[發明專利]靈活定制電能質量的三相有源濾波器參考電流生成方法

有效

• 申請號: 202110902353.0
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113595082B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 丁勇;茆美琴;張榴晨
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/26;H02J3/48;H02J3/50
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種靈活定制電能質量的三相有源濾波器參考電流生成方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1：利用采集獲得的并網點三相電壓及負荷電流，根據守恒功率理論將負荷電流進行分解，獲得分別反應不同負荷特性的各負荷電流分量，所述各負荷電流分量包括：平衡有功電流、平衡無功電流、不平衡有功電流、不平衡無功電流及空電流；

步驟2：根據所述負荷電流分量計算獲得原始電路各負荷特性對電能質量的影響因數作為未補償的原始電能質量指標，包括全局功率因數、無功性功率因數、不平衡性功率因數以及畸變功率因數；

步驟3：將期望電能質量指標與原始電能質量指標進行對比，計算獲得三相有源濾波器需注入的參考電流，并將所述參考電流下發給單臺有源濾波器或多臺有源濾波器用于后續控制；

在所述步驟1中按如下方式分解獲得各負荷電流分量：

步驟1.1：采集獲得擬實施電能質量治理的原始電路并網點處三相電壓v_A，v_B，v_C，以及負荷電流i_LA，i_LB，i_LC，根據式(1)計算獲得三相電壓同源積分變量

式(1)中，m＝A,B,C，是以m表示A，B，C三相；

為并網點m相電壓v_m的同源積分變量，∫v_m為并網點m相電壓v_m的積分變量；

為并網點m相電壓積分變量的平均值；

步驟1.2：根據式(2)和式(3)分別計算獲得原始電路有功功率P和原始電路無功能量W：

式(2)和式(3)中：

為并網點三相電壓向量，為并網點三相電壓同源積分向量，為負荷電流向量；

為原始電路瞬時有功功率平均值，∑P_m為原始電路各相有功功率之和；

表示計算并網點三相電壓向量及負荷電流向量的內積；

為原始電路瞬時無功能量平均值，∑W_m為原始電路各相無功能量之和；

表示計算并網點三相電壓同源積分向量及負荷電流向量的內積；

步驟1.3：利用式(4)、式(5)、式(6)和式(7)分別計算獲得：

原始電路負荷電流中的有功電流分量i_am和無功電流分量i_rm；

平衡有功電流分量和平衡無功電流分量

不平衡有功電流分量和不平衡無功電流分量以及空電流分量i_km；

其中：

P_m為m相有功功率，V_m為并網點m相電壓有效值，G_am為m相等效電導；

W_m為m相無功能量，為并網點m相電壓同源積分有效值，B_rm為m相等效無功性；V為并網點三相電壓的集合有效值，G^b為三相系統等效平衡電導；

為并網點三相電壓同源積分的集合有效值，B^b為三相系統等效平衡無功性；

在所述步驟2中按如下過程計算獲得各原始電能質量指標：

步驟2.1：

計算獲得原始電路有功功率P為：

計算獲得原始電路無功功率Q為：

計算獲得原始電路不平衡功率U為：U＝V×I^u；

計算獲得原始電路畸變功率D為：D＝V×I_k；

則，原始電路視在功率S為：

其中：

為原始電路負荷三相平衡有功電流集合有效值；

為原始電路負荷三相平衡無功電流集合有效值；

I^u為原始電路負荷三相不平衡電流集合有效值；

I_k為原始電路負荷三相空電流集合有效值；

步驟2.2：由式(8)、式(9)、式(10)和式(11)計算獲得原始電路的各電能質量指標，包括：

原始全局功率因數PF_tol，用于反映負荷非理想特性；

原始無功性功率因數PF_rea，用于反映負荷無功特性；

原始不平衡性功率因數PF_unb，用于反映負荷不平衡特性；

原始畸變功率因數PF_dis，用于反映負荷非線性特性；

其中：Ι_na為負荷電流中三相非平衡有功電流集合有效值。

2.根據權利要求書1所述的靈活定制電能質量的三相有源濾波器參考電流生成方法，其特征是：在所述步驟3中按各不同狀況分別計算獲得三相有源濾波器需注入的參考電流，所述各不同狀況分別為：

