CN1233355A - 用于一种具有脉冲变流器的补偿装置来补偿无功电流分量的方法及装置 - Google Patents

用于一种具有脉冲变流器的补偿装置来补偿无功电流分量的方法及装置 Download PDF

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CN1233355A CN97198857A CN97198857A CN1233355A CN 1233355 A CN1233355 A CN 1233355A CN 97198857 A CN97198857 A CN 97198857A CN 97198857 A CN97198857 A CN 97198857A CN 1233355 A CN1233355 A CN 1233355A
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迈克尔·温霍尔德
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Abstract

本发明涉及一种方法和一种装置,用于采用一与被一供电网(14)所供电的非理想用电器(12)并联的补偿装置(2)来补偿该用电器(12)的无功电流分量,该补偿装置(2)具有一带有至少一个电容式贮能器(6)的脉冲变流器(4)。根据本发明,则根据一测得的电网电压空间向量(uN)、一电网电流空间向量(iN)、一补偿器电流空间向量(iK)以及一位于电容式贮能器(6)上的中间电路电压(2Ed)来计算一传输比空间向量(u),这样脉冲变流器(4)独立于中间电路电压(2Ed)地在电网端产生一补偿器电压空间向量(uk)。这样经一表示为补偿器电感(Lk)的耦合滤波器(8)出现一补偿器电流空间向量(ik),该空间向量(ik)将不希望的无功电流分量排除于电网(14)之外。

Description

用一种具有脉冲变流器的补偿 装置来补偿无功电流分 量的方法及装置
本发明涉及一种方法和一种装置，用于采用一种与负载电气并联的补偿装置来对一由电网供电的非理想负载的无功电流分量作补偿，该补偿装置具有一带有至少一个电容存贮器的脉冲变流器、一匹配滤波器以及一调节和控制装置。
从刊登在1992年10月在美国德克萨斯州休斯敦举行的IAS年会的会议录(IEEE-IAS Conference Proceedings of the IAS Annual Meeting inHouston/Texas,October 1992)中的署名为R.Marschalko和M.Weinhold所作的文章“用于三相电压直流耦合脉宽调制变换器的最佳控制和恰当脉宽调制”(Optimal Control and Appropriate Pulse Width Modulation for a Three-phaseVoltage dc-link PWM Convertes)中已知有一种用于执行如权利要求1前序部分所述方法的装置和方法。
在电力网中越来越多地使用非线性负载器(尤其是如在个人计算机、电视机等中的电源部分中的二极管整流器)则越来越使电网电压发生畸变。其电流也饱含着谐波成分且在网络阻抗中产生压降，该压降叠加到起始为正弦波的电网电压中。这些电压畸变当它的值变得很大时会导致对电网运行装置(例如变压器、补偿装置)的过载且干扰其它负载器的有序操作。
从供电企业和国际工作小组那里因此公布了关于最大允许的电压波形畸变的建议，该电压波形畸变能导致一负载。对在低压电网中的各谐波成分又规定了所谓的兼容性电平。仪器制造商必须开发他们的产品，使得这些产品在这种畸变值之下仍能无干扰地工作。供电企业必须关心在他们的电网中不超过该兼容性电平。然而在许多电网中的电网电压畸变程度早已到达了兼容性电平而且还会进一步提高。
在配电网中的另一个问题是工业中所用的比如线换向晶闸管变流器或异步电机的取决于工作点的以及由此一般也是交变的无功功率需求。这些仪器的各个用户必须经常根据与供电的电力企业所达成的合同协议为此而操心：出于与高一级电网共联点的观点他要遵循一定的功率因数。
例如，单相耦合的负载造成对三相电压网的一非对称负载。根据电网短路功率，大负载造成负载电流，该电流在电网阻抗中造成大的非对称电网电压降。这些电网电压降能干扰用电器的有序工作。
用电器的高的短时间有功功率要求可造成提高的电源参考价格，因为供电的电力公司使部分能源费用取决于在一定的时间问题中(经常为一年)最大标称有功功率。通过使用一种贮能器，该贮能器在该高峰负载时间内给出事先贮存好的能量，则可削减功率峰值并降低电能价格。通过使用贮能器也可避免昂贵的电网扩建工程。
