基于電壓參量的新型諧波補(bǔ)償策略研究

范建兵，樊飛強(qiáng)2，董昱廷，閔令民

(1.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830000; 2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司哈密電力公司，新疆 哈密 839000)

1 引言

配電網(wǎng)中非線性電力電子器件比重增大，給人們的生活帶來(lái)方便，但同時(shí)導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波含量增多[1-3]。目前普遍采用有源濾波器來(lái)補(bǔ)償諧波，但因算法的原因造成檢測(cè)精度和檢測(cè)速度相矛盾，為解決這一問(wèn)題，本文提出一種改進(jìn)的基于諧波電壓的檢測(cè)算法，并結(jié)合仿真驗(yàn)證算法的有效性[4]。

2 有源濾波器諧波補(bǔ)償策略

諧波補(bǔ)償?shù)脑砣鐖D1(a)所示，將總電流分為基波電流I1和諧波電流Ih。采樣信號(hào)取自總電流Is，其中：

Is=I1+Ih

(1)

(2)

根據(jù)檢測(cè)出的Ih控制APF發(fā)出與之反相的補(bǔ)償電流[5-7]。

通常APF的參考電流IL,h采樣自IL(如圖1(a)所示)。通過(guò)算法運(yùn)算后控制補(bǔ)償裝置輸出補(bǔ)償電流IF[8]。具體原理如圖2所示。

圖1 APF工作原理

濾波器輸出的補(bǔ)償電流值是：

(3)

圖2 傳統(tǒng)APF控制策略

本文采用一種從電壓采集信號(hào)的方法，通過(guò)諧波電壓來(lái)控制補(bǔ)償裝置的輸出值。再通過(guò)靜止坐標(biāo)下的廣義積分產(chǎn)生參考電流IF*。圖1(c)給出過(guò)程[9]。

具體環(huán)節(jié)如圖3所示，包含三部分：諧波檢測(cè)、諧波控制器(SGI)、鎖相環(huán)裝置(SRF-PLL)[10]。

圖3 采樣自電壓的諧波補(bǔ)償?shù)目刂撇呗詧D

3 采樣自電壓的諧波補(bǔ)償策略

文獻(xiàn)[10]給出一種分離各次諧波電壓的方法，如圖4(a)所示，通過(guò)這一結(jié)構(gòu)將輸入電壓的各次諧波分離。再通過(guò)使用靜止坐標(biāo)系下的克拉克變換形成一個(gè)正交的兩相α-β系統(tǒng)(如圖4(b))。式(6)～(8)給出不同頻率參量值，k代表頻次：

(6)

濾波器的傳遞函數(shù)和輸入信號(hào)分別是：

其中：

(7)

(8)

圖4 傳遞函數(shù)和復(fù)系數(shù)濾波器組成

改變PI控制器的參數(shù)以對(duì)應(yīng)不同頻次諧波，組合到一起構(gòu)成諧波控制器。式(9)給出了對(duì)應(yīng)k次諧波的傳遞函數(shù)：

(9)

對(duì)圖4中輸出的采樣電壓作為圖5的輸入信號(hào)，通過(guò)積分運(yùn)算后得到補(bǔ)償電流參考值IF*：

(10)

其中Kp和Ki是比例積分增益系數(shù)，Uh，x是所選擇的諧波電壓。

在克拉克坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)上由復(fù)系數(shù)諧波檢測(cè)器計(jì)算諧波電壓，SGI控制器的運(yùn)算量變得非常少，同時(shí)將耦合的各次諧波分離計(jì)算出各自的補(bǔ)償參量，極大的提升了補(bǔ)償?shù)木取?/p>

圖5 靜止坐標(biāo)系下的廣義積分器

表1 不同頻次的控制器參數(shù)值

圖6 模擬測(cè)試系統(tǒng)

圖6中，通過(guò)模擬配電網(wǎng)環(huán)境來(lái)進(jìn)行測(cè)試。考慮補(bǔ)償?shù)恼w效果，將補(bǔ)償裝置接到母線2上，同時(shí)各母線并聯(lián)諧波負(fù)載產(chǎn)生諧波。

4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

通過(guò)MATLAB 中SimPower Systems Tool box來(lái)模擬測(cè)試環(huán)境。為了形成對(duì)比，檢測(cè)補(bǔ)償前后各段的諧波含有率THDu，如表3所示。圖7給出了電網(wǎng)的總電流及補(bǔ)償電流值，可以看出補(bǔ)償裝置僅有0.1s的延時(shí)，補(bǔ)償電流注入后，諧波明顯減少。

圖8所示為各頻次諧波分離的結(jié)果。本檢測(cè)方法可有效分離各頻次的諧波電壓。

圖9所示頻譜圖說(shuō)明了本文所提出的補(bǔ)償策略的補(bǔ)償效果，補(bǔ)償裝置安裝處母線2的諧波幾乎被完全補(bǔ)償。并給出母線1和母線3補(bǔ)償前后的諧波含量對(duì)比值，說(shuō)明本文提出的諧波補(bǔ)償策略補(bǔ)償效果明顯。

表3 諧波含量對(duì)比

圖7

圖8 不同頻次諧波分離結(jié)果

5 結(jié)論

本文采用一種新型諧波補(bǔ)償方法，濾波器采樣自諧波電壓，對(duì)電壓諧波分離后輸入到新型的積分器中，通過(guò)對(duì)其積分生成補(bǔ)償電流信號(hào)。當(dāng)電網(wǎng)處于暫態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)仍能準(zhǔn)確檢測(cè)諧波電壓，為控制濾波器提供準(zhǔn)確參考值。應(yīng)用于靜止坐標(biāo)系下的新型積分器運(yùn)算簡(jiǎn)單，極大的提升檢測(cè)效率。最后，通過(guò)仿真模型驗(yàn)證了這一方法的正確性。補(bǔ)償后諧波含量明顯降低。

圖9 測(cè)量點(diǎn)的諧波含量