[发明专利]一种基于无功补偿电容的电能质量调节装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电能质量控制领域，涉及一种基于无功补偿电容的基于无功补偿电容的电能质量调节装置及其控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力电子装置在工业中的应用日趋广泛。不控整流器和相控整流器作为电源装置的输入级得到大量的使用，在方便的实现了交流直流变换的同时在电网侧引起大量谐波和无功电流，进而造成公共连接点电压畸变，严重影响供电质量。如果功率因数和谐波畸变等不能满足电网规定的标准，工业用户将会被处以高额的罚款。

动态无功补偿装置，比如由固定电容器组FB和晶闸管相控电抗器TCR组成的静态无功补偿器SVC，还有基于直流-交流变换器的静止同步补偿器STATCOM等，已经在电网中得到了大量的应用。但是这些动态无功补偿的解决方案对于工业用户校正功率因数来讲成本很高。

对于谐波补偿装置，结构简单、运行可靠的无源滤波器PPF应用非常广泛，但是为满足补偿多次谐波的要求需要同时使用多个无源滤波器，占地面积庞大，且无源滤波器存在与电网发生谐振的潜在危险。基于直流-交流变换器的有源电力滤波器APF可以一次补偿多次谐波，且有较好的动态性能，但价额昂贵，可靠性较差。

鉴于传统配电网无功和谐波治理方式的不足，基于矩阵式变换器和直接交-交变换器的新型无功和谐波治理装置被提了出来。而矩阵式变换器因为其自身具有大量的双向功率开关器件和复杂的控制策略，其可靠性不高。而升压型的直接交-交变换器由于其在额定电网电压下无功补偿存在理论上的下限，且工作时器件需要承受需数倍于电网电压峰值的电压，在一些有特定要求的场合，也不是无功和谐波治理装置的合适结构。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能较好的治理配电网中的谐波且能同时连续补偿电网中的无功的基于无功补偿电容的电能质量调节装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于无功补偿电容的电能质量调节装置，包括：以并联方式连接在单相电网与单相非线性负载之间的变换模块，所述变换模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第一电感以及连接在单相电网火线与零线之间的串联连接的第二电感和第二电容；所述第一开关管的一端连接至所述第二电感和所述第二电容的串联连接端，所述第一开关管的另一端与所述第二开关管的一端连接；所述第二开关管的另一端与所述第四开关管的另一端连接；所述第四开关管的一端与所述第三开关管的另一端连接；所述第三开关管的一端连接至所述第二电容与单相电网相连的连接端；所述第一电容的一端连接至所述第四开关管与所述第三开关管的连接端，所述第一电容的另一端通过所述第一电感连接至所述第一开关管与所述第二开关管的连接端；所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的控制端均接收外部的驱动信号，根据外部的驱动信号控制一端与另一端之间的导通；所述第一开关管和第三开关管导通的同时所述第二开关管和第四开关管截止，所述第一开关管和第三开关管截止的同时所述第二开关管和第四开关管导通。

更进一步地，所述第一开关管与所述第二开关管组合成为半桥式封装的开关管模块，所述第三开关管与所述第四开关管组合成为半桥式封装的开关管模块。

更进一步地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管为IGBT管或MOS管；IGBT管的栅极作为所述开关管的控制端，IGBT管的集电极作为所述开关管一端，IGBT管的发射极作为所述开关管的另一端。

本发明的目的还提供一种实现上述的基于无功补偿电容的电能质量调节装置的控制方法，包括下述步骤：

S11：获取单相电网电压的相位θ；

S12：将单相电网电源侧的电流i_s中不同频率的谐波信号转化为直流信号i_dn和i_qn，n表示谐波次数，n＝2k+1，k为非负整数；

S13：在dq坐标系中对直流信号i_dn和i_qn进行PID控制；

S14：将经过PID控制后得到的信号d_dn和d_qn转换为n次参考调制信号d_n^*；

S15：将各次参考调制信号叠加获得总的参考调制信号d^*；

S16：将总的参考调制信号d^*与高频锯齿载波比较产生PWM信号并控制开关管的开断从而控制谐波电流和无功电流。