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欧宝官网app:电能质量综合治理装置的研制
发布时间:2022-08-01 19:34:57 来源:欧宝网站 作者:欧宝ob体育app登陆

  控制策略电能质量综合治理装置控制策略为输入信号通过信号调理进行滤波幅值处理成为采样调理信号其通过dsp的ad部件进行相应采样及数值整定spll使用三相电网电压进行电网相位鉴别和锁定输出电网角频率w中点电压控制器使用上下电容直流电压进行中点平衡控制输出中点补偿指令电压外环控制器使用总直流电压进行直流母线控制输出有功电流指令以及无功谐波提取部分对负载电流进行分析计算输出无功谐波补偿电流指令这些指令再通过电流指令合成器输出电流指令给电流内环控制器进行电流跟踪控制输出跟踪指令到pwm发生器生产pwm波信号到igbt驱动电路驱动igbt工作同时逻辑保护通信部分控制设备启停机和故障保护以及通信工作

  摘要:提出了一种电能质量综合治理装置,具有全功率分相补偿能力,可灵活 用于电力配电系统。该装置可以实时检测系统负载电流,同时将其分解得到各相 的无功电流,设备输出与电网无功电流大小相等,方向相反的电流,从而实现无 功补偿、提高功率因数的功能。该装置采用二极管钳位型三电平变流器结构,采 用外环电压,内环电流的双闭环控制策略。采用 PSIM 仿真分析并进行实验分析, 仿真和实验结果验证了装置的可行性。

  电能质量综合治理装置控制原理如图 2 所示,设备通过对负载电流的采样提 取、分析得到负载信号特征进而计算出补偿指令,同时通过电感电流、电网电压、 直流侧电容检测,检测到的信号经过调理电路之后,送到控制器里进行控制策略 的处理,然后再经过 PWM 脉宽调制给 IGBT 驱动信号来控制 IGBT 的导通控制输 出负载补偿电流。

  图 2 电能质量综合治理装置控制原理 Fig. 2 Control principle of power quality comprehensive management device 2.1 信号采样及检测方法 信号采样功能采用 DSP28377 的内部 AD 模数转化器,其内部有 4 个采样保持器 SH,故 而可实现 4 路输入信号的同时采样,为了保证信号无相差延时,即要保证三相电感电流、三 相网侧电流、三相负载电流、三相电网电压、直流母线上下电容电压的同时采样,这就要保 证其在可并行采样通道上。 2.2 控制策略 电能质量综合治理装置控制策略为,输入信号通过信号调理进行滤波、幅值处理成为采 样调理信号,其通过 DSP 的 AD 部件进行相应采样及数值整定,SPLL 使用三相电网电压进行 电网相位鉴别和锁定输出电网角频率 w,中点电压控制器使用上下电容直流电压进行中点平 衡控制输出中点补偿指令,电压外环控制器使用总直流电压进行直流母线控制输出有功电流 指令,以及无功谐波提取部分对负载电流进行分析计算输出无功谐波补偿电流指令,这些指 令再通过电流指令合成器输出电流指令给电流内环控制器进行电流跟踪控制输出跟踪指令到 PWM 发生器生产 PWM 波信号到 IGBT 驱动电路驱动 IGBT 工作,同时逻辑保护通信部分控制 设备启停机和故障保护以及通信工作。 2.2.1 中点电压控制 采用基于载波幅移的中点电压波动抑制方法,可知钳位型三电平变流器的中点电压波动 量为:

  2.2.2 基于神经网络的 PI 双闭环控制算法 三电平变流器通常采用电压外环和电流内环的双闭环控制结构,其中外环采用 PI 控制器 实现直流侧母线电压均压控制,内环采用 P 或 PR 内环控制器实现电流跟踪控制。采用该方 法会因其 PI 控制参数的固定性而导致系统实时性较差,容易使系统出现非线性,影响系统功 能实现。因此本文提出一种可以实时改变控制参数的基于神经网络的 PI 双闭环控制算法,可 以适应电力系统的运行条件变化,算法结构如图 3 所示。