迄今为止采用常规的滤波器回路已可解决负载电流谐波成分以及由此产生的电网电压畸变的问题。自80年代中期以来已使用了有源滤波器，其调节方法既可在时域也可在频域进行工作。在Sevilla召开的EPE’95国际会议所出版的会议录第0.017～0.026页上所载的署名作者为H.Akagi的题为“有源滤波器新趋势”一文(“New Trends in Active Filters”,H.Akagi,Conference Proceedings of EPE’95 in Sevilla)中介绍了许多不同的有源滤波器。
对无功功率或功率因数调节的补偿目前通常仍是用被调节的扼流的和未扼流的补偿器组来进行的。近几年以来也采用线换向变流器、即所谓的静态乏补偿器(SVC)以及采用自动换向GTO或IGBT变流器、亦即所谓的静态电容器来作为解决方案。
在1996年4月9～11日举行的“未来的电力传递EPRI国际会议”出版的会议录中署名为D.Povh和M.Weinhold的题为“配电***用FACTS的进展”(“Development of FACTS for Distribution Systems”,D.Povh andM.Weinhold.Conference Proceedings ofthe EPRI-Conference on the Future ofPower Delivery,April 9-11,1996)一文中详细描述了这样一种带有一IGBT脉冲变流器的补偿装置。这样一种补偿装置也被称为电力调整器，尤其称西门子电力调整器(SIPCON)。这样一种电力调整器具有一脉冲变流器，该变流器经一电感-电容-电感滤波器并联至电网中。该电感-电容-电感滤波器的任务是：降低脉宽调制控制装置的操作频率反作用。所使用的变流器是为转速受控制的驱动装置而开发的且以2kVA～1.5MVA的额定功率的型号大批量生产，这种变流器代表了SIPCON的基础。这种脉冲变流器包含绝缘栅双极晶体管(IGBT)且以高达16kHz的工作频率进行工作。该电力调整器可用一贮能器来加以扩展，以短接有功功率故障并均衡负载波动。普通的应用情况是并联。这种联接适合于用无功功率来调节电压波动以及对负载的低次谐波分量进行滤波。另一种可能性是将功率调整器作串联。当负载必须被供以改善的电压质量或当经常出现瞬态电网电压波动时，这一联接方式是有优点的。
这一功率调整器的调节结构是这样来设计的：在三种模式之间可进行转换。在输入端，调节具有一空间向量变换装置，用该装置从被测的电网电流、线电压以及补偿器电流中可生成一电网电流空间向量、一线电压空间向量以及一补偿器电流空间向量。将这些空间向量数字化并输入一电压调节、一无功电流补偿以及一闪烁调节，其中这些调节器的输出经一转换器被输入脉冲变流器的一脉宽调节器。
如果选定了电压调节模式，电网电压的空间向量则与一设定值相比较。一PI调节器然后检测无功功率，该无功功率是消除电压波动所必需的。无功功率调节器的输出值被传递到脉宽调制器。
负载对称迄今为止通常是用砌石电路来实施的。这些电路由无功元件(电容器和电抗器)组成，它们根据需要经开关或变流器(例如三相电流调节器)接入电网。
贮能器迄今主要是用于电站故障时的储备以及频率调节。从德国专利公开文本4215550中已知有一种用于从一个用于交流电网的直流贮能器中制备电能的装置，其中使用了一种超导磁贮能器(SMES)作为具有很高的贮能器效率的直流贮能器。
在上文提及的国际会议报告(美国休斯敦召开)中介绍了一些调节方法，这样功率调整器能补偿基波分量位移无功功率。为从电力网中消除负载的不希望的无功电流分量，补偿装置必须将该分量馈入负载，这样补偿器的电流分量在电网共联点(亦称PCC)上抬高了负载的无功电流分量。为此要从电网电压空间向量和电网电流空间向量中首先来计算电网电流所包含的无功电流分量。电网电流一侧的补偿器电压空间向量和电网电压空间向量间的差值现必须经表示为补偿器电感的耦合滤波器来产生一电流空间向量，该空间向量可消除电网中不希望的无功电流分量且还能为直流电压回路供电。所介绍的功率调整器的调节任务是：确定在脉冲变流器的级间耦合电路电压和电网侧补偿器电压空间向量之间的用于产生该电压所需的传输比空间向量
