利用分散式发电无功补偿装置进行谐波抑制的方法

摘要

本发明属于电力系统自动控制技术领域，特别涉及一种有谐波抑制功能的分散式风电无功补偿装置及方法。本发明包括A-T混合无功补偿单元，集中控制单元和电源模块。A-T混合无功补偿单元包括晶闸管控制电抗器组（TCR）、有源电力滤波器（APF）和无源滤波器组。晶闸管控制电抗器组接入无源滤波器组和电网主干线之间的补偿接入点，有源电力滤波器和无源滤波器组串联构成混合有源滤波器，集中控制单元输出脉宽调制信号和触发脉冲信号分别触发APF晶体管和晶闸管控制电抗器组中的晶闸管。本发明有效抑制无源滤波器与电网发生谐振，使谐波补偿精度更高，系统响应更快，提高了无功补偿的安全性，经济实用。

主权项

利用分散式发电无功补偿装置进行谐波抑制的方法，其特征在于：具体按如下步骤进行：步骤一：采样模块采集分散式发电系统的三相电压瞬时值u_a，u_b，u_c，三相电流瞬时值i_a，i_b，i_c；步骤二：晶闸管控制角的计算：首先采用锁相技术进行三相交流电信号的检测，包括电压、电流和频率；然后根据三相补偿电纳和电压电流采样值的数学模型进行晶闸管控制角的运算，再输出晶闸管控制角，在之后回馈部分中，光电转换电路实现晶闸管触发信号的输出和状态回报信号的接收；步骤三：生成触发脉冲：首先系统电压进行过零检测，累加器设置为上升沿复位，这样过零检测的电压上升沿脉冲则可以是累加器复位，累加到下一次上升的时候形成一个锯齿波，将DSP所计算出来的晶闸管触发角度与此锯齿波进行比较，当晶闸管的触发角度大于累加器的累加值时触发一个上升沿脉冲直到累加器复位，这样就得到一个宽幅脉冲；由于得到的脉冲过宽，所以采用同样的方式对所得到宽频脉冲与二次累加器进行比较，则可以得到一个足以触发晶闸管的窄脉冲信号；步骤四：控制无功补偿器晶闸管和有源电力滤波器晶体管的通断，对分散式发电系统进行无功补偿和谐波抑制；其中，无源滤波器组由三组LC并联支路组成，每个支路由三组串联的LC支路并联组成，每组支路再串联一个滤波电容，安装在有源滤波器的输出接点处；所述的三相交流电的检测，具体按如下步骤进行：步骤一：首先令电网电压为：$\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sqrt{2}{E}_{1n}\sin \left(n\omega t\right)+\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sqrt{2}{E}_{2n}\sin (n\omega t+{\theta }_{2n})\\ \underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sqrt{2}{E}_{1n}\sin (n\omega t-\frac{2\pi }{3})+\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sqrt{2}{E}_{2n}\sin (n\omega t+\frac{2\pi }{3}+{\theta }_{2n})\\ \underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sqrt{2}{E}_{1n}\sin (n\omega t+\frac{2\pi }{3})+\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sqrt{2}{E}_{2n}\sin (n\omega t-\frac{2\pi }{3}+{\theta }_{2n})\end{array}\right]$式中u_a，u_b，u_c为三相电压瞬时值，E_1n代表正序电压有效值，E_2n代表负序电压有效值，ω为角频率，θ_2n为负序初相角；步骤二：对上式中三相电压进行abc三相到α‑β两相坐标的变换可得如下：$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }\\ u_{\beta }\end{array}\right]=c_{32}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\sqrt{3}{E}_{1n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sin \left(n\omega t\right)+\sqrt{3}{E}_{2n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sin (n\omega t+{\theta }_{2n})\\ -\sqrt{3}{E}_{1n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}cos\left(n\omega t\right)+\sqrt{3}{E}_{2n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}cos(n\omega t+{\theta }_{2n})\end{array}\right]$u_α和u_β为α‑β坐标下对应的两相电压值，c₃₂为从abc三相到α‑β两相的转换矩阵；步骤三：由上式和矩阵c_sc得到以下矩阵：$\left[\begin{array}{c}{u}_s\\ u_c\end{array}\right]=c_{sc}\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha }\\ u_{\beta }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\sqrt{3}{E}_{1n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}cos[(n-1)\omega t-\theta ]-\sqrt{3}{E}_{2n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}cos[(n+1)\omega t+{\theta }_{2n}-\theta ]\\ -\sqrt{3}{E}_{1n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}\sin [(n-1)\omega t-\theta ]-\sqrt{3}{E}_{2n}\underset{n=1}{\overset{\infty }{\Sigma }}cos[(n+1)\omega t+{\theta }_{2n}-\theta ]\end{array}\right]$上式中：$c_{sc}=\left[\begin{array}{cc}sin(\omega t+\theta )& -cos(\omega t+\theta )\\ -cos(\omega t+\theta )& -sin(\omega t+\theta )\end{array}\right]$sin(ωt+θ)和cos(ωt+θ)是由标准正弦工频信号发生器产生的信号，θ为任意初相角；步骤四：从上式中提取直流分量，可以得到以下：$\left[\begin{array}{c}{E}_s\\ E_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\sqrt{3}{E}_{11}cos(-\theta )\\ -\sqrt{3}{E}_{11}\sin (-\theta )\end{array}\right]$则变换后的电压为：$\left[\begin{array}{c}{u}_{sf}\\ u_{cf}\end{array}\right]={c_{sc}}^{-1}\left[\begin{array}{c}{E}_s\\ E_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\sqrt{3}{E}_{11}sin\omega t\\ -\sqrt{3}{E}_{11}cos\omega t\end{array}\right]$E_s,E_c为提取的直流分量，c_sc^‑1为转换矩阵的逆矩阵，u_sf，u_cf为转换后的两相电压值；步骤五：由变换后相电压u_sf，u_cf和电流i_α，i_β计算p，q分量，计算公式如下：$\left[\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_{sf}& u_{cf}\\ u_{cf}& -u_{sf}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\alpha }\\ i_{\beta }\end{array}\right]$步骤六：计算检测电流：p分量经过神经网络滤波算法后得到相应的交流分量，q分量经过反相算法处理后得到相应的负直流分量，再经过转换得到α‑β两相检测电流，具体公式如下：$\left[\begin{array}{c}{i}_{\alpha }\\ i_{\beta }\end{array}\right]=\frac{1}{{u_{sf}}^2+{u_{cf}}^2}\left[\begin{array}{cc}{u}_{sf}& u_{cf}\\ u_{cf}& -u_{sf}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}-\tilde{p}\\ -q\end{array}\right]$为p分量对应的交流分量，由i_α和i_β经过转换矩阵即可得到瞬时无功检测电流i_a，i_b，i_c，具体公式如下：$\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\\ -\frac{1}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\alpha }\\ i_{\beta }\end{array}\right]$步骤七：根据所检测电流计算晶闸管的触发角α；晶闸管正常运行时，系统中基波电流为：$I_1=\sqrt{2}\frac{(\pi -\alpha )+sin\alpha cos\alpha }{{\mathrm{\pi X}}_L}{U}_m$基波电流I的下标1表示一次谐波，即为基波；X_L是电抗，X_L＝ωL；U_m是电压峰值；由此即可算得触发角度。