿的电流分量,通过控制策略产生PWM信号驱动开关器件的通断,输出目标补偿电流。
算法的关键部分在于直流侧电压控制和目标电流的求取。
电流环控制采用滞环比较的方式,将计算得到的目标电流和补偿装置实际输出的电流进行闭环比较,输出PWM控制信号。
1.2直流侧电压控制
由于电力电子器件开断不可避免地会消耗能量,此有功功率的存在将要消耗电容上储存的能量,使得电容电压不断下降。
如不采取适当的控制,电容器电压将产生衰减或较大波动,致使补偿系统不能正常运行。
通过控制使电源侧向电容注人适当的能量,以补偿这些损耗,即可维持直流侧电压的稳定。
实际补偿装置存在的损耗功率在一个周期内的积分不为零,会引起电容电压周期值的变化,电容电压周期值的变化反映了逆变器两侧有功功率的传递。
在其交流侧由电源输入有功电流,以补偿开关器件的损耗。
交流侧补偿功率P.一个周期内的积分为
加+r向+r
JPAdt=∑J（Ip.k以Mksin2.（巩dt’.o彝=口.6,c’Io
=÷∑,P^。
‰（1-^2口。
b.c
直流侧电容电压一个周期内的能量变化可表示为
1..
Q如=弓_c（u2（T+1一u:
（T（2将式（1、（2联立,补偿目标为使两式相等。
以一个工频周期为单位,可以计算交流侧等效补偿电流的大小。
由此,可以设计直流侧电压的单周期控制。
如图2所示,对电容电压进行周期采样,通过比例积分环节将采样得到的电压比较值修正后可以得到损耗电流的幅值大小。
损耗电流与系统电压同相位,保证其为等效有功电流。
控制有功的传递情况,保证直流侧电压稳定在某一
万方数据
・电能质量・低压电器（加lO№2
图2直流侧电压控制
值附近。
由图1、2可以看出,直流侧电容电压的调节形成负反馈,保证直流侧电容电压始终在某一固定值附近。
1.3动态无功补偿
系统基波无功很大,功率因数较低时,通过检测系统的无功电流,进行动态无功补偿。
图1中变流器交流侧电流i。
可分为两部分:
有功电流和无功电流,即i。
（t=iL（f一i。
（t=‰（f+i。
（f,为负荷的无功电流和装置的损耗电流之和。
补偿装置输出功率为负荷的无功功率:
钾^（t=∑q吐一p。
（3k=口.b.c
无功电流的计算可以有很多种方法,基本为求取幅值和相位两个方面的信息,现介绍两种方法:
（1无功目标电流的计算方法一。
通过分别锁相得到M。
和i。
的相角0。
和0。
两者相减得到功率因数角妒。
可以求得目标无功电流为
i。
（t=ILsin9sin（∞t（4（2无功目标电流的计算方法二。
利用三角函数系的正交性,在~个周期积分平均以提取基波无功电流分量的幅值,为式（5所示的计算结果的2倍。
1加+r1
q=专』Ⅱ’（tiL（tdt=寺,Lsi婶（5』010
‘
式中Ⅱ7（t=COScot
可以证明,以上两种方法在数学上等价,实现效果相同。
使用以上补偿系统对三相对称系统补偿效果良好,当三相不接地系统中三相有功负荷不对称时,出现基波负序分量,导致直流侧电容电压上升,补偿效果较差,需对负序分量进行抑制,以达到补偿后系统侧电流无畸变。
其中,负序的有功分量如式（6所示,r为工频周期。
i:
（f=÷（菇。
+r2菇6+rx。
（6J
其中
’,‘
筇。
=专IiLm（tc08（∞t+巩dt
J
JI—r
盈
m=a,b,c,r=一3
则目标补偿电流为
f。
（t=o（t+iq（t+g‘2x（t
1.4谐波补偿
对于某一稳定的谐波源,可以通过在控制回路添加谐波检测环节以补偿负荷的特征次谐波。
并且一般在谐波检测环节加上限幅环节,以防止负荷突变的影响,起到保护电路的作用。
谐波电流的提取按FFT算法计算,如式（7,T为工频周期,k为谐波次数。
in（t=XCOS（∞t+以+ysin（∞t+巩（7其中
’/
茹=寺JiL（1cos（枷t+晚dt
‘。
卜r
’/
Y=寺I屯（fsin（k∞t+优dt
‘。
t—r
综上所述,总补偿框图如图3所示。
参考电流信号包括直流侧电压控制、无功电流检测（包括负序分量和谐波电流检测三部分。
参考电流与补偿器实际输出的补偿电流进行滞环比较,输出三相PWM信号。