用所计算到的电网电压空间向量和所计算到的共轭复电网电流空间向量来计算瞬时无功功率并输入一PI调节器，在其输出端则提供有一角度值，该角度值给出电网电压空间向量和传输比空间向量之间的角位移。从该角度并借助于一指向传输比空间向量方向上的单位空间向量来产生传输比空间向量的一恒定的绝对值，该值被输到脉冲变流器的脉宽调制器中。脉冲变流器在其电网一侧的输出端根据电容或贮能器的电压和传输比空间向量来产生一补偿器电压空间向量，该补偿器电压空间向量则经其匹配滤波器的电感来驱动一补偿电流。
如果用电器现在需要基波分量位移无功功率的话，则该功率可先从供电网中抽取。在电网中出现该无功功率，经PI调节器改变了电网电压空间向量与电网端补偿器电压空间向量间的角度。这样导致了建立起一补偿器电流空间向量，该向量另外还包括一有功分量。由此可导致在电网和中间电路间的一有功功率交换和中间电路电压的一种改变。角度和中间电路电压的变化仅仅直到电网中所出现的基波分量相移无功功率消失为止。静态时该角度重新为零且补偿装置恰又提供用电器所需的基波分量位移无功功率。然而相对于空载时该中间电路电压已经改变。假设用电器需要电感式基波分量相移无功功率，则补偿装置必须提供电容式无功功率且电网端补偿器电压空间向量要比电网电压空间向量大许多。这样中间电路电压比空载时增加且根据工作点而出现。
一个理想的三相供电网为用电器提供三个恒定频率的纯正弦波形电压，它们相互间相移120°，且具有恒定的、相同的幅值。该电网的理想的电网电流在每一相均正比于相应的线对地电网电压，其中比例系数在所有三相中均相等。这样即可传输一所希望的具有最小共同的电流有效值以及因此也具有最小电网负载的电能量或有功功率。因此这些电流亦被称为有功电流。这样一种理想的用电器对供电网来说其行为就象一个三相对称的电阻器。
每一个偏离该行为的用电器则会引起对有功功率传输没有贡献的电流成分。这些电流成分被称作无功电流。在电源电压近似对应于上述理想情况的前提条件下，该无功电流包含有：谐波分量电流(包括一直流分量)，其频率为电网频率的倍数；基波分量相移无功电流，它们经电网电压基波分量和电网电流基波间的相移所产生；以及基波分量非对称无功电流，它们被反馈至非对称负载上。
本发明的目的在于对用于调节已有的具有一脉冲变流器的补偿装置的方法加以改进，使得在补偿电网中的基波分量位移无功功率时也考虑补偿器的基波分量相移无功功率并能调节电网电压。
本发明的目的是通过如权利要求1所述的特征来实现的。
在静态时，补偿装置提供一基波分量相移无功功率，用该无功功率来覆盖用电器和补偿装置的基波分量相移无功功率。由此电容式贮能器始终正常地被供电，即便当对电网的基波分量位移无功功率的补偿被抑制时也是如此。通过计算出电网中的有功功率，则可得到电网电压空间向量和电网电流空间向量的基波分量顺相序***之间的一所希望的相移。亦即，根据所计算的电网有功功率和预先确定的相移可调节电网电压。
权利要求1和2的特征表征了一种具有优点的方法。
用该具有优点的方法可补偿无功电流分量，该无功电流分量包含频率为电网频率倍数的谐波电流、被反馈至非对称负载的基波分量非对称无功电流。为能根据单个的谐波分量和基波分量非对称部分分开地补偿这一无功电流分量，则对每一个无功功率类型都产生一部分传输比空间向量，这些空间向量然后与基础传输比空间向量相加得到一总传输比空间向量。
基波分量不对称性与电网电流谐波分量的鉴别是基于对电网电流空间向量的复数傅里叶级数展开。如果电网电压基波分量空间向量具有旋转频率ω，则为鉴别一ν次谐波分量先要产生一单位空间向量，其旋转频率对一正序***为+νω而对一负序***则为-νω。通过在一个电网周期上取平均则从电网电流空间向量与共轭复单位空间向量的乘积中可计算出相应电网电流分量的复傅里叶系数。该复傅里叶系数被输入一积分调节器，其输出信号与一单位空间向量相乘。根据是否是一正序***还是一负序***，可在乘以一虚线单位j或-j之后得到一部分传输比空间向量。用积分调节器可将部分传输比空间向量的幅值和相角一直改变至相应的谐波成分在电网电流中消失为止。在静态时，部分传输比空间向量与从属的电压分量经耦合电感与用于补偿负载电流中相应谐波成分的补偿电流分量垂直。
对每一要补偿的谐波分量，必须要产生一部分传输比空间向量。为补偿基波分量非对称性，积分调节器的输出信号与具有旋转频率ω的一单位空间向量和虚线单位-j相乘，以此来产生一补偿非对称性的部分传输比空间向量。
用于执行本发明具有权利要求1所述特征的方法的一种装置的结构是由权利要求3的特征所给出的，其中在权利要求4～9中给出了该装置的具有优点的结构型式。
