ProSoft 6104-WA-PDPM模塊
ProSoft Technology 專(zhuān)業(yè)為大型自控產(chǎn)品供應(yīng)商，如 Rockwell Automation 和 Schneider 電氣等，開(kāi)發(fā)通訊解決方案。
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傳統(tǒng)的有源電力濾波器（APF）補(bǔ)償原理是，檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流與諧波電流大小相等、方向相反，以防止諧波電流流入電網(wǎng)，zui終得到期望的電源電流。由于這種諧波檢測(cè)方法在一個(gè)采樣周期需要進(jìn)行正反兩次變換，計(jì)算量較大，以致存在一定的延時(shí)，對(duì)畸變電流實(shí)時(shí)性的跟蹤補(bǔ)償能力不強(qiáng)，達(dá)不到較好的補(bǔ)償效果。
本文針對(duì)非線性負(fù)載提出直接功率控制（DPC）方法，該方法是基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論諧波檢測(cè)的改進(jìn)。在檢測(cè)環(huán)節(jié)中不需將諧波功率轉(zhuǎn)換為諧波參考電流，而直接將諧波功率作為參考功率信號(hào)，控制APF發(fā)出與參考諧波功率大小相等、方向相反的諧波有功功率和無(wú)功功率的PWM脈沖，抵消諧波功率，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)計(jì)算量，更好地提高補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)井場(chǎng)電網(wǎng)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)性能。
1 諧波產(chǎn)生及其危害
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。公用電網(wǎng)中的諧波源主要是各種電力電子裝置、變壓器、發(fā)電機(jī)、電弧爐等。
產(chǎn)生的諧波可使電機(jī)負(fù)荷加重,產(chǎn)生振蕩轉(zhuǎn)矩; 變壓器鐵芯磁滯伸縮產(chǎn)生震動(dòng)噪聲；通信設(shè)備造成干擾；繼電保護(hù)造成錯(cuò)誤動(dòng)作等不利影響，危及工作人員的安全和設(shè)備的工作壽命，故對(duì)電網(wǎng)的諧波治理十分必要。
2 DPC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
針對(duì)用電設(shè)備中主要諧波源對(duì)母線造成的諧波污染問(wèn)題，設(shè)計(jì)的DPC控制系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)將實(shí)時(shí)檢測(cè)母線三相電壓。與電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到瞬間有功功率 和瞬間無(wú)功功率，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到和，且得出電壓矢量 所處扇區(qū)的信號(hào)。和與參考有功功率給定值 和參考無(wú)功功率給定值 比較后輸入到功率滯環(huán)比較器，由直流電壓外環(huán)設(shè)定， 設(shè)為0實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)校正。功率滯環(huán)比較器輸出的功率偏離信號(hào) 和 通過(guò)開(kāi)關(guān)表的電壓空間矢量控制（SV PWM）驅(qū)動(dòng) ，的開(kāi)通與關(guān)斷。
圖1 DPC控制系統(tǒng)
2.1DPC諧波檢測(cè)方法
DPC控制系統(tǒng)采用瞬時(shí)無(wú)功理論的 法檢測(cè)諧波。該系統(tǒng)諧波檢測(cè)方法如圖2所示。三相電壓、電流型號(hào)經(jīng) 坐標(biāo)變換，實(shí)時(shí)計(jì)算瞬時(shí)有功功率 和無(wú)功功率 。該方法在計(jì)算 和 過(guò)程中，需用到與a相電網(wǎng)電壓 同相位的正弦型號(hào) 和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào) ，它們由鎖相環(huán)（PLL）可得到，經(jīng)過(guò)高通濾波器（HPF）之后將瞬時(shí)功率的直流分量 和 濾除，剩余量為基波電壓和諧波電流產(chǎn)生成的諧波有功功率 和無(wú)功功率 。其中 和 分為坐標(biāo)軸變換和旋轉(zhuǎn)變換，即
和 由公式（1），（2）求得：
2.2功率滯環(huán)比較器
基于坐標(biāo)變換，瞬間有功功率 和瞬間無(wú)功 為正時(shí)向電網(wǎng)吸收能量，為負(fù)時(shí)向電網(wǎng)反饋能量。功率滯環(huán)比較器的輸入信號(hào)為 和 ，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)為 和 。滯環(huán)比較器帶寬圖如3 所示，帶寬 和 的選取直接影響平均開(kāi)關(guān)頻率和瞬時(shí)功率的跟蹤能力，即當(dāng)和增大時(shí)，變流器的開(kāi)關(guān)頻率降低，諧波含量（THD）增加，功率跟蹤能力下降。反之，當(dāng) 和 減小時(shí)，變流器的開(kāi)關(guān)頻率加大，開(kāi)關(guān)器件損耗增加，諧波含量（THD）同時(shí)也增加。故需折中考慮工況，帶寬一般為功率的5%。