图3总补偿框图
图3中的目标参考电流可表示为
E。
（f=i”（t+iq（t+i2。
（t+∑iu（￡●。
川,…t~
（8一59—
万方数据
低压电器（2010N02・电能质量・
2数值仿真结果
（1感性负荷条件下三相负荷不对称时,只
补偿基波无功电流分量、未补偿负序分量时的仿
真结果如图4所示。
图4不对称时未补偿负序分量时的系统电流
补偿负序分量后的三相系统侧电流如图5所
示。
补偿后三相系统电流无畸变,三相对称且经
分析补偿后的系统电流与系统接入点电压同相。
图5不对称时补偿负序分量后的系统电流
（2对于6脉相整流桥负荷,其主要谐波为
5、7、11、13次,通过对特定谐波次数的补偿,可得
到a相补偿前后波形如图6所示。
r/s
（a补偿前的n相负荷电流
（b补偿后的n相系统电流
一60一
（cFFT谐波分析对比
图6特定次谐波补偿仿真
（3不对称谐波负荷情况下的仿真,其负荷波形情况如图7（a所示,补偿后注入系统的电流如图7（b所示。
800
400
芒2000
、一200
—400
（a补偿前负荷注入系统的电流
O
00.0l0.02O.030.040.050.060.070.080,090.10f/s
（b补偿后负荷侧注入系统的电流
图7补偿前后负荷侧注入系统的电流
补偿前后三相电流的FFT分析如图8所示。
.f/Hz
（a口相
//Hz
（b6相
||№
（cc相
图8补偿前后三相电流的FFr分析
图8中数据分析如表l所示。
3结语
（1在单相系统或三相四线系统,可直接提取负荷基波无功分量进行补偿,提高基波功率因数。
（下转第66页
万方数据
低压电器I加10№2・电能质量・
令电流,调节APF输出功率,提高了APF的利用效率,相对降低APF的容量,减少了APF的成本。
【参考文献】
[1]李圣清,朱英浩,周有庆,等.基于瞬时无功功率理论的四相输电谐波电流检测方法[J].中国电机工程学报,2004,24（3:
12—17.
[2]袁川,杨洪耕.三相电压畸变且不对称时电流基波正序有功分量的改进瞬时检测方法研究[J].继电器,2005,33（14:
57-60.
[3]钟洪浩,谌平平,吕征字,等.串联混合有源滤波器基于双面变换的新型控制方法[J].中国电机工
程学报,2005,25（1:
1-5.
[4]姜齐荣,谢小荣,陈建业.电力系统并联补偿一结构、原理、控制与应用[M].北京:
机械工业出版社,2004.
[5]涂春鸣,罗安,杨勇.一种新的混合有源滤波器控制方法[J].中国电机工程学报,2003,18（3:
15一17.
[6]姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器——结构・原理・控制[M].北京:
科学出版社,2005.
[7]
[8]
[9]
[10]
[12]
杨柳,刘会金,陈允平.三相四线制系统任意次谐波电流的检测新方法[J].中国电机工程学报,2005,25（13:
41掣.
卓放,王跃,王兆安.三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器[J].电工技术杂志,2001（4:
14.
张金斗,张勇,程新功.三相四线制系统谐波检测P一叮-o法的研究[J].继电器,2006,34（20:
53-56.RAGHAVAN,TALEBT,ELLINGERT,eta/.ANo-vellowpasstobandpasstransformedPIcontrolstrate-舒forserieshybridactivepowerfilter[j].ElectricPowerSystemsResearch,2006,76（9一lO:
857-864.KALEM,OZDEMIRE.Anadaptivehysteresisbandcurrentcontrollerforshuntactivepowerfilter[J].E・leetriePowerSystemsResearch,2005,73（2:
113・119.
