独立联合控制( 二 ) _生活百科

Lpf，Rpf)和脉冲宽度调製(PWM)三相全桥电压型逆变器及直流母线电容器(Cdc)组成。系统主要补偿由无源部分承担，有源部分改善滤波特性、抑制电网和SPF 间的谐振，承受非常小的电网基波电压和电流，其额定容量被大大降低。新型拓扑结构不用经过隔离变压器，系统複杂度被大大降低，经济实用性强。联合系统提出了改善动态回响并降低TCR 稳态误差的控制方法。由PI 控制器和提取所需的触发角来补偿负载所消耗的无功功率。非线性控制SHPF 进行电流跟蹤和电压调节。採用解耦控制策略，将dq坐标系的分量解耦线性化，控制SHPF的注入电流。直流电压使用输出反馈线性控制，该 SHPF 可以保持较低的直流侧电压。这个SHPF-TCR 相结合的拓扑结构及控制方法非常适合电力系统综合补偿无功功率和消除谐波电流。系统组成与建模在三相静止abc 坐标系变换到两相旋转dq坐标系，将电流id和iq进行微分，得出该系统的空间状态模型。由于状态变数{id,iq,Vdc}和开关状态函式{dnd,dnq}的存在，系统模型为非线性的。SHPF控制的三个状态变数必须独立地控制。因此通过解耦策略，充分分离它们各自的动态变数，可以避免内部电流环路和外部直流母线电压环路之间的相互作用。採用电流内环和直流电压外环模型时，TCR 电容电压的微分係数比较低，所以对所提出控制技术的性能没有显着的负面影响。因此，它们实际上可忽略不计，然后将电流进行解耦，得出输入变数。在变换过程中，对解耦后的电流进行跟蹤。电流id和iq可以被独立地控制，并且通过使用比例积分补偿器，实现快速动态回响和零稳态误差。跟蹤控制器的表达式为仿真与实验不投入无功负载，得出单相供电电流(is1)，负载电流(iL1)，SHPF-TCR电流(ic1)的仿真图形及直流侧电压(Vdc) 。SHAP 工作时，电源电流的总谐波失真，从25.72%降低到1.52% 。通过仿真验证SHPF-TCR 补偿器提供了非常良好的补偿性能，并且直流侧电压稳定在50 V 。在系统产生谐波和需无功功率时，通过实验观察SHPF-TCR 的补偿规律，如图8 所示为SHPF-TCR 补偿无功功率和消除谐波的稳态回响，该图波形是网侧电压(Vs1)、单相电源电流(is1)、负载电流(iL1)和混合滤波器的电流(ic1) 。SHPF-TCR 补偿负载电流(iL1)的动态回响。从该实验结果，可以观察到SHPF-TCR 补偿器能够有效地补偿谐波电流和无功功率。电源电流接近正弦，并保持与电压同相位。系统谐波由TCR 并联连线电容器和有源滤波器进行补偿。APF 被设定为仅补偿负载谐波，TCR 的谐波电流迫使流过电容器，这些谐波不会流过电源或负载。因此，保证了网侧的电能质量。控制结构简介APF 整机系统，由控制系统和功率系统两部分组成，其中控制系统包括 3 部分：谐波控制系统、直流电压外环和电网电压锁相环。谐波控制系统是 APF 控制系统核心，包括谐波检测和电流环两部分。从谐波控制系统结构角度进行对比分析，进一步提出了 APF 两种运行模式下的改进谐波独立控制系统结构。传统控制结构谐波集中检测结合集中电流环谐波集中检测结合集中电流环的传统谐波控制系统结构。其中谐波集中检测是指利用负载电流直接减去检测出的单频次分量(通常为基波正序分量等不需要 APF 补偿分量)得到总的全频段谐波指令电流，单频次分量检测常用的方法有离散傅里叶变换 (discrete Fouriertransformation，DFT)、瞬时无功等；集中电流环是指电流环开环部分採用单控制器，如比例积分(Proportional Integral，PI)(静止或者单同步坐标系下)或等效的单频次比例谐振器等。