CN105680451A - 一种单相的统一电能质量调节器控制算法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于瞬时无功功率理论检测的补偿负载端电压并抑制电源电压谐波，而且具备谐波电流补偿功能的单相统一电能质量调节器控制算法，这种控制算法利用检测到的单相***信号构造出一个虚拟的两相电路，重构两相正交基波电流信号，实现同步旋转坐标系下电流基波有功和无功分量的分解；利用谐波电压信号和重构的基波电流信号，实现对电压谐波和电流谐波的观测和控制，提高单相***的电能质量。

Description

一种单相的统一电能质量调节器控制算法

技术领域

本发明涉及统一电能质量调节器，更具体地，涉及一种单相的统一电能质量调节器控制算法。

背景技术

随着现代工业发展，大量非线性、波动性、冲击性以及不对称负荷和设备的投入使用产生了大量的电能质量问题。传统的单一功能的补偿装置越来越不能满足电能质量改善的要求。随着数字信息处理技术的提高和电力电子技术研究的深入，一些综合补偿装置开始得到应用。统一电能质量调节器(UPQC)兼有了并联和串联补偿装置的特点，既能抑制电压、电流谐波和电压波动，又能补偿无功电流；电网侧和负载侧出现的电能质量问题都能得到很好的补偿，是一种综合电能质量控制装置。

但是，现有的对于UPQC的研究还不够完善，存在着以下缺点：

(1)目前针对UPQC的研究大多数是基于三相输配电***的，针对单相***的研究还比较少；用户侧多数都是单相***，随着科技的发展和人们生活水平的提高，现代智能化和高度自动化的用电设备对电能质量提出了更高的要求，因此研究针对单相***的UPQC非常有必要。

(2)由于电网中性线的存在，当产生电流和电压不平衡时，三相结构自身的一些缺点，不能较好地进行补偿。

(3)三相***的谐波检测方法都比较成熟了，已经形成了一套完整的理论体系，这些方法理论怎么应用到单相***，或者找到适用于单相***的谐波检测方法，这些要点还没有在先研究的先例。

发明内容

本发明提出一种基于瞬时无功功率理论检测的补偿负载端电压并抑制电源电压谐波，而且具备谐波电流补偿功能的单相统一电能质量调节器控制算法，这种控制算法利用检测到的单相***信号构造出一个虚拟的两相电路，重构两相正交基波电流信号，实现同步旋转坐标系下电流基波有功和无功分量的分解；利用谐波电压信号和重构的基波电流信号，实现对电压谐波和电流谐波的观测和控制，提高单相***的电能质量。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

步骤1：利用数字锁相环，得到锁相角频率ω，锁相角θ＝ωt；

步骤2：由负载侧期望电压与sinθ相乘得到u₁，u₁与单相电网电压u_S相减得到谐波电压的指令值

步骤3：通过数据采集获得的k时刻的UPQC串联侧滤波电容两端电压u_c(k)，与指令值相减后，进入数字化PI控制器，与三角载波比较后产生串联侧的单相全桥逆变单元的调制信号；

步骤4：由调制信号生成UPQC串联侧的单相全桥逆变单元的驱动脉冲；

步骤5：通过数据采集获得的k时刻的负载电流i_Lα(k)，利用数字锁相环形成滞后i_Lα(k)π/2的虚拟量i_Lβ(k)；

步骤6：采用步骤1所获得的角度θ，按以下公式，将步骤5所获得的i_Lα(k)、i_Lβ(k)变换到虚拟同步旋转坐标系，获得逆变器输出电流的有功分量i_d(k)和无功分量i_q(k)：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d\left(k\right)=i_{L\mathrm{\α}}\left(k\right)cos\mathrm{\θ}+i_{L\mathrm{\β}}\left(k\right)sin\mathrm{\θ}\\ i_q\left(k\right)=i_{L\mathrm{\β}}\left(k\right)cos\mathrm{\θ}-i_{L\mathrm{\α}}\left(k\right)sin\mathrm{\θ}\end{array}\right.;$

步骤7：i_d(k)、i_q(k)经过截止频率低于2倍电网基频的低通滤波器LPF环节作用后，得到基波有功分量i_d0(k)和基波无功分量i_q0(k)；

步骤8：通过数据采集获得的k时刻的直流侧电容C上的电压U_dc(k)，与给定值相减后，进入数字化PI控制器；

步骤9：PI控制器输出值与步骤7得到的基波有功分量i_d0(k)叠加后，与sinθ相乘后得到I_d0(k)；

步骤10：基波无功分量i_q0(k)与cosθ相乘后得到I_q0(k)；

步骤11：利用表达式获得谐波电流的指令值

步骤12：通过数据采集获得的k时刻的UPQC并联侧滤波电感电流i_c(k)，与指令值相减后，进入数字化PI控制器，与三角载波比较后产生单相全桥逆变单元的调制信号；

步骤13：由调制信号生成UPQC并联侧的单相全桥逆变单元的驱动脉冲。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明的这种方法求取UPQC的补偿电流指令的表达式具有实时性好，准确性好的特点。与传统的控制策略相比，单相电网侧的谐波电压的检测更简单易行，具有控制参数设定简单、***的动态响应速度快和鲁棒性强的特性。