  图 3 基于神经网络的 PI 双闭环控制算法 Fig. 3 PI double closed loop control algorithm based on neural network 其中,Uref 为直流侧母线 为直流侧电容电压值,经过差值运 算后进行 dq 变换,再进行差值运算可得到三相电流参考值 Iabc_ref,与负载三相电流实际值 Iabc 进行比较后进入基于神经网络的 PI 控制器,自动调节完 PI 控制器的控制参数后生成 PWM 触发信号,来控制三电平变流器的开关管的开断。 3 仿真分析

  为了验证电能质量综合治理装置的主电路和控制策略设计的可行性,本文在 PSIM 上搭 建了系统仿真模型,包括主电路拓扑,系统电源,谐波检测部分,三相不平衡检测部分,控 制部分等。本文的仿真参数设置为:系统电源相电压 220v,频率 50Hz,直流侧电容 9000uF, 直流侧电压 750v,开关频率 35KHz,在 0s 投入谐波负载,0.3s 投入无功负载,装置在 0.2s 进行谐波补偿、0.4s 进行无功补偿。如图 6 所示为系统从开始到 0.2s 后进行谐波补偿的 a 相 电流波形图,如图 7 所示为电流仿线 为无功补偿前的负载波形和无功补偿后的负 载波形。由仿真波形可知,电能质量综合治理装置投入工作后,可以实时检测系统负载电流, 同时将其分解得到各相的无功电流,设备输出与电网无功电流大小相等,方向相反的电流, 从而实现无功补偿、提高功率因数的功能,能有效治理电网出现的电能质量问题。

  用该装置进行三相不平衡补偿实验,输入相电压 230v,调整三相负载为不平衡状态,测 量电流不平衡度大于 60%,将该装置并入负载后启动,测得数据如表 2 所示:

  从实验数据可以看出,电网产生的谐波问题和三相电流不平衡问题都得到极大改善,说 明本文设计的电能质量综合治理装置及其控制策略具有良好的可行性,能有效治理谐波并对 三相不平衡电流进行补偿,满足电网运行要求。

  5 结束语 本文首先对电能质量综合治理装置进行了理论和仿真分析,在此基础上研制出了实验装 置。实验装置采用的控制策略可以较好地输出稳定的直流侧电压,可以实时检测系统负载电 流、谐波和三相不平衡情况,并实现无功补偿、提高功率因数的功能。实验数据的获取进一 步验证了电能质量综合治理装置的主电路和控制策略设计的可行性。 参考文献: [1]罗亚桥.电能质量技术手册[M].中国电力出版社,2016. [2] DPKothari,I.JNagrath,科萨里,等.现代电力系统分析[M].清华大学出版社,2016. [3]李兰芳,徐晓刚,吴国兵,等.农网电能质量综合治理装置的研制和应用[J].广东科技, 2017,26(9). [4]常亮亮,谢毅,曾萍,等.风电场新型综合电能质量治理装置[J].电力系统及其自动化 学报,2016,28(3):82-86. [5]孔碧光,普碧才,刘晓欣,等.泸水县硅工业园区电能质量治理研究[J]. 电力电容器与 无功补偿,2017,38(5):136-141. [6]王志强,邓臣臣,谷鑫,等.基于中点钳位型三电平逆变器的改进型虚拟空间矢量调制 策略[J].电工技术学报,2017,32(18):230-238. [7]郭禧斌,陈富安,黄留欣.城市配电网容性无功补偿研究[J].电力电容器与无功补偿, 2014,35(1):6-11. [8]张海鹏,林舜江,刘明波,等.低压配电网无功补偿及效益评估系统的开发和应用[J]. 电力系统保护与控制,2016,44(4):129-136. [9]刘传亮.峰值电流控制提高三相整流功率因数的方法[J].信息技术, 2016,(05):154-157.

  作者简介:张亚萍( 1992-),女,硕士,主要从事电力电子产品研发设计。

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