饋能式非線性負載模擬裝置研究.pdf

1、隨著電力電子設備在電力系統(tǒng)中的大量使用,非線性負載造成的諧波問題日益嚴重。各種電能質(zhì)量監(jiān)測、計量儀器及電能質(zhì)量補償裝置應運而生。如何對這些電能質(zhì)量監(jiān)測、計量儀器或電能質(zhì)量補償裝置進行標準、快速的測試顯得極為迫切。傳統(tǒng)負載模擬裝置采用功率電阻、整流橋等無源器件,裝置能耗高、調(diào)節(jié)不靈活,且加劇了電網(wǎng)側的諧波污染。
　　 本文提出了一種能量回饋型負載模擬裝置,該裝置采用雙PWM電壓型功率變換器形成背靠背的拓撲結構,即由負載模擬變換器和

2、能量回饋變換器構成。負載模擬變換器完成模擬多種線性、非線性負載的任務,能量回饋變換器負責直流側電壓調(diào)節(jié)并補償負載模擬變換器工作過程中產(chǎn)生的無功電流和諧波電流,使電網(wǎng)只需向整套裝置提供極小的有功電流。裝置控制系統(tǒng)由PC上位機和控制電路板組成,PC上位機進行負載類型選擇,控制裝置的啟停,控制電路板主要完成具體的指令電流跟蹤控制。
　　 文章分析了阻感、阻容型整流橋以及交流調(diào)壓型非線性負載的工作過程,根據(jù)理論推導得到工作波形,應用FF

3、T(快速傅里葉變換)技術進行諧波特性分析,為饋能式非線性負載模擬裝置的研究提供了理論基礎。
　　 由于該裝置的基本單元是電壓型功率變換器(VSC),因此本文建立了VSC的數(shù)學模型,推導出不同開關狀態(tài)下對應的交流側輸出電壓。根據(jù)VSC穩(wěn)態(tài)工作時的向量圖,分析了各種功率因數(shù)下的工作狀態(tài),確定了工作范圍。依據(jù)脈寬調(diào)制成功的條件,確定了VSC直流側電壓水平,根據(jù)裝置容量水平確定了電容值。VSC交流側電流濾波器性能是影響模擬效果的一個指標

4、,為了有效抑制高頻電流成分,裝置采用LCL濾波器,文章對LCL濾波器進行了詳細參數(shù)設計和性能分析。從穩(wěn)態(tài)工作和電流跟蹤角度確定了電感總量的取值范圍,再根據(jù)裝置容量和LCL諧振頻率確定了濾波電容和阻尼電阻的取值。建立了LCL電路模型,從伯德圖上對比了LCL和L濾波器對高頻信號的衰減能力。此外,LCL的諧振特性使得VSC交流側電流和網(wǎng)側電流存在偏差,文中提出一種基于LCL傳遞函數(shù)的指令電流修正方法,解決了模擬電流失真的問題。
　　

5、本文還對VSC的常見的電流跟蹤控制方法進行了對比。電流滯環(huán)跟蹤控制模擬效果較好,但不適用于數(shù)字控制,而用于數(shù)字控制的定頻滯環(huán)模擬效果較差;在對基于載波技術的PI控制的研究中,將LCL濾波器簡化為L濾波,采用工程化的設計方法進行參數(shù)整定,并進行了穩(wěn)定性分析,但這種電流跟蹤方法受限于PI控制器的帶寬,對高頻電流無法跟蹤;無差拍控制解決了帶寬問題,但是控制上存在采樣和計算延時,電流跟蹤誤差較大。為了降低控制誤差,文中提出了一種基于采樣電流反饋

6、預測的無差拍控制方法,這種方法提高了時間利用率并且提高了控制精度。
　　 直流電壓控制是裝置穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié),本文采用移動平均濾波器對直流電壓濾波,它對基波及倍頻信號有很強的抑制作用。直流電壓調(diào)節(jié)采用無靜差的PI控制器,PI參數(shù)仍用工程化的方法進行整定。為解決電壓超調(diào)量過大的問題,文中提出采用積分清零的策略,即在電壓上升至穩(wěn)態(tài)目標+靜差值時對積分清零,從而抑制超調(diào)。
　　 本文的控制方法和參數(shù)均在Simulink軟件里