[发明专利]基于模糊PI控制的三相不平衡补偿装置

说明书

技术领域

本发明属于电路控制技术领域，尤其是一种基于模糊PI控制的三相不平衡补偿装置。

背景技术

随着现代电力电子设备等非线性负荷大量接入电网，使得配电网三相负荷不平衡；三相负荷不平衡会导致诸如电网电压、电流不平衡、电压波动及闪变、功率因数低、线路损耗等许多不良影响；严重缩短了设备的使用寿命，严重时将会导致电力设备不能正常工作；在申请号为201610634677.X中公开了一种三相不平衡智能补偿装置，包括信号采样单元、中央控制单元、正序负序补偿单元、零序补偿单元；其特征在于：所述的信号采样单元连接串联在电网上的电压采样单元和电流采样单元；所述的信号采样单元将从所述的电压采样单元和电流采样单元采样到的信息发送给所述的中央控制单元进行处理分析，所述的中央控制单元控制连接在电网中的所述的正序负序补偿单元和零序补偿单元；所述的正序负序补偿单元包括LCL滤波器和正负序IGBT逆变桥，所述的零序补偿单元包括曲折变压器T和零序IGBT逆变桥，能有效改善三相不平衡所引起的电能损耗和设备损害，有效补偿电网中存在的零序电流和负序电流，正序电流相间转移，使三相电流平衡，该发明虽然能实现快速调节的稳定性，但是其结构复杂，操作不便，需要消耗电能来提高稳定性和可靠性，因此需要提出一种采用模糊控制器的正、负序叠加补偿控制方法，实现配电网无功功率补偿和三相负荷平衡。其中，模糊PI控制器结合了模糊控制技术和PI控制器的优点，可以实时调整PI参数，具有良好的动态性能。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种基于模糊PI控制的三相不平衡补偿装置，采用静止同步补偿器并入电网来补偿配电网三相负荷不平衡和无功功率，静止同步补偿器采用模糊控制器的正、负序叠加补偿控制方法，正序控制实现配电网无功功率补偿，负序控制实现三相负荷不平衡，模糊PI控制器结合了模糊控制技术和PI控制器的优点，可以实时调整PI参数，具有良好的动态性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于模糊PI控制的三相不平衡补偿装置，包括正序补偿网络、负序补偿网络和控制模块；

正序补偿网络，将逆变器交流测电压源u_c0(1)通过逆变器等效电阻R和串联电抗器L与系统侧电压源u_s相连，实现配电网无功功率补偿；

负序补偿网络，将逆变器交流测电压源u_c0(2)与逆变器等效电阻R和串联电抗器L相连，实现三相负荷不平衡；

控制模块采用采用正序控制与负序控制叠加控制，正序控制首先利用无功功率Q_C的扰动值，通过模糊规则与推理模块以及PI控制器模块产生θ₁控制信号，利用逆变器交流测基波电压信号u_dc0的扰动值，通过模糊规则与推理模块以及PI控制器模块产生控制信号，采用电流间接法控制正序控制；

负序控制首先利用逆变器交流测基波电流i_c0的扰动值，通过模糊规则与推理模块以及PI控制器模块产生θ₂控制信号，提取负荷电流i_L的相位产生控制信号，采用相位与调制比来控制负序电流和相位，其中PI控制模块采用模糊规则与模糊推理模块进行控制，实现配电网的无功补偿和三相负荷平衡。

正、负序电流叠加补偿控制，无需增加硬件成本，能够有效补偿无功和维持三相负荷平衡。

模糊控制模块采用采用正序控制与负序控制叠加控制，正序控制采用电流间接法控制正序控制，负序控制采用相位与调制比来控制负序电流和相位。

PI控制模块采用模糊规则与模糊推理模块进行控制，模糊PI控制器结合了模糊控制技术和PI控制器的优点，能够实时调整PI参数，具有良好的动态性能。

本发明采用静止同步补偿器STATCOM(Static Synchronous Compensator),其响应速度快，稳定性好，对综合解决上述电能质量问题有良好的效果。STATCOM作为主电路，采用相关控制策略，来实现三相不平衡负荷以及无功功率的补偿。

STATCOM的基本原理是将桥式变流电路通过电抗器并联在电网上，通过适当调节桥式变流电路交流侧输出电压的相位和幅值，或直接控制其交流侧输出的电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现三相不平衡负荷和动态无功补偿的目的。