專利名稱：Svc特定次數諧波預測消除控制方法及其實現裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統靜止無功補償器和混合注入式有源濾波器的核心技術，特別是一種SVC特定次數諧波預測消除控制方法及其實現裝置。

背景技術：
本世紀70年代以來，由于電力電子技術的飛速發展，各種電力電子變流裝置在電力系統、工業、交通及家庭中的應用日益廣泛，電網中的諧波污染愈加嚴重；同時，由于大多數電力電子裝置的功率因數很低，也大大降低了電網的供電質量。因此，消除諧波污染、提高功率因數已經成為當前電力運行和生產部門的重大課題。有源濾波及無功補償裝置是屬于靈活交流輸電或柔性輸電(Flexible AC Transmission System)的新一代電力產品，它的工作原理與傳統的電力設備存在著本質上的不同。有源濾波及無功補償裝置是利用大功率電力電子器件(如IGBT、GTO)制造一個系統需要的電源，該電源可以產生與系統諧波反相的同樣諧波來抵消系統中的諧波，也可以為電力系統提供需要補償的無功電流，實現濾除諧波和無功補償的目的。與傳統的補償方法相比，有源濾波及靜止無功補償裝置可以實現感性無功到容性無功的補償；可以實現根據系統對無功的需求，而基本做到“即時”調整，調整時間可小于0.01s。
目前，靜止無功補償器主要包括晶閘管控制電抗器TCR和晶閘管控制電容器TSC、晶閘管控制電抗器和固定電容器FC等結構形式。由于TCR發出的電流為非正弦，諧波含量較大，必須配套相應的濾波裝置。傳統的SVC濾波裝置采用的是一組無源濾波器(PPF)組，它結構簡單、成木低、技術成熟.但它最大的缺點是濾波特性受電網阻抗的影響，可能發生電網與濾波器間的串、并聯諧振，不能對諧波實現動態補償，有效材料消耗多，體積大。
有源濾波器APF具有良好的濾波特性，并且不會構成諧振。然而由于大功率可關斷器件(GTR、GTO、IGBT)發展水平的限制，APF承擔不了高電壓、大容量的非線性負荷交流系統側諧波抑制的要求。為了滿足大容量非線性負荷的濾波要求.從上世紀90年代至今有些人提出了各種APF與PF混合的濾波結構，即混合有源電力濾波器HAPF。
而HAPF兼顧了兩者的長處，初期投資小，性價比高，能滿足高壓大容量系統實用化的要求，是目前工程中非常具有應用前景的形式。然而對SVC和HAPF的聯合運行，在研究和工程應用方面，還很少有人涉及，而且沒有人提出一種方案涉及實現HAPF對SVC的發出的特定次數諧波進行抑制。其技術的難點在于解決HAPF濾波效果和系統動態性能之間存在矛盾，以及如何實現對SVC和HAPF的協調控制，避免兩者控制器之間的交互影響，提高系統運行性能和穩定性。


發明內容
本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，提出一種SVC特定次數諧波預測消除控制方法及其實現裝置，能夠實現對SVC裝置快速、有效的諧波補償，改善SVC的動態性能指標，提高SVC的穩定性。
為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是，利用HAPF采用模糊預測自適應控制算法消除SVC工作時產生的2次，5次，7次，11次，13次諧波，具體包括以下步驟 a.將負載電流Ilh采用dq變換實現負載電流諧波與基波的分離，其中引入電源電壓矢量SRF法檢測同步旋轉角。
b.參考基波電流分量，由SVC閉環多反饋PI調節器和非線性環節得到SVC控制輸出； b.由負載諧波電流，采用遞推積分PI控制算法，得到HAPF輸出量參考值； c.將本周期負載的諧波電流與上一周期的諧波電流估計值相減得到控制輸出諧波電流修正量ΔIlh1； d.參考本周期的SVC諧波電流輸出，采用模糊預測自適應控制算法得到下一周期諧波輸出修正系數ΔIlh2； e.把HAPF的輸出量參考值與上述兩個修正量ΔIlh1和ΔIlh2相加，得到其控制輸出。
本發明中還包括實現SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置，在原有的SVC基礎之上，增加了HAPF以及一套雙DSP控制板，利用混合注入式有源濾波器HAPF對靜止無功補償器SVC發出2次，5次，7次，11次，13次諧波進行預測和濾波。其中混合注入式有源濾波器，由有源部分、輸出濾波器、耦合變壓器、基波串聯諧振電路、無源濾波支路組成；所述混合注入式有源濾波器采用負載電流前饋控制策略，即IAPF(S)＝F(s)Ilh，Ilh為負載諧波電流。
