CN106253296B - 用于中频供电系统的终端补偿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种本发明公开了一种用于中频供电系统的终端补偿控制方法，采用锁相环跟踪中频供电系统的终端输入电压相位，并对该相位进行移相和基于输出电流与线缆移相系数的前馈补偿处理，得到终端输出电压参考相位，在此基础上，通过互错开关频率及静止坐标系下的交流量比例谐振调节，实现终端输出电压的实时动态补偿。本发明中终端补偿控制是对输出电压幅值和相位的双重补偿；考虑了终端输出到负载的线路感抗，增加了参考电压相位前馈补偿，解决不同负载切换带来的电压波动问题；在静止坐标系下对补偿电压进行交流量比例谐振调节，提高了终端动态补偿能力，解决瞬时电压跌落问题。

Description

用于中频供电系统的终端补偿控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器补偿控制技术领域，具体涉及一种用于中频供电系统的终端补偿控制方法。
背景技术
随着中频集中式供电系统的发展，中频供电系统输出电能质量问题受到的关注程度与日剧增。图1所示的集中式供电方式下，系统内的不同负载，均集中在一个中频电网中，其工况可能存在相互的耦合，不同负载也会存在一定的相互影响，随之而来的主要电能质量问题如下：
(1)线路压降
由于中频供电系统具有频率高和低压大电流的特点，且输电线路存在较长的情况，导致中频供电系统的线路压降远大于工频电网，且中频电网本身电压等级就低，故压降的影响更加明显，对于远端负载电压水平有可能低于正常工作要求。
(2)负载投切产生的电压波动
中频供电系统运行时，冲击性负载的投切或大功率设备的启动势必会对中频电网造成一定的冲击，使中频供电系统输出电压产生波动，这些不良的变化不仅影响中频供电系统自身的安全性，也会将不利影响扩展到同一电源供电的邻近负载。中频负载一般都是比较精密的设备，属敏感性负荷，它们对电压波动十分敏感。
(3)瞬时电压跌落
当供电负载出现短路故障时，在系统保护动作前，会出现较大的短路电流，导致中频供电系统输出电压发生大幅度的跌落，严重影响其它负载的供电品质。
因此，为了解决中频供电系统的输出电能质量问题，对于其终端补偿控制的研究显得尤为重要。
国外以美国佐治亚工学院、田纳西大学、德国西门子公司，国内以清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学等机构对工频领域的综合型电能质量控制器进行了较多的研究。然而，对于中频供电系统终端补偿控制的研究涉及较少，主要集中在中频有源电力滤波器的研究。其为解决中频系统非线性负载带来的谐波电流问题具有良好的帮助，但基本都配置在很小范围内的独立小容量中频供电系统内，在这种系统内，严重的电压问题基本不存在；也有个别研究机构针对中频系统内的电压质量问题，研制出了小容量压降补偿器，并投入使用，虽对由长距离输电线路引起的稳态线路压降起到一定的补偿作用，但对其它由冲击或电路故障引起的电压波动和大幅度电压跌落没有任何的帮助。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于中频供电系统的终端补偿控制方法，该控制方法可以同时解决中频供电系统稳态线路压降、负载投切产生的电压波动、瞬时电压跌落、相位补偿等电能质量问题，保证系统内各负载的可靠稳定运行。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种用于中频供电系统的终端补偿控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：采用离散化数字锁相环跟踪中频供电系统的终端输入相电压UAN的相位ω1，再将终端输入相电压UAN的相位ω1滞后移相π/2得到中频供电系统的终端输出A1相相位ω2，然后将中频供电系统的终端输出A1相相位ω2分别移相2π/3和4π/3得到中频供电系统的终端输出B1相相位ω3和C1相相位ω4；