为进一步说明根据本发明的采用一具有脉冲变流器的补偿装置来补偿无功电流分量的方法以及执行该方法的装置，可参照附图，附图中示出根据本发明的装置的一实施例。
图1示出现有的一补偿装置的方块图，该装置具有一脉冲变流器，
图2示出一用于产生总传输比空间向量的调节器结构，
图3示出一用于产生一基础传输比空间向量的已有的调节器结构，
图4示出在复平面上的一有关向量图；
图5示出根据本发明的方法的一调节结构，
图6示出用于产生一部分传输比空间向量的调节结构，
图7示出在复平面上的所属的向量图，
图8示出根据图1的一补偿装置的一具有优点的实施形式的方块图。
图1示出一现有补偿装置2的一方块图，该补偿装置在上文所述的会议报告题为“用于三相电压直流耦合脉宽调制转换器的最优控制和合适的脉宽调制”(Optimal Control and Appropriate Pulse Width Modulation for a Three-Phase Voltage dc-link PWM Converner)一文中已作介绍且详细描述了其作用方式。该补偿装置2具有一带有至少一个电容式贮能器6的脉冲变流器4、一匹配滤波器8和一调节和控制装置10。该补偿装置2被并联至一非理想用电器12，该用电器12由一电力网14供电。调节和控制装置10被输入有一电网电压空间向量
Figure A9719885700101
一电网电流空间向量
Figure A9719885700102
以及一补偿电流空间向量 和一降在脉冲变流器4的两电容式贮能器6上的中间电路电压2Ed。这些空间向量
Figure A9719885700104
和
Figure A9719885700105
从所测得的线电压、电网电流和补偿器电流中经一空间向量变换装置产生。由于该装置从上文提及的会议报告题为“用于配电***的FACTS的进展”(Development of FACTS for Distribution Systems)一文中已为人所知，因此在本文介绍中仅显示出补偿装置2的主要部分，匹配滤波器8在此处替代性地用一电感Lk表示，而在上文提及的会议报告中该匹配滤波器8却是详加描述的。调节和控制装置10具有一用于确定一传输比空间向量
Figure A9719885700111
的调节装置16以及一脉宽调制器18，该脉宽调制器18用一虚线表示。传输比空间向量 为脉冲变流器4的调节量，该调节量用脉宽调制器18被转换成用于该脉冲变流器4的控制信号Sv。调节装置16的结构在图2中被详细示出。
由于用电器12不是理想的用电器，因此该非理想的用电器12产生的电流分量对有功功率传递没有任何贡献。这些电流分量被称为无功电流。如果电源电压近似为恒定频率的纯正弦形电压，该电压间相互相移120°且具有恒定的相等的峰值，在这一前提条件下这种无功电流则包括：谐波分量电流(包括一直流分量)，其频率等于电网频率的数据；基波分量相移无功电流，该电流由电网电压基波分量和电网电流基波分量间的相移所产生；以及基波分量非对称无功电流，它被反馈至非对称负载上。
为将所不希望的用电器12的无功电流排除在供电网14之外，补偿装置2须将该分量平行馈入用电器12，这样补偿装置2的电流分量在共联点20上被用电器12的无功电流分量所抬高。为此，首先要从电网电压空间向量
Figure A9719885700113
和电网电流空间向量
Figure A9719885700114
中计算包含在电网电流
Figure A9719885700115
中的无功电流分量。在电网端的补偿器电压空间向量 和电网电压空间向量 之间所检测到的差值经表示为补偿电感Lk的匹配滤波器8产生一补偿电流空间向量
Figure A9719885700118
，该向量将不希望的无功电流分量排除在供电网14之外且另外还对电容式贮能器6供电。
调节和控制装置10的任务是：确定中间电路电压2Ed和电网端补偿器电压空间向量
Figure A9719885700119
之间用于产生该电压所必要的传输比空间向量
为能根据各谐波分量、基波分量相移无功功率以及基波分量非对称性分别对无功分量作补偿，调节和控制装置10根据图2对每一种无功功率形式以及对每一个谐波分量均具有一调节器22、24、26、28、30和32，它们的输出与一加法点34相连接。调节器22的构造部分表示在图3中，部分表示在图5中，而调节器24、26、28、30和32则用图6的一代表性调节器结构详细加以表示。调节器22被输入有检测到的电网电压空间向量
Figure A97198857001111
和被检测到的电网电流空气向量
