21三相buck型d-cap無功補(bǔ)償及其有源阻尼技術(shù)研究

1、第十一屆中國(guó)高校電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)術(shù)年會(huì)三相 Buck 型D-CAP 無功補(bǔ)償及其有源阻尼技術(shù)1,2，戴珂 1，1(1. 華技大學(xué)電氣與電子強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家，430074；2. 華技大學(xué)中歐清潔與可再生能源學(xué)院，430074)摘要：動(dòng)態(tài)電容器（D-CAP）作為一種新型電能質(zhì)量裝置在進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，由于其自身阻抗和電網(wǎng)阻抗的作用，會(huì)產(chǎn)生諧振的現(xiàn)象。本文以三相 Buck 型動(dòng)態(tài)電容器為對(duì)象，介紹了無功補(bǔ)償?shù)幕驹砗涂刂撇呗?，接著分析了在電網(wǎng)存在背景諧波的作用下，D-CAP補(bǔ)償電流會(huì)發(fā)生畸變的原因。然后基于偶次諧波調(diào)制策略分析了自身諧波抑制的方法。并基于虛擬電阻的概念，分析了 D-CAP

2、電容串聯(lián)虛擬電阻實(shí)現(xiàn)有源阻尼的原理，并通過檢測(cè) D-CAP 電容電流作反饋構(gòu)建虛擬電阻。因此，本文提出了一種在 D-CAP 進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)自身諧波抑制和有源諧振阻尼的復(fù)合控制策略，使自身諧振引起的補(bǔ)償電流諧波畸變得到了良好補(bǔ)償，并使網(wǎng)側(cè)電流諧波符合了電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。：動(dòng)態(tài)電容器；無功補(bǔ)償；諧波抑制；虛擬電阻；自身諧振阻尼；復(fù)合控制Research on Reactiveer Compensation and Active DamTechnologiesfor Three-Phase Buck-Type Dynamic CapacitorXIONG Lia

3、ngli 1,2, DAI Ke 1, CHEN Xinwen1(1. S e Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology, School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University ofScience and Technology, Wuhan 430074, China;2. China-EU Institute for Clean and Renewable Energy, Huazhong University

4、of Science and Technology, Wuhan 430074,China)Abstract: Dynamic capacitor (D-CAP) is a new type ofer quality device for reactiveer compensation, due to the eraction of its own impedance and gridimpedance, the device will cause resonance problems.his pr, the research is based on the three-phase buck-

5、type dynamic capacitor.ly, the basic principleof reactiveer compensation and control strategy isroduced. Then, the reason why the distortion of compensation current of D-CAP will happen is discussedunder the action of background harmonic of grid. On the one hand, based on the even harmonic modulatio

6、n strategy, the harmonic suppresmethod isyzed.On the other hand, based on the concept of virtual, the principle of virtualin series with capacitance of D-CAP to realize active damisyzed. And the current of D-CAP capacitance is detected for feedback to build virtual. So a hybrid control strategy of s

7、elf-harmonic suppresandself-active damis proed to suppress harmonics caused by D-CAPs own resonancehis pr. Through this method, currenrmonic distortion ofcompensation current of D-CAP and grid current obtains good inhibition. The simulation results verify the validity of the theoreticalysis.Keywords

8、: dynamic capacitor; reactiveer compensation; harmonic suppres; virtual resister; self-active dam; hybrid control三相 Buck 型 D-CAP 無功補(bǔ)償及其有源阻尼技術(shù)象，介紹了一種具有電流波形質(zhì)量改善功能的無功補(bǔ)償引言策略，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。文獻(xiàn)10重點(diǎn)對(duì)單相 Buck 型D-CAP 進(jìn)行了無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在中小型配電系統(tǒng)中，常用的阻感性負(fù)載（如異步電、變壓器等）會(huì)引起大量無功功率的消耗，對(duì)用本文以三相Buck 型動(dòng)態(tài)電容器為對(duì)象，對(duì)其自電設(shè)備的可靠運(yùn)行、電能的利用效率和電網(wǎng)