LINBR,OUYA.Activepowerfilterbasedonthree—ph蹴two-legswitch-clampedinverter[J].ElectricPowerSystemsResearch,2004,72（1:
63-72.
收稿日期:
2009-10—12
（上接第60页
表1不对称谐波负荷补偿前后对称性分析和谐波翕栎,k
（2在三相三线系统,当负荷不对称时需补偿负序分量,否则系统电流畸变;进行负序补偿后的系统三相电流可以保持对称。
（3对稳定谐波源,通过对其特定次谐波进行补偿可以起到补偿无功和谐波的作用,对不对称谐波源可以保持三相电流对称,并对指定次谐波含量进行滤除。
（4采用以上方法具有较大的工程实际意义。
一66一
【参考文献】
冯煜理,陈陈.静止同步补偿器与传统静止无功补偿器的比较与分析[J].华东电力,2005,33（9:
16—19.
RAIAMBALK.CHELLAMUTHUC.Modelingandsimulationof加dconnectedwindelectricgeneratingsystem[J].ProceedingsofIEEETENCON,2002.BASUM,DASSP,DUBEYGK.Parallelconverterachemeforhigll-poweractivepowerfilters[J].IEEProceedingsofElectricPowerApplication,2004,151（4:
460-466.
HSUCY.WUHY.Anewsingle-phaseactivepowerfilterwithfeducedenergy-storagecapacity[J].1EEProceedingsofElectricPowerApplication,1996,143（I:
25-30.
钱挺,吕征宇,胡进,等.基于单周控制的有源滤波器双环控制策略[J].中国电机工程学报,2003,23（3:
34.37.
解大,张延迟,吴非,等.并联型电力有源滤波器的直流侧电压控制和补偿电流反馈控制[J].电网技术,2006,30（3:
18-21.
收稿日期:
2009—10-221J
1J
1J
1J
1J
1J
n
心
口
M
b
№
万方数据
动态无功补偿器的负序分量和特征谐波补偿算法作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷（期：
被引用次数：
卢婧婧，解大，张延迟，艾芊，LUJingjing，XIEDa，ZHANGYanchi，AIQian卢婧婧,解大,艾芊,LUJingjing,XIEDa,AIQian（上海交通大学,电气工程系,上海,200240，张延迟,ZHANGYanchi（华东理工大学,自动化系,上海,200237低压电器LOWVOLTAGEAPPARATUS2010，""（20次参考文献（6条1.冯煜珵.陈陈静止同步补偿器与传统静止无功补偿器的比较与分析[期刊论文]-华东电力2005（92.RAIAMBALK.CHELLAMUTHUCModelingandsimulationofgridconnectedwindelectricgeneratingsystem20023.BASUM.DASSP.DUBEYGKParallelconverterschemeforhigh-poweractivepowerfilters2004（44.HSUCY.WUHYAnewsingle-phaseactivepowerfilterwithfeducedenergy-storagecapacity1996（15.钱挺.吕征宇.胡进.黄植宏基于单周控制的有源滤波器双环控制策略[期刊论文]-中国电机工程学报2003（36.解大.张延迟.吴非.舒晓琼并联型电力有源滤波器的直流侧电压控制和补偿电流反馈控制[期刊论文]-电网技术2006（3相似文献（10条1.期刊论文丁洪发.段献忠.