电力电源日之阴夕谐波抑制与无功补偿装置控制技术的进展王永民代勤芳景有泉重庆通信学院重庆昭摘飞呢戈要随着电力电子装置的日益普及和大量应用电力电子装置产生的谐波已成为电网的主要谐波污染源其无功问题也很严重因此如何消除谐波污染并提高功率因数已成为现代电力系统中的一个重大课题有源电力滤波器静止无功发生器等作为新一代的谐波抑制与无功补偿装置其控制系统相当复杂通常可划分为信号检测稳定控制和底层驱动控制三大部分结合现有的各种控制及检测方法对这三部分进行了较为全面的分析并在此基础上对其发展趋势进行论讨叙词控制本文检测驱动谐波抑制无功补偿,叽中图分类号〕文献标识码〕文章编号引言高压大功率电力半导体器件的不断更新和发展功率变换技术的日臻完善极大地推动了电力电子技术在电力系统中的应用因数很低也给电网带来额外负担并影响供电质量因此消除谐波污染并提高功率因数已成为电力电子技术中的一个重大课题有源电力滤波器静止无功发生器等因期具有反应及时连续可调动态跟踪补偿等优越性能已投人实际应用成为一种新型的谐波抑制与无功功率补偿装置和电路却基本相同自世纪元年代末美国学者提出柔性的概交流输电系统念以来大量的尽管名称不同功能不一但其工作原理及主装置先后出现从电能的产生传输储作为增强电网运行控制的非线性极强的电力存直至变换和控制的各个环节己有许多独特的应用实例这对电子装置其控制系统是相当复杂的目前针对这一方面的研增强电力系统运行的稳定性和安全性提高输电能力和用电效究颇多发展较快因此本文介绍现有的各种控制检测及实率节能及改善电能质量等方面将发挥越来越重要的作用现方法和新技术并对其发展趋势进行论讨文中将和然而电力电子装置为人们带来巨大利益的同时也导致了电网中日益严重的谐波污染的控制系统分为信号检测稳定控制和底层驱动控制图三个相对独立的部分分别予以综述另外许多电力电子装置的功率加匕翻一丫油© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net电力…电】滋日州阴主电路电力电子开关关制规律与工作点无关而且可从理论上保证全局稳定性期望输鱼指定参考信号拧制器器底层驱驱动控制制出爪蘸丽一压刃甲几燕刃单检测信号图伪线性系统结构图控制系统结构示意图与微分几何非线性控制方法相比逆系统方法计算简单工程实用性好可以直接处理系统的非仿射非线性模型与智能稳定控制器的发展趋势在整个控制系统中稳定控制器扮演着最为重要的角色它控制相比又具有无需先验知识的优势加之其采用期望输出作为实际的控制输人信号可以方便地实现人机对话因此逆直接影响着整个系统的动静态特性采取的是线性控制器图传统的动态抑制补偿装置系统方法在动态补偿装置中的应用引起了广大专家学者们的浓即将触发和动态补偿主回路视为厚兴趣且在清华大学为上海电网黄渡分区研制的士惯性环节进而得到整个系统的线性化模型而后根据控制性能的要求选用单电压闭环闭环以项目中也将采用这种控制方法调节器电压外环加电流内环的双检测理论的发展趋势按常规思路无论是谐波抑制还是无功补偿首先必须要知调节器等线性补偿技术电压调节器电流调节器幼、线性化环节驱动和装置主回路网电道需要补偿的无功或谐波的量是多少才能对系统进行准确的补偿对于动态补偿系统要想达到满意的补偿效果就必须得到动态的补偿量值图因此谐波和无功的实时检测非常重要带电流内环的电压反馈控制方法示意图按照这种思路目前普遍采用的也是相对成熟的检测理论是日本学者赤木泰文等人年提出的瞬时无功功率理论亦事实上基于电力电子元件的动态抑制补偿装置都是非线性装置而且其作用对象电网也具有强非线性称户理论该理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义对其进行线系统地定义了瞬时无功功率瞬时有功功率等瞬时功率量以性化采用线性最优控制只能对某一问题在某一工作状态下实现较好的控制一旦电网结构发生变化工作状态发生改变其控制效果必然会不尽人意该理论为基础可以得出用于动态补偿器的谐波和无功电流的实时检测方法对于谐波和无功补偿装置的研究和开发起了极大的推动作用随着非线性控制理论的发展人们开始探讨用非线性控制理论来控制这些装置的方法瞬时无功功率理论已经成功地应用到三相三线制系统并取得了良好的补偿效果目前工程应用前景比较好的非线在电网电压对称的