步骤2：对中频供电系统的终端输出A1相相位ω2、终端输出B1相相位ω3和C1相相位ω4分别进行前馈补偿得到三相参考电压相位ωA、ωB和ωC，前馈补偿中三相相位的补偿量取决于对应相的输出电流有效值IA_RMS、IB_RMS、IC_RMS与线缆移相系数k的乘积，其中k的值由线缆特性决定，即补偿量为k*IA_RMS、k*IB_RMS、k*IC_RMS；
步骤3：将步骤2中得到的三相参考电压相位ωA、ωB和ωC分别求sin函数，并将该sin函数与参考电压幅值Uref_pk相乘得到中频供电系统的终端输出三相参考电压UA1N_ref、UB1N_ref和UC1N_ref；
步骤4：采集中频供电系统的终端输出三相相电压值UA1N、UB1N和UC1N，将步骤3中得到的中频供电系统的终端输出三相参考电压UA1N_ref、UB1N_ref和UC1N_ref与中频供电系统的终端输出三相相电压值UA1N、UB1N和UC1N分别相减，得到三个电压差值eA、eB和eC；
步骤5：在静止坐标系下，将步骤4中得到的三个电压差值eA、eB和eC分别进行比例谐振调节得到中频供电系统的三相补偿电压，中频供电系统的三相补偿电压通过隔离变压器对中频供电系统的终端输出三相电压进行自动补偿，即实现了实时动态电压及谐波补偿。
本发明控制方法相对于现有技术具有以下优点：稳态电压补偿是对输出电压幅值和相位的双重补偿；考虑了终端输出到负载的线路感抗，增加了参考电压相位前馈补偿，解决不同负载切换带来的电压波动问题；在静止坐标系下对补偿电压进行交流量比例谐振调节，提高了终端动态补偿能力，解决瞬时电压跌落问题。
附图说明
图1为中频供电系统集中式供电示意图。
图2为中频供电系统终端补偿原理框图。
图3为中频供电系统终端补偿控制方法流程图。
图4为中频供电系统终端补偿控制框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图2所示为中频供电系统终端补偿原理框图。
以中频供电系统的某1路终端输出为例：中频供电系统的终端输入、输出电制均为三相四线制，终端三相输入相电压分别为UAN、UBN和UCN，终端三相输出相电压分别为UA1N、UB1N和UC1N，终端补偿隔离变压器的次级串接在三相输入、输出相电压之间。当中频供电系统经图1所示的固定铺设长线缆接入终端，终端输出带载运行时，长线缆的稳态压降和线路电感引起的相移必定影响终端的输出电能品质。同时，终端与负载间的短线缆也会因为重负载的投切使终端输出电压产生波动和瞬时跌落。为了保证终端输出电压的电能质量，中频供电系统的终端补偿控制必须引入。
如图3所示为中频供电系统终端补偿控制方法流程图，图4所示为中频供电系统终端补偿控制框图。
本发明的用于中频供电系统的终端补偿控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：采用离散化数字锁相环跟踪中频供电系统的终端输入相电压UAN的相位ω1，再将终端输入相电压UAN的相位ω1滞后移相π/2得到中频供电系统的终端输出A1相相位ω2，然后将中频供电系统的终端输出A1相相位ω2分别移相2π/3和4π/3得到中频供电系统的终端输出B1相相位ω3和C1相相位ω4；
步骤2：对中频供电系统的终端输出A1相相位ω2、终端输出B1相相位ω3和C1相相位ω4分别进行前馈补偿得到三相参考电压相位ωA、ωB和ωC，前馈补偿中三相相位的补偿量取决于对应相的输出电流有效值IA_RMS、IB_RMS、IC_RMS与线缆移相系数k的乘积，其中k的值由线缆特性决定，即补偿量为k*IA_RMS、k*IB_RMS、k*IC_RMS；
步骤3：将步骤2中得到的三相参考电压相位ωA、ωB和ωC分别求sin函数，并将该sin函数与参考电压幅值Uref_pk相乘得到中频供电系统的终端输出三相参考电压UA1N_ref、UB1N_ref和UC1N_ref；
步骤4：采集中频供电系统的终端输出三相相电压值UA1N、UB1N和UC1N，将步骤3中得到的中频供电系统的终端输出三相参考电压UA1N_ref、UB1N_ref和UC1N_ref与中频供电系统的终端输出三相相电压值UA1N、UB1N和UC1N分别相减，得到三个电压差值eA、eB和eC；
