一种配电系统的滤波补偿方法与流程

技术特征：

1.一种配电系统的滤波补偿方法，该方法包括如下步骤：

S1.监测模块实时监测配电系统参数、有源滤波装置参数；

S2.对配电系统的稳定性进行判断；

S3.利用单环控制算法控制有源滤波装置实时补偿滤除谐波；

其中，在所述步骤S3中，通过以下步骤确定有源滤波装置的实际工作下得补偿电流指令：

对单相系统构造与单相电路中实际电流和电压相位差为-π/2的虚拟电流和电压分量，形成两相正交αβ坐标系，得：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ u_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_S\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ u_S(\mathrm{\ω}t-\mathrm{\π}/2)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{m}sin\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ -V_m\cos \left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]$

其中，u_s和i_s分别为单相电网电压和补偿后的单相电网电流，u_sα和u_sβ分别为u_s在αβ坐标系中的α和β分量；V_m和ω分别为u_s的幅值和角频率，i_Lα和i_Lβ分别为i_L在αβ坐标系中的α和β分量；i_sα和i_sβ分别为i_s在αβ坐标系中的α和β分量；i_Lm为i_L中的基波幅值；i_Sm为i_S的幅值；和分别为i_L的基波分量和i_s与u_s的相位差；i_n为i_L中的n次谐波幅值；为i_L中的n次谐波与u_s的相位差，其中，角频率ω是通过单相PLL(Phase locked loop)环节的作用获得的；

利用PQ变换求取单相电网侧和负载侧的瞬时有功无功：

$\left[\begin{array}{c}{p}_L\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ q_L\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)& u_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ u_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)& -u_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{L\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ i_{L\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]$

其中，p_S和q_S分别为电网侧瞬时有功和瞬时无功功率；p_L和q_L分别为负载侧的瞬时有功和瞬时无功功率；

考虑到在实际应用中，有源滤波装置总会存在一些损耗，使得有源滤波装置必须从电网中吸收适当的有功功率，用于稳定直流侧电压，因此在实际工作状态下，有源滤波装置需要补偿的功率如下：

$\left\{\begin{array}{c}{p}_C\left(\mathrm{\ω}t\right)=p_L\left(\mathrm{\ω}t\right)+p_{dc}\\ q_C\left(\mathrm{\ω}t\right)=q_L\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right.$

其中，Δp_dc为维持有源滤波装置直流侧电压所必须从单相电网中吸收的有功功率，为负载有功功率的震荡功率；

对电网侧电流进行PQ反变换求取i_Sα和i_Sβ

$\left[\begin{array}{c}{i}_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ i_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}{u}_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)& u_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ u_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)& -u_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{p_L}\left(\mathrm{\ω}t\right)+p_{dc}\\ 0\end{array}\right]$

其中，P_L(ωt)经过LPF(Low-pass filter)环节作用后得到为负载瞬时有功功率的平均功率；

最终实际工作状态下补偿电流补偿指令为：

$i_C^{*}=i_{L\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)-i_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)=i_L\left(\mathrm{\ω}t\right)-\frac{u_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\[\stackrel{\‾}{p_L}\left(\mathrm{\ω}t\right)+p_{dc}\]}{{\[u_{S\mathrm{\α}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\]}^2+{\[u_{S\mathrm{\β}}\left(\mathrm{\ω}t\right)\]}^2}.$

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述配电系统参数包括配电系统导纳、并网端无源器件等效导纳、谐波负载等效无源导纳、配电系统频率、配电系统电压、电流，所述有源滤波装置参数包括电流环扰动增益、电流环开环支路增益。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，包括如下子步骤：

S21.根据所述配电系统参数、有源滤波装置参数建立电流环导纳模型、谐波控制环导纳模型；

S22.根据所述电流环导纳模型以及谐波控制环导纳模型，得到配电系统全导纳形式等效电路，包括待机运行模式和补偿运行模式；

S23.根据所述全导纳形式等效电路得到两种运行模式下配电系统并网运行处电压的表达式，其中Y_total为并网系统全局导纳：

待机运行模式：

补偿运行模式：

式中，E为配电系统电压，E'为配电系统并网运行处电压，Y_g为配电系统导纳，Y_p为并网端无源器件等效导纳，Y_i为电流环导纳，Y_hi为谐波控制环导纳，Y_L为谐波负载等效无源导纳，I′_i为待机运行时有源滤波装置等效电流源(i＝1,2，...n)，n为配电系统有源滤波装置数量，I′_hi为谐波补偿运行时源滤波装置等效电流源，I_Lh为谐波电流源；

S24.稳定性判定单元根据配电系统全局导纳判断配电系统的稳定性；所述配电系统的稳定性为配电系统在当前稳定激励下的所有响应稳定，所述激励包括配电电压、有源滤波装置输出电流源和负载谐波电流源，所述响应包括配电系统并网运行处电压、有源滤波装置输出电流和并联无源器件电流。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，稳定性判定单元判断配电系统的稳定性的方法为：根据得到的配电系统全局导纳Y_total绘制Nyquist曲线，得到s平面负实轴的正、负穿越次数；若全局导纳Y_total对应的Nyquist曲线在s平面负实轴的正、负穿越次数相等，则该配电系统稳定；反之，配电系统失稳。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，稳定性判定单元判断配电系统的稳定性的方法为：根据配电系统全局导纳频域增益为零时，确定配电系统谐振点，若谐振点对应的增益实部R_d全部大于零，则该配电系统稳定；反之，配电系统失稳。