9、的安全穩(wěn)定身諧波抑制及諧振阻尼進(jìn)行了。首先介紹了 Buck 型D-CAP 基本電路拓?fù)浜驮?。然后分析了Buck 型D-CAP等造成嚴(yán)重率補(bǔ)償1。影響，所以必須進(jìn)行及時(shí)有效的無功功在存在電網(wǎng)背景諧波情況下，輸出電流諧波畸變嚴(yán)重的常見的無功補(bǔ)償裝置，比如靜態(tài)無功補(bǔ)償器(S ic原因。接著介紹了偶次諧波調(diào)制策略來實(shí)現(xiàn)自身諧波抑VAR Compensator, SVC)，由于其能動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)補(bǔ)償無 功，價(jià)格便宜，已經(jīng)在電網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用2。另一種性能更為優(yōu)秀的無功補(bǔ)償裝置是基于DC/AC變換器的同步補(bǔ)償器(S ic Synchronous Compensator,），它相比SVC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償更迅速

10、，諧波更制。最后分析了 Buck 型 D-CAP 實(shí)現(xiàn)電容串聯(lián)虛擬電阻實(shí)現(xiàn)有源諧振阻尼的框圖分析。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種三相Buck 型動(dòng)態(tài)電容器在補(bǔ)償無功的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自身諧波抑制和諧振阻尼的復(fù)合控制策略，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。少，但其價(jià)格高昂，費(fèi)用不低，對(duì)于工業(yè)用戶校正1 Buck 型D-CAP 基本結(jié)構(gòu)和工作原理功率因數(shù)來講成本較高3。本文的動(dòng)態(tài)電容器(Dynamic Capacitor，D-CAP)是基于AC/AC變換器對(duì)現(xiàn)有Buck 型D-CAP 是根據(jù)直流Buck 型變換電路拓?fù)洳捎肁C/AC 變換器對(duì)其開關(guān)電路加以改造而得到的。其基本電路結(jié)構(gòu)如圖 1（a）所示，主要由電力電容器 C，薄

11、無功補(bǔ)償電容進(jìn)行改造而成的，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本便宜，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有一定應(yīng)用前景的電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置4。型交流變換器（Thin AC Converter，TACC）與前級(jí)濾波器夠成。TACC 是一類由電力電子開關(guān)器件動(dòng)態(tài)電容器作為一種新型的無功補(bǔ)償裝置，首先于的2008 年由Deepak M. Divan、Anish Prasai 等人提出，他們?cè)O(shè)計(jì)并研制了 40kVA 單相 Buck 型D-CAP 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，給AC/AC 變換器的總稱，它裝設(shè)在用電設(shè)備和電網(wǎng)之間，主要實(shí)現(xiàn)電能的變換。電力電容器 C 為D-CAP 的補(bǔ)償電容，它與一個(gè)較小的緩沖電感 LF1 串聯(lián)，以抑制開關(guān)過程中產(chǎn)

12、生的沖擊電流。由濾波電感 LF2 與濾波電容 CF的前級(jí)濾波器用于濾除D-CAP 補(bǔ)償電流的高次開關(guān)諧出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果5。目前國(guó)內(nèi)對(duì)D-CAP 的也在逐步開展。文獻(xiàn)6研制出了 15kVA 的三相 Boost 型D-CAP 樣機(jī)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。文獻(xiàn)7基于 D-CAP 的基本概念和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了單相 Buck 型交流斬波無功補(bǔ)償樣機(jī)，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。文獻(xiàn)8提出了一種Buck型D-CAP 的無功補(bǔ)償與諧波抑制復(fù)合控制策略，進(jìn)行了波。在圖 1（b）中，開關(guān)管 S1 與S2 互補(bǔ)導(dǎo)通，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)電流的雙向，S1、S2 應(yīng)為雙向可控的功率半導(dǎo)體開關(guān)元件。其中，S1 由兩個(gè)共集電極的串聯(lián)，初步的。

