[发明专利]一种大功率无功与谐波动态混合补偿系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种大功率无功与谐波动态混合补偿系统的控制方法。该混合补偿系统包括SVG、TSF组和控制器，SVG和各TSF并联接入电网。本发明以SVG与TSF组间的电网的三相电流为检测对象，通过控制器对各传感器采集的电压、电流值作处理，依混合逻辑判断获得TSF的投切信号，从而实现分级补偿负载的大部分无功功率并滤除特定次谐波；另依据瞬时功率理论获得SVG的控制参数，从而连续补偿负载的剩余无功功率和谐波。本发明提供了一种大容量无功与谐波快速连续补偿的高性价比方案，可完全消除无源装置投切对电网的冲击并避免其谐波电流流入电网，节能减排，绿色环保，具有良好的社会经济效益，应用领域广泛，特别适于应用在石油钻井领域。

主权项

一种大功率无功与谐波动态混合补偿系统的控制方法，所述混合补偿系统包括静止无功发生器(1)、晶闸管投切调谐滤波器组(2)和控制器(5)，所述静止无功发生器包括三相电压型逆变器和滤波器，所述晶闸管投切调谐滤波器组包括一个以上晶闸管投切调谐滤波器，所述静止无功发生器(1)和各所述晶闸管投切调谐滤波器并联接入电网；其特征是：所述控制器包括谐波检测模块、电流跟踪模块、脉冲宽度调制模块和混合逻辑判断模块；利用电压传感器在电网侧实时获取电网的三相电压U_a、U_b、U_c，利用电流传感器实时获取所述静止无功发生器(1)与晶闸管投切调谐滤波器组(2)之间的电网的三相电流I_a、I_b、I_c，利用电流传感器实时获取所述静止无功发生器(1)输出的三相电流I_Ga、I_Gb、I_Gc，利用电压传感器实时获取所述静止无功发生器(1)的直流母线电压U_dc；所述控制方法包括：所述控制器(5)的谐波检测模块依据在电网侧获取的电网的当前三相电压、所述静止无功发生器(1)与晶闸管投切调谐滤波器组(2)之间的电网的当前三相电流和所述静止无功发生器(1)的当前直流母线电压，实时计算得到所述静止无功发生器(1)与晶闸管投切调谐滤波器组(2)之间的电网的三相电流的当前基波无功电流I_sq和当前谐波电流I_ah、I_bh、I_ch，所述当前谐波电流I_ah、I_bh和I_ch中包含无功功率；并且，所述控制器(5)执行有以下步骤：步骤1)：所述混合逻辑判断模块将静止无功发生器(1)与晶闸管投切调谐滤波器组(2)之间的电网的三相电流的当前基波无功电流I_sq减去晶闸管投切调谐滤波器组(2)的当前输出电流之和I_Tm而得到负载的当前实际基波无功电流I_q，再对当前实际基波无功电流I_q进行求导得到当前实际基波无功电流变化率dI_q/dt；然后利用当前实际基波无功电流I_q、当前实际基波无功电流变化率dI_q/dt以及晶闸管投切调谐滤波器组的当前第一开关逻辑向量、当前第三开关逻辑向量进行混合逻辑判断而得到晶闸管投切调谐滤波器组的当前第二开关逻辑向量；其中，所述晶闸管投切调谐滤波器组的当前输出电流之和I_Tm按式(1)所示方法得到：I_Tm＝(S₁+S₂+…+S_m)6πfcU/[(2πf)²lc‑1]      (1)式(1)中，l表示单个晶闸管投切调谐滤波器的串联电感值，c表示单个晶闸管投切调谐滤波器的电容值，U表示电网的相电压，f表示电网的基波频率；S₁,S₂,…S_m表示晶闸管投切调谐滤波器组的当前第三开关逻辑向量M₃＝(S₁,S₂,…S_m)中的各元素，第三开关逻辑向量在初始时为(0,0,...0)；所述当前第一开关逻辑向量表示为M₁＝(T₁,T₂,…T_i,…T_m)，第一开关逻辑向量在初始时为(0,0,...0)；T_i的取值为1或者0，其中，T_i的取值为1时表示晶闸管投切调谐滤波器组中的第i个晶闸管投切调谐滤波器投入到电网中，T_i的取值为0时表示晶闸管投切调谐滤波器组中的第i个晶闸管投切调谐滤波器从电网中切除；所述当前第二开关逻辑向量表示为M₂＝(H₁,H₂,...H_m)；所述m表示所述晶闸管投切调谐滤波器组中可供投切的晶闸管投切调谐滤波器的总数量；步骤2)：所述混合逻辑判断模块判断当前实际基波无功电流变化率dI_q/dt是否满足以下式(2)：|dI_q/dt|<Δ            (2)式(2)中，Δ表示正数；如果满足式(2)，则将当前第二开关逻辑向量赋值给当前第一开关逻辑向量而得到更新后的第一开关逻辑向量，接着，所述混合逻辑判断模块一方面执行步骤3)，一方面开始计时；并且，当混合逻辑判断模块判断其计时时间t_d大于预先设定的计时阈值时，将更新后的第一开关逻辑向量赋值给当前第三开关逻辑向量而得到更新后的第三开关逻辑向量，再利用更新后的第三开关逻辑向量通过式(1)计算得到所述晶闸管投切调谐滤波器组的更新后的输出电流之和I_Tm，然后返回执行步骤1)；如果不满足式(2)，则保持当前第一开关逻辑向量不变；然后一方面返回执行步骤1)，一方面执行步骤3)；步骤3)：所述混合逻辑判断模块将当前第一开关逻辑向量M₁分别输出到所述晶闸管投切调谐滤波器组的各晶闸管投切调谐滤波器的功率驱动电路中，而使各晶闸管投切调谐滤波器得到相应的投切信号；各晶闸管投切调谐滤波器再按照各自得到的投切信号进行投切，以补偿负载的部分无功功率并滤除特定次谐波；步骤4)：所述控制器将所述静止无功发生器(1)与晶闸管投切调谐滤波器组(2)之间的电网的三相电流的当前谐波电流I_ah、I_bh、I_ch作为指令电流对应减去静止无功发生器(1)当前输出的三相电流I_Ga、I_Gb、I_Gc，由此得到谐波电流误差；该谐波电流误差依次经由所述电流跟踪模块、脉冲宽度调制模块进行处理后得到所述谐波电流误差的脉冲宽度调制信号，所述静止无功发生器的三相电压型逆变器中的功率驱动电路按照该谐波电流误差的脉冲宽度调制信号对静止无功发生器输出的三相电流进行调制，由此连续补偿负载的剩余无功功率和谐波。