Figure A97198857001112
而调节器24,…,32则仅被输入电网电流空间向量 每个调节器22,…,32从其输入信号中计算一部分传输比空间向量
Figure A97198857001114
以及 用它们经加法点34形成一总传输比空间向量
Figure A97198857001116
调节器22计算出基础传输比空间向量
Figure A9719885700121
作为部分传输比空间向量，以补偿基波分量相移无功功率并用于给脉冲变流器4的电容式贮能器6供电。调节器24-32分别计算出一部分传输比空间向量 作为部分传输比空间向量，以补偿电网谐波分量以及电网电流的非对称性。在该根据图2的方块图中，调节和控制装置10的调节装置16具有用于补偿一6-脉冲晶闸管电桥的四个谐波分量参数的调节器26、28、30和32，用于补偿基波分量相移无功功率的调节器22、以及用于补偿一基波分量不对称性的调节器24。
图3示出调节器22的第一部分36，它在上文所述的会议报告(修斯敦)中已为人所知。该调节器22的第一部分36具有一用于确定一基波分量相移无功功率QN的装置38、一比例积分调节器40以及一用于形成一基础传输比空间向量 的装置42。用于确定一基波分量相移无功功率QN的装置38具有：一用来确定一瞬时无功功率qN的运算装置44，该瞬时无功功率qN亦称横向无功功率；以及一后接的平均器46。该平均器46形成横向无功功率qN在一个电网周期上的均值。该横向无功功率qN用运算装置44以电网电压空间向量
Figure A9719885700124
以及共轭复电网电流空间向量
Figure A9719885700125
来加以计算。位于平均器46输出端的基波分量相移无功功率QN被输入比例积分调节器40，其输出量为一角度δ，该角度位于电网电压空间向量 和基础传输比空间向量
Figure A9719885700127
之间(图4)。该角度δ位于用于形成一基础传输比空间向量
Figure A9719885700128
的装置42的输入端。该装置42具有一函数发生器48，在其输出端有一函数e-jδ，它经一乘法器50与另一函数发生器52的输出信号相乘。该另一函发生器52在基础传输比空间向量
Figure A9719885700129
的方向上形成一单位空间向量，该单位空间向量与一数值
Figure A97198857001210
相乘。由于该总传输比空间向量
Figure A97198857001211
的数值是有限的，该数值
Figure A97198857001212
应如此来选择，使得对于其余的部分传输比空间向量
Figure A97198857001213
和
Figure A97198857001214
用于补偿谐波分量和基波分量非对称性仍有足够的调节余量。这样电网端补偿器电压空间向量 的基础部分的角度等于电网电压角减去角δ且补偿器电压空间向量
Figure A97198857001216
的绝对值取决于中间电路电压2Ed(图4)。
假定用电器12不接受任何基波分量相移无功功率QN，则电网电压空间向量
Figure A97198857001217
和电网端补偿器电压空间向量
Figure A97198857001218
的基础部分相等。这样角度δ等于零且中间电路电压值 补偿器电流空间向量
Figure A97198857001220
的所属分量也为零。
若用电器12要求有基波分量相移无功功率QN，则该无功功率QN首先从供电网14抽取。电网中出现该无功功率QN经比例积分调节器40改变了电网电压空间向量 和电网端补偿器电压空间向量 的基础部分之间的角度δ。这样便导致建立一补偿器电流空间向量 它此外还包含一有功分量。这样便在电网14和电容式贮能器6之间形成一有功功率交换，由此中间电路电压2Ed亦改变。角度δ和中间电路电压2Ed的改变仅延续到在电网14中出现的基波分量相移无功功率QN消失为此。在静态时，角度δ则重又为零且补偿装置2正好提供了用电器12所需的基波分量相移无功功率QN。然而，中间电路电压2Ed相对于空载状况发生改变。假设用电器12需要电感性基波分量相移无功功率QN，则补偿装置2必须给出电容式无功功率且电网端补偿器电压空间向量
Figure A9719885700134
明显大于电网电压空间向量
Figure A9719885700135
因此中间电路电压2Ed相对于空载时升高且根据工作点而出现。用这一调节回路则因此可同时保证对直流电压中间电路有序供电，因为中间电路电压2Ed的每一偏离其取决于工作点的值的量必然会导致出现基波分量相移无功功率。