三相四线制系统中的性控制方法主要有智能控制法和逆系统方法应用问题也已从理论上找到了比较好的解决办法但是由于瞬智能控制方法作为控制理论发展的高级阶段不必对被控对象进行精确的建模而是在控制过程中逐渐地了解系统的特征自主地调整控制策略从而实现质优地控制时无功功率理论未定义零序瞬时虚功率因而从理论上讲是不遵从守恒律的对于像基于电为了解决这个问题近几年韩国学者产全提出了力电子的动态补偿装置这样的具有不确定性非线性复杂系统法其基本思想是在空间坐标系下把电压电流变换至户的控制特别适用因此将其各种智能控制即综合智能控制方坐标系下该变换以电压为基准使轴与电压矢量方向相法诸如神经元网络模糊控制变结构控制等应用于同轴在明坐标平面上电压只在轴有分量从而简化了有等装置的研究方兴未艾目前制约其实际应用的主要问题在于功电流和无功电流的计算与其他理论不同的是它单独定义动态补偿的装置较少缺乏获取充足先验知识的条件而经验在了零序瞬时功率在此基础上提出了消除中线电流的新算法在线积累又需要相当的过程逆系统方法图负载变化时能有效抑制谐波和无功中线电流在稳态和过渡过则是通过动态系统的逆的概念来研究一”程均非常接近零般非线性控制系统反馈线性化设计的一种方法化所谓反馈线性但是应该指出这一理论也并不完美户犷二法从理论上将就是通过非线性反馈或动态补偿的方法将非线性系统变换零序电流和零序电压引起的瞬时功率也归算为有功功率是不可能完全消除相电流中所含谐波的为伪线性系统然后再用线性理论完成系统的各种控制目标的理论与方法虽然可以通过一定的控制最它利用非线性补偿规律以抵消非线性因素所设计控终得到相对满意的结果但从理论上讲也还需要进一步改进电赚廿界© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net电力电源…艳仪挑夕事实上无论是瞬时无功理论还是改进瞬时无功理论均存在计算复杂耗时多等诸多缺点对基于电力电子变换技术的和等而言由于其补偿原理都是通过向电网注人一定量的电流来实现对无功和谐波如果换个角度来想从补偿或抑制的最终效果来考虑就可以得到完全不同的检测观念的补偿因而可以采用各种电流跟踪况而言工程应用较好的是基于滞环和基于二角波比较方式控制就当前的情考虑到最终补偿的目的是使电的瞬时值比较方式网电流或电压为基波正弦那么指令信号的相位可由电网电压“单周控制由于出现较晚目的相位获得幅值则可由装置的直流侧电压的闭环控制器前基本上处于研究阶段其前景值得期待只是对于大功率的输出决定这样就无需再通过对无功和谐波的复杂计算来虽然原理上可以用电流跟踪的直接获得指令信号了可以大大增强实时性多学者在寻求相应的控制方法沿着这条思路现在很控制方法但由于其电压及电流等级较高限于电力电子器件的发展水平目前所能选择的电力电子器件的开关频率还很低因而在实际的应用中还是没有办法实现由美国学者提出的单周控制即是其中的一种方法目前采取的依然是相位控制方法依靠电路的多重化或链式结构提高输出功率相信随着大功率电力电子技术的发展实现大功率流控制是必然的的直接电此外随着微处理器性能的不断提高电力电子装置的驭动控制系统逐渐由模拟型向数字型发展数字速数字信号处理器比数字技术随着高的应用而得以实现与模拟相以具有结构简单可靠性高精度较高的优点图单极性调制的单周控制框图是一种非线性控制方法其基本思想是下对其发展进行简要综述单周控制法图数字技术的问题是由于粥的采样谐波计算需要逆变器的开断频率为一固定值控制逆变器开关的占空比使每时间而指令信号到最终执行也需要时间因此从电流的采样到最终的谐波补偿之间存在着一个时延这个时延将对补偿效果产生负效应个周期内开关变量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例从而消除稳态和瞬态误差因而得到单周控制看出单周控制直接取系统侧电流从图可以这是数字需要解决的一个难点无差拍控制作为一种在预测控制基础上发展起来的数字技术图与参考值进行比较后对逆具有能够预测谐波电流的变化趋势并进行跟变电路进行调节不需要对采样电流进行繁琐的无功电流和谐波电流计算踪的优点缺点主要是对预测模型的依赖性较大高精度的预测模型算法通常过于复杂而精度如果不够高其预测精度随着预单周控制方法不仅无需检测计算而且结构简单响应速度测周期