狀況一：全局功率因數定制；狀況二：無功性功率因數定制；

狀況三：不平衡性功率因數定制；狀況四：畸變功率因數定制；

針對狀況一，所述三相有源濾波器的參考電流生成按如下步驟進行：

步驟3.1.1：設定實施電能質量定制后的全局功率因數期望值為PF_{tol_new}；

步驟3.1.2：保持負荷三相平衡有功電流集合有效值不變，聯立原始全局功率因數PF_tol及全局功率因數期望值PF_{tol_new}如式(12)所示：

其中，Ι_{na_new}為電能質量定制后并網點三相非平衡有功電流集合有效值；

步驟3.1.3：在全局功率因數定制場合，將有源濾波器參考補償電流設置為式(13)所示的差值：

其中：i_na為原始負荷電流非平衡有功電流，i_{na_new}為補償后并網點電流非平衡有功電流；

步驟3.1.4：定義全補償系數TC為：TC＝i_{na_new}/i_na，根據式(12)和式(13)將全補償系數TC表征為式(14)：

根據式(13)和式(14)計算獲得狀況一條件下的有源濾波器參考補償電流如式(15)：

實現對原始電路的全局功率因數定制；

針對狀況二，所述三相有源濾波器的參考電流生成按如下步驟進行：

步驟3.2.1：設定實施電能質量定制后的無功性功率因數期望值為PF_{rea_new}；

步驟3.2.2：保持負荷三相平衡有功電流集合有效值不變，聯立原始無功性功率因數PF_rea及無功性功率因數期望值PF_{rea_new}如式(16)所示：

其中：為電能質量定制后并網點三相平衡無功電流集合有效值；

步驟3.2.3：在無功性功率因數定制場合，將有源濾波器參考補償電流設置為式(17)所示差值：

其中：為原始負荷電流平衡無功電流，為補償后并網點電流平衡無功電流；

步驟3.2.4：定義無功補償系數RC為：根據式(16)和式(17)將無功補償系數RC表征為式(18)：

根據式(17)和式(18)計算獲得狀況二條件下的有源濾波器參考補償電流如式(19)：

實現對原始電路的無功性功率因數定制；

針對狀況三，所述三相有源濾波器的參考電流生成按如下步驟進行：

步驟3.3.1：設定實施電能質量定制后的不平衡性功率因數期望值為PF_{unb_new}；

步驟3.3.2：保持負荷三相平衡有功電流集合有效值及三相平衡無功電流集合有效值不變，聯立原始不平衡性功率因數PF_unb及不平衡性功率因數期望值PF_{unb_new}如式(20)：

其中，為電能質量定制后并網點三相不平衡電流集合有效值；

步驟3.3.3：在不平衡性功率因數定制場合，有源濾波器參考補償電流設置式(21)所示差值：

其中，i^u為原始負荷電流不平衡電流，為補償后并網點電流不平衡電流；

步驟3.3.4：定義不平衡補償系數UC為：根據式(20)和式(21)將不平衡補償系數UC表征為式(22)：

根據式(21)和式(22)計算獲得狀況三條件下的有源濾波器參考補償電流如式(23)：

實現對原始電路的不平衡性功率因數定制；

針對狀況四，所述三相有源濾波器的參考電流生成按如下步驟進行：

步驟3.4.1：設定實施電能質量定制后的畸變功率因數期望值為PF_{dis_new}；

步驟3.4.2：保持負荷三相平衡有功電流集合有效值三相平衡無功電流集合有效值以及三相不平衡電流集合有效值I^u不變，聯立原始畸變功率因數PF_dis及畸變功率因數期望值PF_{dis_new}如式(24)：

其中，I_{k_new}為電能質量定制后并網點三相空電流集合有效值；

步驟3.4.3：在畸變功率因數定制場合，將有源濾波器參考補償電流設置為式(25)所示差值：

其中，i_k為原始負荷電流空電流，i_{k_new}為補償后并網點電流空電流；

步驟3.4.4：定義畸變補償系數DC為：DC＝i_{k_new}/i_k，根據式(24)和式(25)將畸變補償系數DC表征為式(26)：

根據式(25)和式(26)計算獲得狀況四條件下的有源濾波器參考補償電流如式(27)：

實現對原始電路的畸變功率因數定制。