13、文獻(xiàn)9以單相 Buck 型動(dòng)態(tài)電容器為對(duì)而S2 由兩個(gè)共發(fā)射極的示。串聯(lián)，如圖 1（c）所基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51277086）Project Supported by National Natural Science Foundation of China（51277086）第十一屆中國(guó)高校電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)術(shù)年會(huì)C D2(4)S10i1iDiCLLF1vF2T以上即為 Buck 型 D-CAP 無功補(bǔ)償?shù)脑?，通過調(diào)節(jié)占空比 D0，改變接入電網(wǎng)的等效電容，從而可動(dòng)態(tài)地i2L+v1-+v2-S+vC-CFS2CvS電力電調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流 i 。由于占空比 D 取值為 01，因此等

14、效C0TACC容器CD-CAP電容C 只能在 0C 之間變化。(a)Buck-type D-CAP的基本電路S1(1-D)T2 Buck 動(dòng)態(tài)電容器諧振原因分析S2S1S22.1 諧振頻率分析TACC共集電極共發(fā)射極經(jīng)過簡(jiǎn)化，將圖 1（a）中的 TACC 部分進(jìn)行等效，到圖 2 所示的 Buck 型D-CAP 簡(jiǎn)化模型。其中等效(b)開關(guān)電路的兩種工作狀態(tài)(c) 雙向開關(guān)管圖 1 Buck 型D-CAP 基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topology structure of buck-type D-CAP后的緩沖電感L L / D2 ,等效后的補(bǔ)償電容C D2C ，F(xiàn)1F1電感LF 2 包含電網(wǎng)電

15、感LS 。電壓vT 為正弦基波電壓，假設(shè)PCC（Poof CommoniCLL L / D2iDRs Coupling）開關(guān)頻率 fsw 足夠高，系統(tǒng)中的電壓、電流可用一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)各自的平均值代替；同時(shí) LF1C 與 LF2CF濾波器為理想低通濾波器，緩沖電感 LF2 與濾波電感 LF1上的電壓可忽略，則補(bǔ)償電容電壓 vC(t)v2(t)，濾波電容電壓 v1(t)vT(t)。令開關(guān)管 S1 的占空比函數(shù)為 D(t)，LF2C支路的端口電壓 v2(t)與雙向開關(guān)管 S1 的電流 i1(t)可表示為：F1F1F 2+vC-i2CF+vs-C D2C圖 2 Buck 型D-CAP 等效電路Fig.

16、2. Buck-type D-Cquivalent circuit對(duì)圖2 的輸入電壓和輸出電流列寫阻抗Z()方程為：j( 4 L22C) 1)Z( ) 1(5)3 L D2 Cv2 (t) D(t)v1(t) (1)根據(jù)式（5）當(dāng) D 取常數(shù)為 0.5 時(shí)，可作出 Bode 圖如圖 3 所示，其中包含三個(gè)諧振尖峰。i1(t) D(t)iD (t) 在 LF2CF 低通濾波器的通頻帶內(nèi)，Buck 型D-CAP 的補(bǔ)償電流 iC(t)i1(t)。500-50dD(t) dv (t) i (t) Cv (t)D(t) D2 (t)C T(2)CTdtdt-100-150-200公式（2）稱為 Buc

17、k 型D-CAP 的基本控制方程。當(dāng)占空比 D(t)=D0 恒為常數(shù)時(shí)，式（2）可以化簡(jiǎn)為式（3），90450-45文獻(xiàn)9通過分析和推導(dǎo)。分解對(duì)公式（2）的簡(jiǎn)化過程已作詳細(xì)dvT (t) -90 -2i (t) D0 C 2(3)102-101101010C10dtFrequency (kHz)公式（3）表明：在占空比為常數(shù)D0 時(shí)，Buck 型D-CAP的端口特性呈現(xiàn)為受占空比 D0 控制的可調(diào)電容器，其等效容值C 為：圖 3 Buck 型D-CAP Bode 圖Fig.3. Buck type D-CAP Bode diagram其諧振頻率可由式（6）和式（8）算出：Phase (deg)

