[发明专利]大功率APF并机谐波补偿系统动态协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是电力电子技术中一种大功率多机并联型有源电力滤波器的补偿容量分配方法。

背景技术

低压谐波污染源广泛存在于电网，例如轧钢、电解铝、商场照明等，这些谐波污染对电网、其它用电设备，特别是用电可靠性都会带来严重影响。目前，谐波治理方案主要分为无源型和有源型：无源型治理装置体积重量较大，并且容易产生谐振，不易限流输出；有源型治理装置具有高度可控以及快速响应性能，可以实时动态补偿电网中的谐波，因而逐渐成为谐波治理的首选。针对有源型谐波治理装置所应用的不同负载场合，需要采用不同的补偿方法：对于低功率的工业应用场合，可以采用单模块进行谐波补偿，其耐压能力和负载电流可以通过半导体开关的串并联实现；对于大功率应用场合，考虑到半导体开关技术水平的限制以及串并联开关器件所带来的一系列问题，无法用单模块同时达到较高的额定功率以及较高的开关频率，将多模块并联是实现大容量谐波源补偿的有效方案。但是，多模块并联需要较大的经济投入，并且当需要处理的谐波负载为轧钢厂内的直流调速电机等负载时，需要考虑其具体的负载特性：1)谐波电流等级较大；2)各次谐波电流或无功快速变化，并且某时刻出现较大单次谐波或无功冲击。针对此类负载，需要进行合理的多机间谐波动态协调控制，从而实现系统可靠运行及整机补偿容量的最优利用。

目前，主要有如下几种协调控制或补偿容量分配方法：

(1)N台装置+N组CT，独立控制式：每台装置都配备一组CT(电流互感器)，装置间无互联线、独立控制。其优点是：扩展容量简单，允许不同补偿容量模块间的扩展；多个模块自动实现冗余补偿。其缺点是：靠近负载侧的模块必须长期满负荷运行，多机补偿容量利用不对称；加速了硬件老化；检测CT过多使得谐波补偿精度不高；需要性能优异的输出限幅策略。

(2)N台装置+1组CT，集中控制+均流式：整机只配备一组CT，采用集中控制+均流分配模式，每台APF模块都工作在全补偿模式下，并且各模块完全相同，分配到的补偿容量相同。这样的并联方式，其优点是：动态性能较好，并机系统谐波补偿的响应速度与并机数量无关，始终等于单机谐波补偿速度；不存在某一台装置长期满负荷运行的情况；各个模块相同，从而使得维修较为方便；由于采用单个谐波检测环节，谐波补偿的精度相对较高；多机容量利用率相同。其缺点是：所有装置全时段投入且全补偿运行，投入运行的模块数量最多，使得损耗相对其他方式最大；无法实现自动冗余谐波补偿。

(3)N台装置+1组CT，集中控制+多机分次补偿式：其优点是整机分成低次补偿组和高次补偿组，低次补偿组开关频率低、补偿容量较大，高次补偿组开关频率高、补偿容量较小，从而使得装置容量利用率有所提升，整机运行损耗有所减小；同一补偿组多重化运行，减小了整机输出电流开关次纹波。其缺点是，谐波容量分配固定，当需要治理的谐波污染为轧钢厂负载谐波时，固定的指定次谐波补偿组并不能实现整机补偿容量的最优利用，例如可能出现如下情形：负载中各次谐波频谱分布不均匀，分配的某指定次谐波补偿组容量小于负载中该频次谐波电流，而其它指定次谐波补偿组小电流输出，从而造成整机补偿容量的不合理利用；无法实现自动冗余补偿；补偿某频段的APF单元故障后，可能导致大量谐波电流流入电网，即系统可靠性不高。

综上所述，现有的大功率APF并机系统协调控制方法无法同时实现较高的补偿精度、较优的补偿容量利用率、较好的运行可靠性以及自动冗余补偿，需要提出一种更为合理的多机间谐波补偿动态协调控制方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大功率APF并机谐波补偿系统动态协调控制方法，解决现有协调控制方法针对大电流谐波污染源治理存在的不足，主要针对例如轧钢厂直流调速电机等动态波形复杂的谐波负载(该类负载某时刻特定次谐波远高于其它频次谐波)，实现整机补偿容量的最优利用。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大功率APF并机谐波补偿系统动态协调控制方法，采用主控制器和若干从控制器实现动态协调控制，每个从控制器对应一个功率模块，从控制器对对应的功率模块进行模块运行状态监测；