一种配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法，由数据采集系统采集的实时数据进行计算处理；提出采集的电流数据中的基波分量；由采集的电流算出补偿的参考电流；计算各电压电流量的有效值和平均值；基于电流参考值和实际测量值计算下一个控制周期的各相ＰＷＭ占空比，在无差拍的基础上加入了补偿系数和死区控制；将有效值、平均值、软故障信息通过双口ＲＡＭ传递给定点数字处理器。本发明专利技术性能良好，动态响应迅速，能有效减小发出电流的毛刺和过零点的畸变，并抑制了开关频率附近的谐波，大大减少了开关频率附近的高次谐波，不受系统参数的影响，精确提取出指令电流；各个部分模块化设计，结构清晰，便于跟踪维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新的配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法，具体说是基于改进的Deadbeat(无差拍)算法的PWM(脉宽调制)控制方法，其控制系统由高性能数字信号处理器(DSP)实现。
技术介绍
随着电力电子技术的飞速发展，电网中增加了大量的非线性负载，尤其是大容量变流设备的广泛使用，导致大量谐波注入电网，使电网电压和电流波形发生畸变，电能质量日益下降。谐波已成为电网的一大公害。为了抑制电网谐波，传统方法采用无源滤波器。这种方法具有结构简单、设备投资低、运行可靠性高和维护方便等优点，但也存在许多缺陷，如只能消除特定次谐波、存在与电网发生谐振的可能、滤波特性受系统参数的影响比较大、消耗大等。目前，阻碍有源滤波器发展的关键技术有两点：电流检测方法和补偿电流的产生。电流检测的方法主要有：(1)基于频域运算的方法。用带通滤波器首先分离出负载电流中的基波分量和谐波分量，然后再使用电路理论中的计算方法将基波电流分解为基波有功分量和基波无功分量。该方法能自动跟踪电网频域的波动而自适应地提取基波分量，但仍存在较大延迟、实时性差、补偿效果不好等缺陷。(2)瞬时空间矢量法。该方法包括p-q法，ip-iq法以及d-p法等。其中p-q法最早应用，仅适用于对称且无畸变的电网；而ip-iq法既对电网电压畸变有效，而且也适用于不对称三相电网；d-p法不仅简化了对称无畸变下的指令电流运算，而且也适用于不对称、有畸变的电网。(3)基于现代控制理论的检测方法。最早应用的有基于P-I控制器的方法。因P-I控制器的特性不能适应负载及电网的变化，因此后来又提出了滑模控制及模糊控制等现代控制方法。它们都是直接根据逆变器直流侧的电压或电流，求出所需电网电流的基波有功分量幅值，然后计算出所需补偿电流的值。(4)自适应检测法和基于神经网络控制法等新检测方法。补偿电流的产生通常采用基于PWM的电压源逆变器，其电流控制方法主要有以下几种：(1)三角载波线性控制。它以指令电流与实际补偿电流之间的差值作为调制信号，与高频三角载波相比较，从而得到逆变器开关器件所需要的控制信号。其优点是动态响应好，开关频率固定，电路简单，缺点是开关损耗较大，且输出波形中含有载波频率及其谐波频率的高频畸变分量。(2)滞环比较控制。它是将指令电流值与逆变器实际电流输出值之差输入到具有滞环特性的比较器，通过比较器的输出来控制开关的开合，从而达到逆变器输出值-->实时跟踪指令电流值。与三角载波线性控制相比，滞环比较控制具有开关损耗小，动态响应快等特点。缺点是系统的开关频率、响应速度及电流的跟踪精度会受滞环带宽影响。带宽固定时，开关频率会随补偿电流变化而变化，从而引起较大的脉动电流和开关噪声。(3)无差拍控制。这是一种全数字化的控制技术，它利用前一时刻的指令电流和实际补偿电流值，根据空间矢量理论计算出逆变器下一时刻应满足的开关模式。优点是动态响应很快，易于计算机执行，缺点是计算量大，且对系统参数依赖性较大。以上控制方法中，基于模拟控制技术的三角载波线性控制法和滞环比较控制法是目前有源电力滤波器普遍采用的方法，可以通过多重化技术、自适应滞环等改进措施来克服固有的缺陷，提高其使用效率。基于全数字化控制技术的无差拍控制法随着数字信号处理器(DSP)运算速度的不断提高，也将在有源电力滤波器中得到广泛的应用。近年来，一些学者又提出了基于内模控制、滑模控制及神经网络控制等的非线性控制方法应用于补偿电流产生的方案。这些非线性控制具有良好的应用前景，但在各种负载条件下的补偿特性尚需进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术中有源滤波控制方法不完善、检测电流不精确、补偿电流跟踪不够迅速、补偿效果不理想的缺陷，提出一种简单易行、安全可靠的配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法。