图5中示出调节装置16的调节器22的第二部分54，其中调节器22的第一部分36的各部件也一起被示出，从中可看出，调节器22的该两部分36和54是如何交互作用的。用于确定基波分量相移无功功率QN的装置38在输出端与一比较器56的反相输入端相连接，其非反相输入端与一乘法器58的输出端相连而其输出端则与一积分调节器60相连接。该积分调节器60在输出端与另一比较器62的非反相输入端相连接，其输出端与调节器22的第一部分36的比例积分调节器40相连而其非反相输入端则与用于确定一补偿器无功功率Qk的一装置64的一输出端相连接。乘法器58的输入端一方面与一常值元件63另一方面与用于确定一有功功率PN的一装置66相连接。该装置66、乘法器58以及该常值元件63一起组成一设定值形成器68，在其输出端有一基波分量相移无功功率QN的设定值。装置64和66各具有一后接有平均器46的运算装置44，其中装置64被输入一电网电压空间向量
Figure A9719885700136
和一共轭复补偿器电流空间向量
Figure A9719885700137
而装置66被输入一电网电压空间向量
Figure A9719885700138
和一共轭复电网电流空间向量
Figure A9719885700139
用该调节器22的第二部分54除出现在电网14中的基波分量相移无功功率QN之外，还计算电网14中的有功功率PN以及补偿装置2的基波分量相移无功功率Qk。这样，当需要时，例如为了对电网电压进行调节，可在电网电压空间向量 和电网电流空间向量 的基波分量正序***之间得到一所需的相移φsoll，该相移φsoll作为常值元件63的输入信号。为此，电网有功功率PN与常数tanφsoll相乘且作为基波分量相移无功功率QN的额定值与基波分量相移无功功率QN的实际值相比较。调节偏差然后被积分调节器60所处理。积分调节器60的输出信号则作为补偿器无功功率Qk的额定值与补偿器无功功率Qk的实际值相比较且所得到的调节偏差被输入调节器22的第一部分的比例积分调节器40。
用该调节器22来产生一基本传输比空间向量
Figure A9719885700141
用它不仅可补偿电网14的基波分量相移无功功率QN，还可补偿补偿装置2的基波分量相移无功功率Qk。如果不要补偿电网14的基波分量相移无功功率QN，则将积分调节器60的调节放大倍数选为零。同样在这种情况下脉冲变流器4的电容式贮能器6也能被正常供电。
产生部分传输比空间向量 以及
Figure A9719885700143
的调节器24、26、28、30和32用谐波分量的阶次ν并按如下方式来加以区分，即它们是否出现在正序的(+)或负序的(-)***中。因此代替这些调节器24,…,32在图6中详细示出一广义的调节器结构70。
该调节器结构70在输入端有一用于形成一复傅里叶系数
Figure A9719885700144
或
Figure A9719885700145
的装置72，它后接有一比例积分调节器74。该比例积分调节器74在输出端与一用于形成一部分传输比空间向量
Figure A9719885700146
或
Figure A9719885700147
的装置76相连接。该装置72具有一后接有平均器80的乘法器78，其中该乘法器78的一输入与一单位空间向量形成器82的输出相连接。在该乘法器78的第二输入端提供有一电网电流空间向量
Figure A9719885700148
从乘法器78的输出端的乘积y(t)可用平均器80在一个电网周期上形成一复傅里叶系数
Figure A9719885700149
或
Figure A97198857001410
其中ν为待补偿谐波分量的阶次而+或-表征正序***或负序***。共轭复单位空间向量 在正序***中以旋转频率+νω旋转而在负序***中则以旋转频率-νω旋转，其中ω为电网电压基波分量空间向量的旋转频率。通过在电网周期上取平均可从电网电流空间向量
Figure A97198857001412
和共轭复单位空间向量 的乘积y(t)中得到相应电网电流分量的复傅里叶系数
Figure A97198857001414
或
Figure A97198857001415
积分调节器74的输出信号借助于另一乘法器84与单位空间向量
Figure A97198857001416
和一虚线单位j或-j相乘。其乘积为部分传输比空间向量
Figure A97198857001417