何仰赞.DINGHong-fa.DUANXian-zhong.HEYang-zan同步检测法的改进及其在三相不对称无功补偿中的应用-中国电机工程学报2000,20（6电力有源滤波器能动态补偿不对称三相电路中的谐波分量、不对称电流分量及无功电流分量,为此需快速、准确地检测出这些电流分量.该文对传统的电流同步检测法进行了改进,使其能实时检测出不对称三相电路中的谐波电流分量、不对称电流分量及无功电流分量之和,并将其用于三相不对称无功补偿.理论推导和数字仿真验证了该文思想的正确性.2.学位论文刘炳应用于不对称补偿的D-STATCOM2001随着信息技术的普及推广,电力用户对电能质量的要求日益提高,其中最基本的一条是电压的稳定,这和系统中的无功状况是紧密相连的.一系列动态无功补偿设备由此应运而生,其中,配网静止无功发生器（D-STATCOM就是一种很有前途的方案.但现有的D-STATCOM只能够进行对称的无功补偿,而不能进行负载或者电压的不对称补偿.该文即在三电平±10KvarD-STATCOM的基础上,对应用于不对称补偿D-STATCOM进行了研究.3.期刊论文舒泽亮.郭育华.连级三.SHUZe-liang.GUOYu-hua.LIANJi-san基于小波包多频带分解实现谐波抑制与无功补偿-中国电机工程学报2006,26（21提出一种子频带分解实现多通道有源滤波与无功补偿的新方法.该方法根据无功和谐波的频域分布特性,将补偿容量按频带分配到各子通道,不同通道采用不同功率模块予以补偿,避免了电力电子器件开关频率与功率等级的矛盾.该文讨论了小波包滤波器组算法实现多通道子带滤波方法的补偿原理,分析了循环缓存实现周期边界延拓方式在系统频率波动时的检测结果,并提出锁相环（PLL调整缓存深度的解决方案.仿真结果表明,该方法具有较好的动静态性能,同时能够补偿三相不对称的负载电流畸变分量,适合应用在大容量有源滤波与无功补偿的场合.4.学位论文刘晓芹三相不对称负载的平衡化补偿2004在电力系统中,普遍存在负载不对称问题.由不对称负载引起的三相不平衡严重影响供电质量.通过平衡化补偿,可以使负载三相平衡,同时提高功率因数.该文首先介绍了中性点接地方式,进而对不同中性点接地方式的系统进行不对称负载的平衡化补偿.中性点非有效接地系统的平衡化补偿主要补偿负序电流,根据斯坦门茨理论已经可以实现.可是该理论不适用于存在零序电流的中性点有效接地系统.有鉴于此,该文提出零序补偿网络,并推导出该网络的补偿电纳公式,并用对称分量法导出用负荷电流表示的数学关系式.该文推导出实现中性点有效接地系统平衡化补偿的补偿网络电纳与负荷电流的数学关系式,并提出采用TCR+FC型SVC实现对中性点有效接地系统的不对称负载的快速跟踪补偿.平衡化补偿分两步走,即:
零序补偿和负序补偿.按所推导的平衡化补偿网络电纳,实时调节TCR的触发角,从而实现平衡化补偿的目标:
三相负载电流对称,且三相功率因数均为1.在理论分析的基础上,对1000kVA变压器低压侧（380V进行了平衡化补偿器的方案论证.采用MATLAB语言进行了数字仿真,仿真结果证明了该补偿理论正确,切实可行.5.期刊论文舒泽亮.连级三.SHUZe-liang.LIANJi-san三相四线并联型无功补偿与有源滤波装置的研究-变流技术与电力牵引2008,""（1研究了三相四线并联型无功补偿与有源滤波装置的工作原理和控制方法,该装置利用同步旋转坐标变换方法分析系统电压和负载电流,生成实时指令电流,并控制电压源逆变器输出补偿电流,达到综合补偿电力系统的谐波、无功,并解决负载不对称运行等问题的目的.6.会议论文任军军.沈小明不对称负载无功补偿技术在道路照明供电系统的应用2009文章将分相检测、分相补偿、先共补、后分补，先粗补、后细补的不对称负荷无功补偿节能技术成功地应用于城市道路照明供电系统，有效地解决了路灯干线不对称负荷的无功补偿问题。
7.学位论文黄永冰基于DSP的无功补偿控制器的研究2008本文首先介绍了动态无功补偿技术及其在国内外研究开发和应用的情况,简要分析了用于不平衡系统的无功补偿补偿器的基本原理和工作特点。
在理想补偿网络的基础上,本文推导出用于SVC的两种补偿算法：
基于无FC参数的Hilbert瞬时
升级会员 