[發明專利]基于Ip?Iq理論諧波治理與無功補償的協調控制系統

在審

• 申請號: 201710813272.7
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107579522A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 姚建;周東濤;馬超松;尚慶棟;王磊;梁仕斌;趙煜;張恩壽
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司西雙版納供電局
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司53100
• 代理人: 陳左

技術領域

本發明涉及電能質量治理技術領域，尤其是一種基于Ip-Iq理論諧波治理與無功補償的協調控制系統。

背景技術

大量的電力電子產品應用到日常生活中，提高了人們的生活水平，但卻在電力系統中引入了大量的非線性負載，產生大量諧波，造成電網污染，影響設備正常運行；大量的無功電流在電源與負載之間流動，造成電網電能的消耗，降低功率因素。一方面，目前大部分的諧波與無功的治理都是采取分開治理的方法，導致硬件投入的增加，功能單一，另一方面，諧波與無功電流的檢測方法主要是基于傅里葉分析檢測諧波技術和基于瞬時無功理論檢測技術，傅里葉分析檢測諧波與無功理論檢測需要采樣一個周波電網數據，存在較大延時。

發明內容

鑒于無源補償裝置只能補償固定的某幾次諧波，而有源補償裝置則可以補償諧波的總量，有源諧波和無功補償裝置較無源補償裝置具有動態響應好的明顯優勢，本發明提出一種基于Ip-Iq理論諧波治理與無功補償的協調控制系統，能夠較好地實現諧波與無功的綜合治理，并且有利于提高控制裝置的利用率。

本發明所采用的技術方案如下：一種基于Ip-Iq理論諧波治理與無功補償的協調控制系統，其特征在于該系統包含采樣模塊、主控制模塊、驅動模塊和主電路模塊，所述采樣模塊輸入端與電網連接，輸出端與主控制模塊連接；所述主控制模塊的輸出端與所述驅動模塊連接，驅動模塊輸出端與主電路模塊輸入端連接，所述主電路模塊的輸出并網實現諧波治理與無功補償；

包含如下控制步驟：

(1)采樣模塊從電網采集三相電流信號，并對三相電流信號進行預處理，得到后續模塊允許的工作電壓幅值；

(2)經預處理的三相電流信號輸入到主控制模塊的數據輸入口并對輸入的三相電流信號進行處理；

(3)經主控制模塊內主控制芯片進行處理后，將采集到的三相電流信號模擬量轉換成數字量，并加載Ip-Iq算法，分別計算出諧波電流和無功電流；Ip-Iq算法計算諧波電流和無功電流具體步驟如下：1)含諧波分量的電網電流信號通過坐標變換模塊C₃₂，從三相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系中，在兩相旋轉坐標系中進行分解得到α軸電流和β軸電流；2)α軸電流和β軸電流經過低通濾波器模塊LPF，得到α軸電流和β軸電流的直流分量；3)α軸電流和β軸電流的直流分量經過坐標反變換模塊C₂₃，得到電網電流的基波分量；4)將基波分量和電網電流相減，得到電網電流的諧波分量，也即電流跟蹤控制電路的指令信號；5)令α軸電流的直流分量為0，α軸電流和β軸電流的直流分量經過坐標反變換模塊C₂₃，得到電網電流的無功分量；

(4)根據治理對象，計算補償指令電流值，具體計算方法如下：1)當補償對象為諧波時，補償指令電流等于檢測Ip-Iq算法計算出的諧波分量；2)當補償對象為無功時，補償指令電流等于Ip-Iq算法計算出的無功分量；3)當補償對象為諧波與無功時，補償指令電流值等于Ip-Iq計算出的諧波分量與無功分量平方的和的算術平方根；

(5)通過利用實際輸出的治理對象的補償指令電流值與計算出的治理對象的補償指令電流值二者進行比較，輸出的PWM信號控制主電路模塊的開關器件動作，實現補償諧波與無功；

(6)由于主控制模塊輸出的PWM信號的功率不足以驅動開關器件的導通和關斷，所以在主控制模塊與主電路模塊之間連接一驅動模塊，經驅動模塊實現放大功率。

所述的協同控制系統既實現無功補償，也進行諧波治理，根據電網的負荷情況自動設置其工作模式：只補償諧波、只補償無功或同時補償諧波與無功。

所述主控制模塊的主控芯片采用TI公司的C2000系列DSP芯片，模數轉換及Ip-Iq算法計算諧波、無功和補償指令電流通過該主控芯片完成。

所述驅動模塊由IR公司的三相全橋驅動芯片實現。

所述主電路模塊的功率器件采用的是英飛凌的IGBT，并由它和高壓大電容構成電壓型變流器，輸出端通過LCL濾波電路實現并網。

本發明的工作原理：電流互感器將從電網采集的大電流信號轉為微電流信號，通過采樣電阻轉為電壓信號，經預處理后輸出0-3V的正極性信號，滿足主控制模塊模數轉換口的電氣特性要求，并輸入到主控制芯片的模數轉換口；對采樣的電流信號進行模數轉換，輸出數字量，并加載Ip-Iq算法，計算出諧波電流與無功電流；計算補償指令電流；利用實際輸出的治理對象的補償指令電流值與計算出的治理對象的補償指令電流值二者進行比較，輸出控制開關器件動作的PWM信號。