ProSoft 6104-WA-PDPM模塊
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ProSoft Technology 專業(yè)為大型自控產(chǎn)品供應(yīng)商,如 Rockwell Automation 和 Schneider 電氣等,開發(fā)通訊解決方案。
傳統(tǒng)的有源電力濾波器(APF)補(bǔ)償原理是,檢測補(bǔ)償對象的電壓和電流,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,該信號經(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。由于這種諧波檢測方法在一個采樣周期需要進(jìn)行正反兩次變換,計(jì)算量較大,以致存在一定的延時,對畸變電流實(shí)時性的跟蹤補(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,該方法是基于瞬時無功功率理論諧波檢測的改進(jìn)。在檢測環(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,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功功率的PWM脈沖,抵消諧波功率,簡化了數(shù)據(jù)計(jì)算量,更好地提高補(bǔ)償系統(tǒng)對井場電網(wǎng)諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)膭討B(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,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)生震動噪聲;通信設(shè)備造成干擾;繼電保護(hù)造成錯誤動作等不利影響,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)
針對用電設(shè)備中主要諧波源對母線造成的諧波污染問題,設(shè)計(jì)的DPC控制系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)將實(shí)時檢測母線三相電壓。與電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算,得到瞬間有功功率 和瞬間無功功率,并通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到和,且得出電壓矢量 所處扇區(qū)的信號。和與參考有功功率給定值 和參考無功功率給定值 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 和 通過開關(guān)表的電壓空間矢量控制(SV PWM)驅(qū)動 ,的開通與關(guān)斷。
圖1 DPC控制系統(tǒng)
2.1DPC諧波檢測方法
DPC控制系統(tǒng)采用瞬時無功理論的 法檢測諧波。該系統(tǒng)諧波檢測方法如圖2所示。三相電壓、電流型號經(jīng) 坐標(biāo)變換,實(shí)時計(jì)算瞬時有功功率 和無功功率 。該方法在計(jì)算 和 過程中,需用到與a相電網(wǎng)電壓 同相位的正弦型號 和對應(yīng)的余弦信號 ,它們由鎖相環(huán)(PLL)可得到,經(jīng)過高通濾波器(HPF)之后將瞬時功率的直流分量 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 和瞬間無功 為正時向電網(wǎng)吸收能量,為負(fù)時向電網(wǎng)反饋能量。功率滯環(huán)比較器的輸入信號為 和 ,輸出開關(guān)信號為 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關(guān)頻率和瞬時功率的跟蹤能力,即當(dāng)和增大時,變流器的開關(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,變流器的開關(guān)頻率加大,開關(guān)器件損耗增加,諧波含量(THD)同時也增加。故需折中考慮工況,帶寬一般為功率的5%。