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1、一种适合于三相多功能变流系统控制策略的研究 郝炜1孙安坤2全炳文2 ( 1 天津电力培训中心，天津3 0 0 1 8 0 ；2 丰满发电厂，吉林吉林1 3 2 1 0 8 ) 随着电力电子装置日益广泛的应用，电网中的谐波污染也日益严重，另外许多电力电子装置和感性负 载的功率因数很低也给电网带来额外的负担并影响供电。尽管目前可通过集中补偿来提高整个电网或某 一用电部门的功率因数，使之达到规定要求，但仍不能解决从补偿点到电机这段供电线路因电机功率因数 过低造成电能传输的额外线损，因此消除谐波污染并提高功率因数，已成为电力系统，尤其是电力电子技 术中的一个重大课题。 1 功率因数任意可控策略原理 瞬
2、时功率理论控制策略( I P T ) 【1 和同步功率传输策略( S P F ) 2 均需检测负载电流，从而得到参考 电流的信息，单位功率因数控制策略( U P F ) 3 】无需检测负载电流，直接对电网输出电流进行控制，但 是无法实现对功率因数的控制。因此本文提出一种功率因数任意可控的控制策略，结构如图1 所示。 驱 动 图1 功率因数任意可控策略原理框图 在此控制策略中，只需检测任意一相的相电压，任意相位正弦波发生器有两个作用：1 ) 产生与电网电压相 位可在一9 0 。一9 0 0 变化的正弦波，从而电网功率因数可在0 。1 之间变化；2 ) 与电压P I 控制器的输出相乘，这里 的乘法
3、没有使用乘法器，只是概念上的乘法。任意相位正弦波发生器输出电网电流的参考值，将实际检测的电网 输出电流与瞬时参考电流的差值送人P W M 调制器，得到功率管的驱动信号，使电网输出电流跟踪理想参考电流。 这种控制策略具有U P F 控制策略的优点，无需复杂的实时计算，无需检测负载电流，仅需两个电流 传感器，并且省去了精密乘法器，减低了系统成本拓展了U P F 策略的应用范围，U P F 策略仅是这种控 制策略在相位为零时的一个应用特例。下面将用计算机仿真比较这种控制策略和I P T 策略及S P F 策略在补 偿非线性负载时的性能。 2 控制策略性能比较 为使比较条件一致，假设三相多功能变流系统
4、单独用作有源滤波器，补偿整流器带感性负载。具体 参数为：电网电压为工频5 0 H z ，相电压有效值为2 2 0 v ，三三相有源滤波器参数为：电容C = 2 2 0 0 仙f ， 滤波电感L f = 2 m H ，直流母线电压为7 0 0 v ；全桥二极管整流器接5 m H 和1 0 0Q 电阻，P W M 调制采用三 1 8 3 角波调制。下面所有的计算机仿真均由M a t l a b 软件完成，所有仿真结果均是根据系统数学模型进行数值计算 而得，开关器件只考虑理想状况【4 ，5 】，不计导通电阻、开关延时等。 2 1 电网电压理想情况下控制策略的性能比较 2 1 1 稳态性能比较 负载电
5、流如图2 一( a ) ，对应的频谱如图2 一( b ) 。分别采用I P T 策略、S P F 策略及功率因数任意可控的控 制策略，补偿结果如图3 5 所示。 从补偿后电网输出电流波形来看，在稳态时，三种控制策略都能有效地补偿谐波，从补偿后电流频 谱来看，这三种策略在补偿低次谐波( 5 次、7 次、11 次等) 性能上很接近，都能有效地补偿抑制低 次谐波，使电网输出干净的正弦电流。 警屯w 可V 讥 ( a ) 一相负载电流 图2 负载电流和频谱 麓一2 囊一4 一6 一8 ( a ) A 相负载电流( b ) 电流频谱 图3 采用拓展U P F 策略后的补偿结果 2 1 2 暂态性能比较
6、当非线性负载电流发生阶跃变化时，即非线性负载消耗的有功功率产生阶跃变化，此时电网输出电流 随之产生相应的变化。而能否快速跟踪负载电流的变化，也反映了控制策略的优势。采用I P T 策略。拓 展U P F 策略补偿结果如图4 5 所示。因为I P T 策略和S P F 策略的暂态性能接近，因此补偿结果只示出了I P T 策略。从图示的补偿结果来看，拓展U P F 策略则略逊一点，这是因为它是建立在平均值基础上，而I P T 和S P F 是建立在瞬时值基础上。 10 5 麓o S i0 t 3 ( a ) A 相负载电流( b ) 电容电压 图4 采用I P T 策略的补偿结果 7 2 0 ；一