本专利技术的技术方案是依序采用如下步骤：(1)由数据采集系统采集的实时数据进行计算处理；(2)从双口RAM中读取来自控制芯片的控制参数，读取实时原始数据，并把计算出来的占空比数据送到双口RAM上；(3)将步骤(1)经计算的实时数据和步骤(2)的占空比数据进行预计算；(4)提出采集的电流数据中的基波分量；(5)由采集的电流算出补偿的参考电流；(6)计算各电压电流量的有效值和平均值；(7)由步骤(5)计算出的参考电流和装置允许发出的最大无功电流比较，如果超出额定容量则在无差拍算法中限制在额定容量输出；(8)由步骤(5)计算出的参考电流和装置允许发出的最大电流比较，如果超出额定容量则在无差拍算法中限制在额定容量输出；(9)根据步骤(6)，(7)，(8)的结果，基于电流参考值和实际测量值计算下一个控制周期的各相PWM占空比，在无差拍的基础上加入了补偿系数和死区控制；-->(10)根据步骤(6)的结果判断各项参数是否正常，故障判断结果送入双口RAM到控制芯片；(11)根据步骤(6)的结果判断直流母线电压是否正常，故障判断结果送入双口RAM到控制芯片；(12)将有效值、平均值、软故障信息通过双口RAM传递给定点数字处理器。本专利技术的有益效果是：1、利用瞬时无功方法检测电流和改进的无差拍算法，且加入了预测系数和死区控制，性能良好，动态响应迅速，能有效减小发出电流的毛刺和过零点的畸变，并抑制了开关频率附近的谐波，大大减少了开关频率附近的高次谐波，不受系统参数的影响，精确提取出指令电流。2、各个部分模块化设计，结构清晰，便于跟踪维护。附图说明图1是本专利技术各个模块的工作流程图；图2是图1中数据计算的程序框图；图3是图1中双口RAM数据读写的程序框图；图4是图1中预计算的程序框图；图5是图1中数字滤波程序的程序框图；图6是图1中参考电流计算的程序框图；图7是图1中有效值和平均值的计算的程序框图；图8是图1中无功电流判断的程序框图；图9是图1中最大电流判断的程序框图；图10是图1中改进的无差拍PWM计算的程序框图；图11是图1中故障判断的程序框图；图12是图1中直流母线电压判断的程序框图；图13是图1中信息传递的程序框图；图14是未加入死区控制时有源滤波器所发纯无功时的电流波形；图15是加入死区控制时有源滤波器所发纯无功时的电流波形；图16为瞬时无功理论计算指令电路示意图。具体实施方式本专利技术的整个算法在浮点数字处理器VC33上实现，工作流程见图1。主程序模块化设计包括：数据计算、双口RAM数据读写、预计算、数字滤波程序、参考电流计算、改进的-->无差拍PWM计算、有效值和平均值的计算、无功电流判断、最大电流判断、故障判断、直流母线电压判断、信息传递等12个模块。各个模块具体的算法流程如图2-13所示。其中各部分模块的具体实现方式如下：(1)数据计算主要是将由数据采集系统采集的实时数据进行计算处理。包括系统线电压uab和ubc、系统电流ias、ibs、ics、装置输出电流iac、ibc、icc、直流母线电压udc等等，这些计算好的数据用作下面模块的输入数据。如图2，首先，计算AD信号调整系数。AD信号调整系数换算公式：X＝ad_data/K/1048576其中，X：物理量实际值；K：信号调理通道综合系数，实际上是原始实际数据经过传感器和电阻变换后的比例系数；ad_data：DSPa模数转换的数字结果*1048576(因为2407A里将采样结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法，其特征是依序采用如下步骤：　（１）由数据采集系统采集的实时数据进行计算处理；　（２）从双口ＲＡＭ中读取来自控制芯片的控制参数，读取实时原始数据，并把计算出来的占空比数据送到双口ＲＡＭ上； 　（３）将步骤（１）经计算的实时数据和步骤（２）的占空比数据进行预计算；　（４）数字滤波，提出采集的电流数据中的基波分量；　（５）由采集的电流算出补偿的参考电流；　（６）计算各电压电流量的有效值和平均值；　（７ ）由步骤（５）计算出的参考电流和装置允许发出的最大无功电流比较，如果超出额定容量则在无差拍算法中限制在额定容量输出；　（８）由步骤（５）计算出的参考电流和装置允许发出的最大电流比较，如果超出额定容量则在无差拍算法中限制在额定容量输出； 　（９）根据步骤（６）、（７）、（８）的结果，基于电流参考值和实际测量值计算下一个控制周期的各相ＰＷＭ占空比，在无差拍的基础上加入补偿系数和死区控制；　（１０）根据步骤（６）的结果判断各项参数是否正常，将故障判断结果送入双口ＲＡ Ｍ到控制芯片；　（１１）根据步骤（６）的结果判断直流母线电压是否正常，将故障判断结果送入双口ＲＡＭ到控制芯片；　（１２）将有效值、平均值、软故障信息通过双口ＲＡＭ传递给定点数字处理器。...

【技术特征摘要】
1、一种配电网有源滤波静止无功补偿的控制方法，其特征是依序采用如下步骤：(1)由数据采集系统采集的实时数据进行计算处理；(2)从双口RAM中读取来自控制芯片的控制参数，读取实时原始数据，并把计算出来的占空比数据送到双口RAM上；(3)将步骤(1)经计算的实时数据和步骤(2)的占空比数据进行预计算；(4)数字滤波，提出采集的电流数据中的基波分量；(5)由采集的电流算出补偿的参考电流；(6)计算各电压电流量的有效值和平均值；(7)由步骤(5)计算出的参考电流和装置允许发出的最大无功电流比较，如果超出额定容量则在无差拍算法中限制在额定...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国伟，姜筱锋，
申请(专利权)人：镇江中茂电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]