18、Magnitude (dB)S1DTS2TACC三相 Buck 型 D-CAP 無功補(bǔ)償及其有源阻尼技術(shù)Fig.4. Passive dammethodD2 C L C) 1(Lf 2F1C1 3 對(duì)圖4 的輸入電壓和輸出電流列寫傳遞函數(shù)為式（9）所示，其中VS (s) 如式（10）所示。、22 L(6)=411Hz、1531HzI (s) L C Cs3 R D2C Cs2 ( C D2C )s(9)(7) C= F1 FdFF= (LD2 C L2C2VS (s)VS (s)1C D2CCs4 (R L D2C C R L C C)s3V (s)=L(8)f F=808HzSd F 2FS

19、 F1 F(10)22L C C(R R D2CC L2F1 Fd S2 FF 21( R CD2 R CR2可看出其計(jì)算出的諧振頻率點(diǎn)與Bode 圖反應(yīng)一致，SS Fd當(dāng)D 取常數(shù)為 0.5 時(shí)，根據(jù)式（8）可作出 Bode 圖如圖 5 所示。Z()表達(dá)式中當(dāng)分子為 0 時(shí)可計(jì)算出串聯(lián)諧振點(diǎn) f1、f3 為411Hz 次和 1531Hz 諧振頻率。當(dāng)分母為 0 時(shí)可計(jì)算出并500-50-100聯(lián)諧振點(diǎn) f2 為 808Hz 諧振頻率。若系統(tǒng)出現(xiàn)電流源型負(fù)Rd=0Rd=5Rd=0 5載如非線性負(fù)載，當(dāng)其產(chǎn)生的諧波電流中含有 f 附近的2諧波分量時(shí)，則會(huì)激發(fā)高幅值的PCC 諧波電壓，同時(shí)會(huì)-15

20、0-20090450影響到網(wǎng)側(cè)電流和D-CAP 輸出電流。若系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓源型諧波源，如當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓含有背景諧波時(shí)，若該諧波-45分量在串聯(lián)諧振頻率 f1 和 f3 附近，則會(huì)引起高幅值的諧波電流，導(dǎo)致D-CAP 輸出電流的嚴(yán)重畸變，同時(shí)影響到網(wǎng)側(cè)電流的波形質(zhì)量。-9010-110010110210-2Frequency (kHz)圖 5 含串聯(lián)阻尼的 Buck 型D-CAP Bode 圖Fig.5. Buck type D-CAP contains series damBode diagram本文主要是在電網(wǎng)含有背景諧波時(shí)引起的串聯(lián)可看出在補(bǔ)償電容下串聯(lián)電阻對(duì)諧振尖峰有良好的諧振問題，由于電網(wǎng)

21、背景諧波主要含有低次諧波，所以抑制，且電阻越大阻尼效果越好，能良好的抑制D-CAP本文主要考慮 f 次 411Hz 諧振點(diǎn)即 8 倍基波頻率附近的1自身的諧振問題。但是阻尼電阻上會(huì)有額外的損耗，與諧振阻尼。D-CAP 電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置成本相對(duì)低，具有經(jīng)濟(jì)性的特2.2 無源阻尼方法點(diǎn)相違背。目前解決諧振問題主要有無源方法和有源方法。無3 三相Buck 型動(dòng)態(tài)電容器復(fù)合控制策略源阻尼一般通過串聯(lián)阻尼電阻來消除諧振，其方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，相比控制的方法實(shí)現(xiàn)有源阻尼穩(wěn)定性好，3.1 偶次諧波調(diào)制少?；趫D 2，在補(bǔ)償電容下串聯(lián)阻受控制的非理想三相 Buck 型 D-CAP 進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，可通過偶次尼