该结构简单易实现，但无法实现谐波独立控制，即谐波补偿频次的可选和程度的可设定，对谐波电流各频次分量的无静差跟蹤。谐波集中检测结合分次电流环谐波集中检测结合分次电流环结构的电流环採用多个控制器即各频次电流控制器，构成分次电流环。分次电流环控制器常为多比例谐振器或者多同步坐标系 PI，证明两者具有等效性，均可实现电流环对指定次谐波分量的无静差跟蹤，通过投入或者切出不同频次电流控制器以实现谐波补偿频次的选择。但是由于该结构採用谐波集中检测，无法实现对指定次谐波补偿的程度设定，也就不能完全实现谐波独立控制功能，而且分次电流环控制器随着选择频次的增多容易存在耦合，参数难整定，易出现稳定性问题。谐波分次检测结合集中电流环这种谐波分次检测结合集中电流环结构，採用谐波分次检测得到各需要补偿频次分量，再经过程度係数和频次选择，实APF 谐波独立控制功能 1 和 2；採用集中电流环，虽然避免了结构 2 中分次电流环的问题，但是存在对各指定频次谐波分量的跟蹤静差问题，即不能实现谐波独立控制功能 3，而且随着指定谐波频次的增高，静差会逐渐增大，大大降低 APF 的补偿精度。谐波分次检测结合分次电流环通过上面 3 种谐波控制系统结构，可很直接得到谐波分次检测结合分次电流环结构，但是实际套用中很少採用该结构，因为其运算量过大且占用大量的 DSP 资源，影响系统的实时性，且存在结构2 中分次电流环的问题，本文不再赘述。对比分析以上几种谐波控制系统结构，结构 1 虽然控制系统简单，但谐波独立控制3 方面功能均不能实现；结构 2 採用分次电流环实现了谐波独立控制功能 1 和 3，但由于採用谐波电流集中检测，不能实现谐波独立控制功能 2，且存在採用分次电流环的问题，即电流环控制器複杂、参数难调、易出现稳定性问题，占用资源过大；结构 3 与 2 相反，採用谐波分次检测实现谐波独立控制功能 1 和 2，但採用集中电流环虽然结构简单没有分次电流环的问题，可是不能实现谐波独立控制功能 3；结构 4 虽然可实现谐波独立控制 3 方面功能，但这是以控制系统过複杂、运算量和占用资源过大为代价，不适于实际套用。改进谐波分次检测结合集中电流环针对上述问题，根据以下两方面特性：1）集中电流环对输入的各频次分量增益固定，且可得；2）谐波分次检测得到的各频次分量通过乘以校準增益后，其幅值和相位均可调节，从而得到利用谐波分次检测后再分次校準集中电流环静差的改进谐波分次检测结合集中电流环的 APF 谐波控制系统结构，实现了谐波补偿频次可选、程度可设定的同时，实现了选择频次谐波无静差跟蹤补偿，即本文提出的 APF 谐波独立控制 3方面功能。改进结构包含两种运行模式，即指定次谐波补偿模式和全补偿模式。指定次谐波补偿模式，该模式下 APF 的谐波补偿频次可选，各选择频次谐波的补偿程度可独立设定，同时对各指定频次谐波分量可无静差跟蹤补偿，这种模式适用于需要补偿谐波频次数量不多的情况。全补偿模式，採用的方法是从负载电流中直接减去谐波分次检测的指定频次谐波分量，再加上校準集中电流环静差后的各频次谐波分量，即实现了谐波独立控制 3 方面功能，又实现了谐波全频段补偿，这种模式适用于需要大範围谐波频次补偿的情况。集中电流环静差分析和校準建立採用静止坐标系PI 控制器的集中电流环模型，通过该模型频域特性，定性和定量分析集中电流环静差，并给出谐波分次检测校準集中电流环静差的方法。集中电流环静差分析APF 通常採用数字控制器，为便于分析，本文在连续域下对数字控制系统进行建模和分析。採用静止坐标系PI 控制器的集中电流环的连续域近似模型採用