其中靜止無功補償器SVC由機械投切電容器MSC和晶閘管控制電抗器TCR兩個部分組成；通過對TCR觸發角的控制，實現感性無功的連續調節；通過對MSC的投切控制，實現容性無功的間隔調節。
雙DSP控制板由基于McBSP端口的雙DSP互連構成。所述雙DSP控制板由兩塊控制芯片(TMS320F2812)實現SVC和HAPF的協調控制，該控制板的功能包括對負載電壓、電流六路信號進行高速、同步數據采集，濾波處理，基波、諧波計算，得到控制輸出的參數，然后輸出PWM控制信號，實現全雙工的數據通訊，與SVC與HAPF實現數據交互，實現諧波電流的快速檢測和計算，提高系統響應速度和數據處理能力。
綜上所述，本發明所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法及實現所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置能夠實現對SVC裝置快速、有效的諧波補償，改善SVC的動態性能指標，提高SVC的穩定性，實現了對電網無功和功率因數的優化控制，為電力系統提供了大量的動態無功儲備，對于穩定母線電壓，補償輸電網的無功功率具有重要的作用，有效提高了電力系統的輸電容量。



圖1為本發明中實現所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置結構示意圖； 圖2為本發明中dq變換實現負載電流諧波與基波的分離原理示意圖； 圖3為本發明所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的流程圖； 圖4為本發明中模糊預測自適應控制算法結構框圖； 圖5為本發明中雙DSP控制板的結構示意圖。

具體實施例方式 本發明實現所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置結構如圖1所示。
SVC的電氣接線為1組機械投切電容器MSC和1個晶閘管控制電抗器TCR支路。所有SVC支路都掛接于10kV母線上，10kV母線為兩臺主變壓器的三次繞組，主變壓器一次繞組為220kV輸電線路的進線，主變壓器的二次繞組為121kV輸電線路的出線。這種接線方式使得SVC可以在相對較低的電壓等級(10kV)下對更高等級(220kV)的整個輸電線路進行動態無功補償。
HAPF的電氣接線為2次諧波諧振的無源濾波支路和基波串聯諧振電路掛接在10kV母線上。以電壓型逆變器作為主要的有源部分，采用基于智能IGBT模塊的脈寬調制PWM逆變器，直流端為一大電容，輸出端接有輸出濾波器，以此來濾除開關器件通斷造成的高頻毛刺。有源部分通過耦合變壓器，再經過與電網2次諧波諧振的無源濾波支路接入電網。由于LC電路在基波頻率處發生串聯諧振，阻抗很小，逆變器只承受很小的基波電壓，因此裝置有效地克服了有源濾波器的容量限制，而對于高于基波頻率的諧波分量，LC電路阻抗較大，有源部分產生的諧波電流絕大部分將流入主電路，不會對有源部分的諧波輸出產生嚴重影響。
參見圖2為dq變換實現負載電流諧波與基波的分離原理，電源電壓矢量SRF法檢測同步旋轉角原理如下 對三相電源電壓，負載電流進行abc-αβ變換，即 在αβ坐標系中，電流矢量i在電壓矢量u上的投影為 在αβ坐標系變換的dq坐標系 參見圖3為本發明SVC特定次數諧波預測消除控制方法的實現流程圖。
本發明所述的模糊預測自適應控制算法不需要辨識過程參數，只需在線檢測過程實際輸出及期望輸出。若在k采樣時刻，設y(k)為過程實際輸出，ω(k)為過程的期望輸出，z-1為滯后算子。定義e(k)、Δe(k)、Δ2e(k)為過程實際輸出與期望輸出的偏差、偏差變化率，偏差加速度，它們可以描述為 e(k)＝ω(k)-y(k)， Δe(k)＝e(k)-e(k-1)＝(1-z-1)e(k) Δ2e(k)＝Δe(k)-Δe(k-1)＝(1-2z-1+z-2)e(k) 自適應算法控制為 ua(k)＝g(k)[e(k)+2K(k)Δe(k)+2K2Δ2e(k)] 其中g(k)為控制器增益；K(k)控制器參數。