22、電阻 Rd 來實(shí)現(xiàn)無源阻尼，其電路圖如圖 4 所示。諧波調(diào)制的方式，抑制其輸出電流受電網(wǎng)背景諧波影響產(chǎn)生的諧波畸變。假定 PCC 電壓 vT(t)=Vmsin(t+1)，占空比調(diào)制信號(hào) D(t)中除了常數(shù)項(xiàng)外還含有 k 次諧波項(xiàng)，如式（11）所示。iCiDLL L / D2 RsF1 F1F 2+vi2C D2C+vs-C-CFRdD(t) D0 Dk sin kt k (11)圖 4 無源阻尼方法根據(jù)公式（2）可推導(dǎo)出 Buck 型D-CAP 的補(bǔ)償電流Phase (deg)Magnitude (dB)第十一屆中國(guó)高校電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)術(shù)年會(huì)iC 為：制諧振的作用，但這種無源的方引起系統(tǒng)損

23、耗的增大。文獻(xiàn)11提出了虛擬電阻的概念，其主要是用控D2i (t) CV (D2 k ) sin(t )Cm0122制算法代替實(shí)際電阻的作用，該方法既可以使系統(tǒng)達(dá)到k 2 D DCVsin(k 1)t m0 kk1電阻的阻尼效果，又避免了引入電阻帶來的損耗問題，因此已成為的熱點(diǎn)12。文獻(xiàn)13給出了基于電容電壓或電流反饋，電感電壓或電流反饋控制有源阻尼的設(shè)計(jì)2k 2 D D（12）CVsin(k 1)t m0 kk12k 1 CVD sin(2k 1)t 22mkk142 k 1分析。CVD sin(2k 1)t 22mkk142根據(jù)無源阻尼方法電路圖圖 4，其電流環(huán)框圖如圖 7由公式（12）可

24、以總結(jié)出一般規(guī)律：Buck 型 D-CAP經(jīng)過含有常數(shù)項(xiàng)和 k 次諧波分量的占空比調(diào)制后，補(bǔ)償電（a）所示。忽略電感 L 和電感 L 的內(nèi)阻，到該圖F1F2的等效框圖如圖 7（b）所示。為進(jìn)一步阻尼有電網(wǎng)電壓流中將存在基波無功成分，k-1，k+1，2k-1 和 2k+1 次諧波成分。由于 D-CAP 進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，基波無功電流占補(bǔ)償電流的主要部分，可認(rèn)為 D0Dk，且 D0 與 Dk 均小于 1。根據(jù)公式（10）中基波與各次諧波的系數(shù)，圖 6 給出了 D0=0.5 時(shí)補(bǔ)償電流各次成分與占空比調(diào)制信號(hào)中第 k 次諧波成分 Dk 的關(guān)系曲線。可以看出，占空比調(diào)制信號(hào)的第 k 次諧波成分 Dk 對(duì)

25、 D-CAP 補(bǔ)償電流 iC 的 k+1 次諧波影響最大。因此，Buck 型 D-CAP 進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，v 中含有的背景諧波而的自身諧振，可用圖 7（c）s的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)虛擬電阻有源阻尼方法，通過在分頻次補(bǔ)償?shù)沫h(huán)路中引入 R來阻尼補(bǔ)償電流 i 中的諧振電流，從C而實(shí)現(xiàn)自身諧振抑制的阻尼效果?；谠撎摂M電阻有源阻尼方法的電容電流提取示意圖和控制框圖如圖 8（b）（c）所示?？赏ㄟ^檢測(cè)補(bǔ)償電流中第k+1 次諧波并以此作為反饋量，在占空比調(diào)制信號(hào) D(t)中相應(yīng)地加入第 k 次諧波成分，如-i+sLF1sCF（a）阻尼電阻串聯(lián)結(jié)構(gòu)框圖此能夠達(dá)到抑制補(bǔ)償電流中第 k+1 次諧波電流，實(shí)現(xiàn)抑vsRd Cs