的增加而明显下降最终影响补偿效果快稳定性好既无稳态误差又无暂态误差具有很好的鲁棒性可适应高精度高速度和高抗扰的控制要求已经在开关变换器中得到了成功应用预测断裂裂底层驱动控制的发展趋势底层驱动控制是基于电力电子的谐波抑制与无功补偿装置的特有问题变电流输出预测模型控制图无差拍控制的原理框图一种好的底层驭动控制可以有效地减小装置自身产生的谐波简化控制系统更好地保证开关器件的安全从而针对这个问题有的学者提出了差拍控制图主提高装置的综合性能张取消谐波电流的预测环节使下一时刻输出的实际补偿电流跟随着电力电子技术的迅速发展各种驱动控制方法相继出现从早期的移相触发到正弦脉宽调制消去脉宽调制踪时刻检测到的实际谐波电流并在最近文献提出了另一种基于改进的时刻执行到指定谐波变换的解决方案空间矢量脉宽调制滞环其基本的思想是将所有的延时折算为在这一时段内经过瞬时无功理论算法所得出的三相基波电流的旋转角度瑟为△直至近期出现的单周控制介绍这些方法的文献即假设延时叹颇多本文在此不再赘述上述方法可以说是已经被尽数引人则基波电流的旋转角度即为留一。△一△或正在尝试引人了谐波抑制与无功补偿装置的驱动控制中对这一旋转角度在介变换的逆矩阵中进行补偿最终达到补偿丁陌一匆随© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net电力电……涯日叫一夕谐波检测变电流输出预测模型腆研究「」电力自动化设备一林厘骂严控制李春文苗原冯元现等非线性系统控制的逆系统方法控制与决策〔〕一葛友李春文基于非仿射非线性模型的静止无功补偿器设图差拍电力系统自动化计〔」一、兀一延时的目的李春文刘艳红基于逆系统方法的「」性控制电力系统自动化〕系统一般非线一结语近年来各种新型的控制检测方法广泛用于粟时平郑小平金维宇电力系统谐波检测方法及其实现〕丫等技术的发展电气开关一基于电力电子变换技术的谐波抑制与无功补偿装置的控制系统仁〕卓放王跃王兆安三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器电工技术一在装置的稳定控制方面各种非线性控制方法呈现出良好的发展势头其中基于逆系统方法的非线性控制以其较好的工」馆介年程实用性将成为重要的发展趋势在信号检测方面理论上将向着瞬时无功理论进一步完善一二郭书芳陈艳慧少宇法在三相四线制谐波抑制中的应用的方向发展而工程上则向着无需计算的直接检测方向发展在各种底层驱动控制方法中工程应用较好的是滞环和空间矢量仁继电器。一、甲随着数字应用的日益普及如何消除时延进一步提高其执行效果成为一个新的研究方向参考文献眼〔一。李玉梅马伟明无差拍控制在串联电力有源滤波器中的应用王兆安刘进军电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的〔〕〕电力系统自动化一进展〔电力电子技术一彭晓涛程时杰等差拍控制在有源电力滤波器中的应用」「王兆安杨君谐波抑制和无功功率补偿北京机械工业出版社」继电器一「董云龙昊杰王念春张颖无功补偿技术综述节能」王兆安张明勋电力电子设备设计和应用手册北京机械〔」一工业出版社作者简介柳玉秀许峰徐殿国策略的研究型子】工变换器非线性控制电工技术一王永民男硕士研究生研究方向为电力电子功率变换与顾晓荣方勇杰薛禹胜柔性交流输电系统控制综述〕力系统自动化〕电开关电路电磁兼容一代勤芳女硕士研究生研究方向为控制理论与控制工程〔〕勘景有泉男教授硕士研究生导师主要从事电力电子功率变换功率因数校正和电磁兼容的教学及研究笋助黄建新洪佩孙「〕一收稿日期定稿日期一一自适应模糊控制模型及其暂态仿真一一电动自沂车市场有潜力三大半导体厂现场秀作为一个全新的应用领域电动自行车市场正在吸引半导体厂商的注意力的市民有将电动自行车作为代步交通工具的需求据全国各大城市的市场需求调查有高达正是看到这种内在潜力各种基于半导体的电动自行车方案正在不断涌现在国际集成电路展深圳站上英飞凌这三家半导体现场作秀演示了各自的电动自行车解决方案电赚世界© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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