安科瑞电网中三相谐波、负载不平衡及无功电流复合攻略.pdf

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1、智能配电网中三相APF-STATCOM谐波、不平衡负载及无功电流复合控制策略袁燕江苏安科瑞电器制造有限公司摘要:基于电能质量复合控制思想，针对智能配电网中谐波电流、负载不平衡、功率因数较低问题，给出一种谐波、负序及无功电流复合补偿策略，并给出关键参数设计方法。相关APF-STATCOM仿真、实验验证及产品现场运行实测结果验证了复合控制思想及补偿策略正确性及可行性。关键词:智能配电网；有源电力滤波器;静止同步补偿器；不平衡负载近年来，出于节能环保的考虑，配电网终端供电系统中电力电子变换装置应用越来越广泛，如照明、办公、空调、电梯等相关供电系统，但这类非线性电能

2、变换装置在改善用户端电能质量同时，往往诱发配电网侧谐波及无功电流问题，线损、中线及变压器过热、电表计量不准，甚至保护误动作等现象时有发生。传统无源滤波及投切电容器补偿尽管能够解决上述问题，且成本较低，但无法实时连续调节，存在过补偿、无功倒送甚至诱发配电网谐振可能性[1-3]。为保障智能配电网终端用户高品质定制电力供应，随着瞬时功率理论及电力电子器件的发展，取代无源滤波及电容器无功补偿装置，其主电路拓扑结构及设计、谐波电流检测、补偿方法、控制及调制策略，以及启动特性均是业界研究及工业应用的持续热点话题[2-6]。由于如今智能配电网中电能质量问题已经不再是一个单

3、一的问题，而是一个非常复杂的系统问题。如图1所示，某公用设施配电系统中同时存在谐波电流、负载不平衡及功率因数较低等问题。电能质量复合控制技术逐渐被学术界及工业界提上研究日程[7-8]。图1实际配电网电能质量问题Fig.1Powerqualityissueinarealdistributedgrid本文研究了智能配电网环境下，同时面对时变谐波电流、不平衡负载及无功问题，给出一种谐波、负序和无功电流复合补偿策略，及其关键参数设计方法。相关仿真、实验验证及产品现场运行实测结果验证了该控制策略的正确性及可行性。APF-STATCOM电路结构及工作机理图2并联APF-

4、STATCOM框图Fig.2AnAPF-STATCOMdiagram如图2所示，该并联APF-STATCOM采用两电平三相四桥臂电压源逆变器拓扑，其中前三桥臂实现谐波及无功补偿，第四桥臂独立用于控制中线电流。这是由于三相四线制系统中，当负载不平衡时，中线往往流过较大零序电流，其不同于三相三线制系统。因此，增加与前三桥臂解耦控制的第四桥臂提供零序电流通路。此时APF-STATCOM产生一个与负载电流iL,abc中谐波、基波负序和零序分量之和相反的补偿电流iC,abc，使得电源电流iS,abc仅提供负载电流基波正序分量，确保源输出对称三相电流并提高功率因数。其中

5、中线电流分离检测、锁相环、谐波电流检测、直流电压控制、电流控制及PWM调制是实现高性能APF-STATCOM的关键。锁相环、直流电压控制等与三相三线制系统相同，在此不作详细介绍。关键问题分析1.第四桥臂中线电流分离检测及控制考虑到不平衡的三相四线制电路中的负载电流iL,abc所包含的零序分量iN相等，均为(1)如图2所示，此时中线电流采样值iN，与中线零序电流分量补偿指令iNref一并作为第四桥臂电流控制器输入，通过PI调节器得到调制信号获得第四桥臂开关信号。同时有，(2)(3)(4)式中，仅含正序分量及负序分量，便于后续采用三相三线系统中ip-iq谐波电流

6、检测算法。2.谐波电流检测图3?用d-q变换检测谐波的原理图Fig.3Theschematicdiagramoftheharmonicsdetectingmethodbasedond-qrotatingcoordinationtransformation传统基于p-q瞬时无功功率理论检测谐波电流方法受电压畸变及不对称影响较大，实际场合并不适用[9]。实际场合多采用加入锁相环PLL电路的ip-iq瞬时无功功率理论检测方法，具体如图3所示，相关变换为(5)(6)提取不含零序分量的电流，通过Park变换,将基波分量在d-q-0坐标中变换到0Hz处(或先经变换再经d

7、q变换亦可)，用低通滤波器提取基波正序分量即可[5]。图2中直流电压调节器输出值生成部分有功电流指令，用于稳定直流母线电压并补偿功率损耗部分。若为提高功率因数，可以同时补偿无功电流，此时基波负序无功电流指令值设定为0。最后用负载电流减去基波电流正序分量，即可得到补偿负载电流中谐波分量和因负载不平衡导致的电流负序分量、零序分量的指令电流量以及无功电流正序分量的指令电流，实现APF-STATCOM功能。3.电流PR谐振控制器设计由于APF-STATCOM跟踪的电流指令是多种频率正弦量的叠加信号，传统SPWM调制采用PI控制必定存在稳态误差和相位偏移，补偿效果不佳

8、，往往采用电流滞环调制，但变频调制不可避免带来滤波器