圖4為模糊預測自適應控制算法結構，Ke和KΔe分別為e(k)和Δe(k)的量化因子；Ku為比例因子；e(k)和Δe(k)相應的語言變量E(k)和ΔE(k)為控制器輸入；控制量ΔU(k)為輸出變量。它們的模糊集和論域分別定義如下 E(k)的模糊集為{NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB}，ΔE(k)，ΔU(k)的模糊集均為{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，E(k)，ΔE(k)，ΔU(k)的論域均為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，O，1，2，3，4，5，6}；模糊規則為if E(k)＝AiandΔE(k)＝Bj，thenΔU(k)＝Cl.其中Ai，Bj，Cl為E(k)，ΔE(k)，ΔU(k)相應的模糊集。
如果k時刻過程輸出比期望輸出小，并且過程輸出有比期望輸出值更小的趨勢。那么，可以推斷k-1時刻過程的輸入太小，應增大k-1時刻控制器的輸出。相反，如果k時刻過程輸出值比期望輸出值有更大的趨勢，那么，可以推斷k-1時刻過程的輸入太大，應減小k-1時刻控制器的輸出。用同樣的分析方法可以得到其它逼近模式下控制量的模糊校正規則，如表1 表1模糊預測控制規則 用附表的模糊控制規則進行推理可以得出模糊控制器語言規則的輸入、輸出關系 由雙DSP控制板實現SVC與HAPF控制器的并行計算和數據共享，實現兩者的協調控制和系統優化工作。雙DSP控制板采用獨立的供電系統，通過光纖傳輸PWM控制信號，實現高低壓電氣隔離，由專用的脈沖觸發裝置控制晶閘管和絕緣柵雙極晶體管IGBT，具體結構參見圖5。
權利要求
1.一種SVC特定次數諧波預測消除控制方法，其特征在于，采用基于模糊預測自適應控制算法對SVC系統的2次，5次，7次，11次，13次諧波進行預測，預測結果用以修正混合注入式有源濾波器HAPF的由負載電流前饋控制的PWM輸出，控制HAPF輸出與SVC特定次數諧波電流大小相等，相位相反的諧波電流，包括以下步驟
a.將負載電流Ilh采用dq變換實現負載電流諧波與基波的分離，其中引入電源電壓矢量SRF法檢測同步旋轉角。
b.參考基波電流分量，由SVC閉環多反饋PI調節器和非線性環節得到SVC控制輸出；
b.由負載諧波電流，采用遞推積分PI控制算法，得到HAPF輸出量參考值；
c.將本周期負載的諧波電流與上一周期的諧波電流估計值相減得到控制輸出諧波電流修正量ΔIlh1；
d.參考本周期的SVC諧波電流輸出，采用模糊預測自適應控制算法得到下一周期諧波輸出修正系數ΔIlh2；
e.把HAPF輸出量參考值與上述兩個修正量ΔIlh1和ΔIlh2相加，得到其控制輸出。
2.實現如權利要求1所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置，包括靜止無功補償器SVC，其特征在于，還包括混合注入式有源濾波器HAPF以及一套雙DSP控制板，其中靜止無功補償器由機械投切電容器MSC和晶閘管控制電抗器TCR兩個部分組成；混合注入式有源濾波器由有源部分、輸出濾波器、耦合變壓器、基波串聯諧振電路和無源濾波支路組成，雙DSP控制板由基于McBSP端口的雙DSP芯片互連構成。
3.根據權利要求2所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置，其特征在于，所述HAPF的電氣接線為2次諧波諧振的無源濾波支路和基波串聯諧振電路掛接在10kV母線上，以電壓型逆變器作為有源部分，直流端為一個大容量電容，輸出端接有輸出濾波器，有源部分通過耦合變壓器接入無源濾波支路；所述靜止無功補償器SVC的電氣接線為MSC與TCR直接掛接在10kV母線。
4.根據權利要求2所述SVC特定次數諧波預測消除控制方法的裝置，其特征在于，雙DSP芯片均為芯片TMS320F2812。
全文摘要
本發明公開了SVC特定次數諧波預測消除控制方法及其實現裝置，采用基于模糊預測自適應控制算法對SVC系統的2次，5次，7次，11次，13次諧波進行預測，預測結果用以修正混合注入式有源濾波器HAPF的由負載電流前饋控制的PWM輸出，控制HAPF輸出與SVC特定次數諧波電流大小相等，相位相反的諧波電流，達到濾波諧波，改善裝置動態性能，提高系統穩定性的目的，實現了對電網無功和功率因數的優化控制，為電力系統提供了大量的動態無功儲備，對于穩定母線電壓，補償輸配電網的無功功率具有重要的作用，有效提高了電力系統的輸電容量。
文檔編號H02J3/01GK101202447SQ20071019266
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月19日 優先權日2007年12月19日
發明者安 羅, 棟 陳, 帥智康, 偉 趙, 玲 李, 劉秋英 申請人:湖南大學