或 积分调节器74一直改变部分传输比空间向量 或
Figure A97198857001420
的幅值与相角直至电网电流中的相应ν次谐波分量被消除为止。静态时，部分传输比空间向量
Figure A97198857001421
或
Figure A97198857001422
以及因此也有从属的补偿器电压空间向量 的电压部分
Figure A97198857001424
或
Figure A97198857001425
垂直于补偿器电流部分空间向量
Figure A9719885700151
或 该电流部分空间向量补偿负载电流iL中相应的ν次谐波分量(图7)。
对每一要补偿的谐波分量必须要提供一调节器26,…,32。为补偿基波分量非对称性必须提供一具有阶次数ν=1的负序***调节器(调节器24)。
如果要通过补偿装置2来执行电网14所提供的有功功率PN的影响的话，则与用电器12并联的补偿装置2必须能够接收有功功率PN或给出有功功率PN。为此必须将一附加的贮能器86联接至脉冲变流器4的直流电压中间电路，该直流电压中间电路贮存或给出经补偿装置2所引入的电网功率和用电器功率间的差ΔP。贮能器86必须电流受调节地被馈以电流，亦即它必须能根据一电流额定值信号iEsoll从补偿装置2的中间电路中获得一定的直流电流iE。该电源额定值iEsoll由所施加的功率差ΔP以及补偿装置2的中间电路电压2Ed中计算出。如果从电网14中获得有功功率PN，则电流额定值信号iEsoll应为正。这样贮能器86将从脉冲变流器4的中间电路中获得能量。这将导致中间电路电压2Ed的降低。电网端补偿器电压空间向量
Figure A9719885700153
的基础部分下降且导致基波分量相移无功功率QN的改变。该基波分量相移无功功率QN用调节器22的第一部分36加以补偿，此时电网电压空间向量
Figure A9719885700154
和补偿器电压空间向量
Figure A9719885700155
的基础部分之间的角δ张开。由此在脉冲变流器4的中间电路中产生的有功功率流使中间电路电压2Ed以及补偿器电压空间向量
Figure A9719885700156
的基础部分重新升高。由于贮能器86现在不断地从中间电路中获取功率ΔP=2Ed·iEsoll，则在对电网相移无功功率QN作补偿之后角度δ不再为零，而是保持一必要的值，以便从电网14将被贮能器86所取走的功率输给补偿装置2。
贮能器86具有一直流贮能器和带有从属控制器的调节元件，这样可调节电流额定值iEsoll。作为直流贮能器例如可采用一种超导磁性贮能器(SMES)。同样也可使用其它的贮能器，如飞轮贮能器或电池来作为直流贮能器。

Claims (9)

1．一种用于采用一与被一供电网(14)所供电的非理想用电器(12)并联的补偿装置(2)来补偿该用电器(12)的无功电流分量的方法，该补偿装置(2)具有一带有至少一个电容式贮能器(6)的脉冲变流器(4)、一匹配滤波器(8)和一调节和控制装置(10)，该方法具有以下步骤：
a)从被测电网线电压和电网电流来计算一电网电压空间向量
Figure A9719885700021
和一共轭复电网电流空间向量
Figure A9719885700022
b)用所得的空间向量 来确定电网(14)的一基波分量相移无功功率(QN)，
c)从所确定的基波分量相移无功功率(QN)中确定一传输比空间向量
Figure A9719885700024
它被转换成用于脉冲变流器(4)的控制信号(Sv)，
d)根据所确定的传输比空间向量
Figure A9719885700025
和电容式贮能器(6)的一中间电路电压(2Ed)来产生一补偿器电压空间向量
Figure A9719885700026
其特征在于：
e)用所计算到的空间向量 来确定一电网有功功率(PN)，
f)通过所确定的电网有功功率(PN)与一常数(tan φsoll)相乘来确定一基波分量相移无功功率(QN)的额定值，
g)根据对基波分量相移无功功率(QN)的实际值与设定值的比较来确定一补偿器无功功率(QN)的额定值，
h)从一测得的电网电压空间向量 和一测得的共轭复补偿器电流空间向量
Figure A9719885700029
来确定一补偿器无功功率(QK)，
i)从补偿器无功功率(QK)的一所计算到的调节偏差来确定一基本传输比空间向量
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：
j)从一电网电流空间向量