7、一I 孙71垂5710，、 i _ 弼 jr 、 蜘r ”1 j 。、。”“ 震一，。l 啪鲥萨磊再否i 话话一褥r 如 ( a ) A 相负载电流( b ) 电容电压 图5 采用拓展U P F 策略的补偿结果 。 纛 从图示4 ，5 的电容电压的波动看出，在暂态时电容电压波动幅度略有差别。采用I P T 策略和S P F 策略 时，电容电压变化幅度很接近；而采用拓展u P F 策略时，电容电压的变化幅度大于其它两种策略。因 此，在实际应用时，若采用拓展U P F 策略，相对于! P T 策略和S P F 策略，在保证相同电压变化幅度的前 提下，必须选取较大容量的电容。 2 2 电网电压非理想
8、情况下控制策略的性能比较 在电网电压理想的情况下三种控制策略的补偿性能相差无几。但在电网电压非理想的情况下，补 偿性能将有明显差异。电网电压非理想一般包括电压不平衡、电压畸变，下面将逐一比较分析。 2 2 1 电网电压不平衡时 假设电网电压出现1 0 的负序电压，三种控制策略的仿真结果见文献 6 。由仿真结果可以看出三者 的补偿结果有明显的差异，采用I P T 时，电网输出电流出现畸变，而采用S P F 策略和功率因数可控策略， 电网输出平衡的三三相正弦电流。 2 2 2 电网电压畸变时 电网电压出现畸变，即电网电压出现谐波成分。为分析方便，假设电网电压中有1 0 的5 次谐波 其三种控制策略
9、补偿结果波形见参考文献 6 ，可以看出三者的补偿结果有明显的差异，采用I P T 时，电 网输出电流出现畸变；采用S P F 策略，电网输出与相电压一致的电流；而采用功率因数任意可控策略， 电网输出平衡的三相正弦电流。 3 结论 本文提出了一种适合于三相多功能变流系统的功率因数任意可控的控制策略，仿真分析表明该控制策 略与传统控制策略相比具有无需检测负载电流、元需复杂的实时计算、无需昂贵的乘法器、不受电网电 压中负序分量和谐波分量影响以及功率冈数任意可控等优点。 参考文献 1 AK a g i H ，K a n a z a w aY ，N a b a e A I n s t a n t a n
10、 e o u sR e a c t i v eC o m p e n s a t o r sC o m p r i s i n gS w i t c h i n gD e v i c e s w i t h o u tE n e r g yS t o r a g eC o m p o n e n t s I E E ET r a n s I n d u s t r yA p p l i c a t i o n s1 9 8 4 ，2 0 ( 3 ) ：6 2 5 - 6 3 0 2 C h e eWL u N e wC o n t r o lS t r a t e g yf o rS h u
11、n tP o w e rC o n d i t i o n e r s E l e c t r i cP o w e rS y s t e m sR e s e a r c h 1 9 9 9 ，5 1 ：1 0 3 1 0 8 3 W uJ C ，J o u H L S i m p l i f i e dC o n t r o lM e t h o df o r t h eS i n g l e p h a s eA c t i v eP o w e rF i l t e r I E E EP o w e r E n g i n e e r i n gR e v i e w1 9 9 6 。
12、1 4 3 ( 3 ) ：5 6 - 6 0 4 B S i n g h ，A C h a n a r a ，”C o m p u t e r A 1 d e dM o d e l i n ga n dS i m u l a t i o no fA c t i v eP o w e rF i l e r s ”，E l e c t r i c M a c h i n ea n dP o w e rS y s t e m s ，1 9 9 9 ，2 7 ：1 2 2 7 - 1 2 4 1 5 G e z aJ o o s , ”S i m u l a t i o no fA c t i v eP o w e rFi l t e r sU s i n gS w i t c h i n gF u n c t i o n ”I E E ET r a n s I n d u s t r yA p p l i c a t i o n s1 9 9 8 。1 2 4 ( 2 ) ：1 6 3 1 6 7 6 阮立飞一种三相多功能电流系统的研究 D 上海：上海交通大学，2 0 0 1 1 8 5