附图说明

图1为基于间接控制算法的单相UPQC的工作原理图。

图2为基于瞬时无功功率的谐波电压和谐波电流检测算法的框图。

图3为基于间接控制算法的单相UPQC算法的具体实现图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

本发明提供了一种单相的统一电能质量调节器控制算法，如图1、2、3所示，其具体的实施过程包括以下步骤：

步骤1：利用数字锁相环，得到锁相角频率ω，锁相角θ＝ωt；

步骤2：由负载侧期望电压与sinθ(采用步骤1所获得的角度θ)相乘得到u₁，u₁与单相电网电压u_S相减得到谐波电压的指令值

步骤3：通过数据采集获得的k时刻的UPQC串联侧滤波电容两端电压u_c(k)，与指令值相减后，进入数字化PI控制器，与三角载波比较后产生串联侧的单相全桥逆变单元的调制信号；

步骤4：由调制信号生成UPQC串联侧的单相全桥逆变单元的驱动脉冲；

步骤5：通过数据采集获得的k时刻的负载电流i_Lα(k)，利用数字锁相环形成滞后i_Lα(k)π/2的虚拟量i_Lβ(k)；

步骤6：采用步骤1所获得的角度θ，按以下公式，将步骤5所获得的i_Lα(k)、i_Lβ(k)变换到虚拟同步旋转坐标系，获得逆变器输出电流的有功分量i_d(k)和无功分量i_q(k)：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d\left(k\right)=i_{L\mathrm{\α}}\left(k\right)cos\mathrm{\θ}+i_{L\mathrm{\β}}\left(k\right)sin\mathrm{\θ}\\ i_q\left(k\right)=i_{L\mathrm{\β}}\left(k\right)cos\mathrm{\θ}-i_{L\mathrm{\α}}\left(k\right)sin\mathrm{\θ}\end{array}\right.;$

步骤7：i_d(k)、i_q(k)经过截止频率低于2倍电网基频的低通滤波器LPF(Low-passfilter)环节作用后，得到基波有功分量i_d0(k)和基波无功分量i_q0(k)；

步骤8：通过数据采集获得的k时刻的直流侧电容C上的电压U_dc(k)，与给定值相减后，进入数字化PI控制器；

步骤9：PI控制器输出值与步骤7得到的基波有功分量i_d0(k)叠加后，与sinθ(采用步骤1所获得的角度θ)相乘后得到I_d0(k)；

步骤10：基波无功分量i_q0(k)与cosθ(采用步骤1所获得的角度θ)相乘后得到I_q0(k)；

步骤11：利用表达式获得谐波电流的指令值

步骤12：通过数据采集获得的k时刻的UPQC并联侧滤波电感电流i_c(k)，与指令值相减后，进入数字化PI控制器，与三角载波比较后产生单相全桥逆变单元的调制信号；

步骤13：由调制信号生成UPQC并联侧的单相全桥逆变单元的驱动脉冲。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种单相的统一电能质量调节器控制算法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：利用数字锁相环，得到锁相角频率ω，锁相角θ＝ωt；

步骤2：由负载侧期望电压u_ap*与sinθ相乘得到u₁，u₁与单相电网电压u_S相减得到谐波电压的指令值

步骤3：通过数据采集获得的k时刻的UPQC串联侧滤波电容两端电压u_c(k)，与指令值相减后，进入数字化PI控制器，与三角载波比较后产生串联侧的单相全桥逆变单元的调制信号；

步骤4：由调制信号生成UPQC串联侧的单相全桥逆变单元的驱动脉冲；

步骤5：通过数据采集获得的k时刻的负载电流i_Lα(k)，利用数字锁相环形成滞后i_Lα(k)π/2的虚拟量i_Lβ(k)；

步骤6：采用步骤1所获得的角度θ，按以下公式，将步骤5所获得的i_Lα(k)、i_Lβ(k)变换到虚拟同步旋转坐标系，获得逆变器输出电流的有功分量i_d(k)和无功分量i_q(k)：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d\left(k\right)=i_{L\mathrm{\α}}\left(k\right)\cos \mathrm{\θ}+i_{L\mathrm{\β}}\left(k\right)\sin \mathrm{\θ}\\ i_q\left(k\right)=i_{L\mathrm{\β}}\left(k\right)\cos \mathrm{\θ}-i_{L\mathrm{\α}}\left(k\right)\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.;$

步骤7：i_d(k)、i_q(k)经过截止频率低于2倍电网基频的低通滤波器LPF环节作用后，得到基波有功分量i_d0(k)和基波无功分量i_q0(k)；

步骤8：通过数据采集获得的k时刻的直流侧电容C上的电压U_dc(k)，与给定值相减后，进入数字化PI控制器；

步骤9：PI控制器输出值与步骤7得到的基波有功分量i_d0(k)叠加后，与sinθ相乘后得到I_d0(k)；

步骤10：基波无功分量i_q0(k)与cosθ相乘后得到I_q0(k)；

步骤11：利用表达式获得谐波电流的指令值

步骤12：通过数据采集获得的k时刻的UPQC并联侧滤波电感电流i_c(k)，与指令值相减后，进入数字化PI控制器，与三角载波比较后产生单相全桥逆变单元的调制信号；

步骤13：由调制信号生成UPQC并联侧的单相全桥逆变单元的驱动脉冲。