Figure A97198857000211
和一共轭复单位空间向量
Figure A97198857000212
的乘积来确定一复傅里叶系数
Figure A97198857000213
k)根据所得的复傅里叶系数
Figure A97198857000214
一单位空间向量 以及一虚数单位(j,-j)来确定一部分传输比空间向量
Figure A97198857000216
l)将基本传输比空间向量 与部分传输比空间向量
Figure A97198857000218
作相量相加。
3．一种用于实施如权利要求1所述方法的装置，该装置用于一补偿装置(2)，该补偿装置(2)具有一带有至少一个电容式贮能器(6)的脉冲变流器(4)、一匹配滤波器(8)以及一调节和控制装置(10)，其中该调节和控制装置(10)具有一用于确定一传输比空间向量
Figure A9719885700031
的调节装置(16)以及一脉宽调制器(18)，在其输出端有用于脉冲变流器(4)的控制信号(Sv)，其中该调节装置(16)具有一用于确定一基波分量相移无功功率(QN)的装置(38)、一比例积分调节器(40)以及一用于形成一基本传输比空间向量
Figure A9719885700032
的装置(42)，其特征在于：
用于确定一基波分量相移无功功率(QN)的装置(38)在输出端与一比较器(56)的一反相输入端相连接，该比较器的非反相输入端则与一用于基波分量相移无功功率(QN)的额定值形成器(68)的一输出端相连，其输出端则借助一积分调节器(60)与另一比较器(62)的非反相输入端相连，该另一比较器的反相输入端与一用于确定一补偿器无功功率(QK)的装置(64)的一输出端相连且其输出端与比例积分调节器(40)的一输入端相连接，在额定值形成器(68)的输入端具有一测得的电网电压空间向量
Figure A9719885700033
一被测的共轭复电网电流空间向量
Figure A9719885700034
以及一相角((φsoll)且在用于确定一补偿器无功功率(QK)的装置的输入端具有一测得的电网电压空间向量
Figure A9719885700035
和一测得的共轭复补偿器电流空间向量
4．如权利要求3所述的装置，其特征在于：该调节装置(16)具有n个用于确定n个部分传输比空间向量 的另外的调节器(24,…,32)，它们各自有一用于形成一复傅里叶系数
Figure A9719885700038
的装置(72)、一积分调节器(74)、以及一用于形成一部分传输比空间向量
Figure A9719885700039
的装置(76)，且该n个另外的调节器(24,…,32)的输出端与一加法点(34)相连，其第一输入端与用于确定一基本传输比空间向量
Figure A97198857000310
的调节器(22)的输出端相连接。
5．如权利要求4所述的装置，其特征在于：
所述用于形成一复傅里叶系数
Figure A97198857000311
的装置(72)具有一后接有平均器(80)的乘法器(78)，其中乘法器(78)的一输入端与一单位空间向量形成器(82)的一输出端相连接。
6．如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述用于形成一部分传输比空间向量 的装置(76)具有一单位空间向量形成器(82)以及一乘法器(84)它在输入端一方面与积分调节器(74)，另一方面与单位空间向量形成器(82)相连接。
7．如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述用于基波分量相移无功功率(QN)的额定值形成器(68)具有一用于确定一瞬时有功功率(PN)的运算装置(44)、一平均器(46)、一常值器(63)以及一乘法器(58)，平均器(46)在输入端与运算装置(44)的输出端相连而在输出端与乘法器(58)的一输入端相连接，且乘法器(58)的第二输入端与常值器(63)相连接。
8．如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述用于确定一补偿器无功功率(Qk)的装置(64)具有一后接有平均器(46)的用于确定一瞬时无功功率(qk)的运算装置(44)。
9．如权利要求4至8中任一项所述的装置，其特征在于：设置有一用于调节装置(16)的信号处理器。
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