步骤5：在静止坐标系下，将步骤4中得到的三个电压差值eA、eB和eC分别进行比例谐振调节得到中频供电系统的三相补偿电压，中频供电系统的三相补偿电压通过隔离变压器对中频供电系统的终端输出三相电压进行自动补偿，即实现了实时动态电压及谐波补偿。
上述技术方案的步骤3中参考电压幅值Uref_pk的范围为113V～118V。
上述技术方案中，所述电压均为交流量。
上述技术方案中，采用该终端补偿控制方法的终端设备的开关频率应控制在中频供电系统输出电压开关频率的90％～110％之间。防止开关频率之间产生频率混叠现象。
本发明采用锁相环跟踪中频供电系统的终端输入电压相位，并对该相位进行移相和基于输出电流与线缆移相系数的前馈补偿处理，得到终端输出电压参考相位，在此基础上，通过互错开关频率及静止坐标系下的交流量比例谐振调节，实现终端输出电压的实时动态补偿。本发明中终端补偿控制是对输出电压幅值和相位的双重补偿；考虑了终端输出到负载的线路感抗，增加了参考电压相位前馈补偿，解决不同负载切换带来的电压波动问题；在静止坐标系下对补偿电压进行交流量比例谐振调节，提高了终端动态补偿能力，解决瞬时电压跌落问题。
所述仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以根据中频供电系统输出电制、连接线缆或是开关频率的不同做出其它不同形式的变化或变动。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种用于中频供电系统的终端补偿控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：采用离散化数字锁相环跟踪中频供电系统的终端输入相电压UAN的相位ω1，再将终端输入相电压UAN的相位ω1滞后移相π/2得到中频供电系统的终端输出A1相相位ω2，然后将中频供电系统的终端输出A1相相位ω2分别移相2π/3和4π/3得到中频供电系统的终端输出B1相相位ω3和C1相相位ω4；
步骤2：对中频供电系统的终端输出A1相相位ω2、终端输出B1相相位ω3和C1相相位ω4分别进行前馈补偿得到三相参考电压相位ωA、ωB和ωC，前馈补偿中三相相位的补偿量取决于对应相的输出电流有效值IA_RMS、IB_RMS、IC_RMS与线缆移相系数k的乘积，其中k的值由线缆特性决定，即补偿量为k*IA_RMS、k*IB_RMS、k*IC_RMS；
步骤3：将步骤2中得到的三相参考电压相位ωA、ωB和ωC分别求sin函数，并将该sin函数与参考电压幅值Uref_pk相乘得到中频供电系统的终端输出三相参考电压UA1N_ref、UB1N_ref和UC1N_ref；
步骤4：采集中频供电系统的终端输出三相相电压值UA1N、UB1N和UC1N，将步骤3中得到的中频供电系统的终端输出三相参考电压UA1N_ref、UB1N_ref和UC1N_ref与中频供电系统的终端输出三相相电压值UA1N、UB1N和UC1N分别相减，得到三个电压差值eA、eB和eC；
步骤5：在静止坐标系下，将步骤4中得到的三个电压差值eA、eB和eC分别进行比例谐振调节得到中频供电系统的三相补偿电压，中频供电系统的三相补偿电压通过隔离变压器对中频供电系统的终端输出三相电压进行自动补偿，即实现了实时动态电压及谐波补偿。
2.根据权利要求1所述的用于中频供电系统的终端补偿控制方法，其特征在于：所述步骤3中参考电压幅值Uref_pk的范围为113V～118V。
3.根据权利要求1所述的用于中频供电系统的终端补偿控制方法，其特征在于：所述电压均为交流量。
4.根据权利要求1所述的用于中频供电系统的终端补偿控制方法，其特征在于：采用该终端补偿控制方法的终端设备的开关频率应控制在中频供电系统输出电压开关频率的90％～110％之间。
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