26、+iC +iD+-+制自身諧波畸變的目的。 1 sL+iF 2-2sLF1ICk (p.u.)sCF0.3IC1（b）等效的虛擬電阻結(jié)構(gòu)框圖IC_k+10.2IC_k-10.1-2IC_2k-1IC_2k+1sCF00（c）虛擬電阻實(shí)現(xiàn)方法的結(jié)構(gòu)框圖0.050.10.150.2 Dk圖 7 虛擬電阻串聯(lián)有源阻尼方法圖 6 補(bǔ)償電流各次成分 ICk 與調(diào)制信號(hào)第 k 次諧波成分 Dk 的關(guān)系Fig.6. Various components of compensation current iC versus kthharmonic component DkFig.7. Virtualin ser

27、ieive dammethod3.3 三相Buck 型動(dòng)態(tài)電容器復(fù)合控制策略如圖 8 所示，給出了三相 Buck 型 D-CAP 的復(fù)合補(bǔ)3.2 虛擬電阻串聯(lián)有源阻尼方法償系統(tǒng)控制框圖。整個(gè)控制系統(tǒng)環(huán)路分為三個(gè)部分：即在 2.2 節(jié)中分析得到，補(bǔ)償電容串聯(lián)電阻可以實(shí)現(xiàn)抑R CssLv+dF 2siC + 1 +-+sCi+ 1 sLF 2+ iD 1sC2RdvsiC + iD 1+ +-+sC 1 sLF 2三相 Buck 型 D-CAP 無功補(bǔ)償及其有源阻尼技術(shù)無功電流補(bǔ)償、自身諧波抑制與自身諧振阻尼。圖 8（a）為 Buck 型 D-CAP 復(fù)合補(bǔ)償?shù)闹麟娐废到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，三相D-CAP 采

28、用星型連接，每相主電路子模塊如圖 8（b）所示。PCCLSvTiSaiLaiSb iSciLb iLciCaiCbiCavSD-CAPD-CAPD-CAPiL_abciC_abc iD_abcD控制器+vT_abcCarrierPLL(a)主電路控制架構(gòu)cbLaLF2F1S10CFS11iDcS20 CiDbiDaS21控制器(b)子電路架構(gòu)iLq1iL_abcDLPFPI10+*=0iLq1無功補(bǔ)償*=0iCd5iC_abciCd5 +Ddqa4-abc to dqDc4-toDaiabc Db4-Cq5LPF+iCq5*=04-5i *=0Cd7iCd7 +Da6dq to abcabc

29、to dqiCq7+Dbsin kt coskt i *=06iDd5*=07 sin kt 2 / 3sin kt 2 / 3coskt 2 / 3 coskt 2 / 3(14)Cq7Ck 1諧波抑制dq / abciD_abciDd5 +Ddq to abca 4abc to dqDq5+Db4Dc4iRDciDq5*=0 iDd7*=04-5iDd7 +Ddq to abcc6abctoiDq7RPI7dq+i *=06諧振阻尼7Dq7(c)復(fù)合控制策略框圖圖 8 三相 D-CAP 復(fù)合控制系統(tǒng)Fig.8 Hybrid Control of three-phase Buck-type

30、D-CAP為實(shí)現(xiàn)基波無功電流指令的無靜差調(diào)節(jié)，其具體的控制方法為：檢測(cè)三相無功負(fù)載電流 iLa、iLb、iLc，然后進(jìn)行從 abc 到 dq 的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換（其中 d 軸與電網(wǎng)A 相相電壓同相位），在獲得 q 軸電流分量 iq（即無功電流分量）后，使用 PI 調(diào)節(jié)器生成占空比指令 D*，將 D*與高頻載波信號(hào)比較后生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別送入三相 D-CAP 的每一相模塊中，從而改變等效補(bǔ)償電容以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。根據(jù) 3.1 節(jié)諧波抑制原理來實(shí)現(xiàn) D-CAP 自身諧波抑制，即抑制輸出電流 iC 中的第 k 次諧波成分。正交電流分量 iCa、iCb 和 iCc 通過從 abc 坐標(biāo)系到第 k 次

31、 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換與低通濾波后得到 dq 坐標(biāo)系下的電流分量 iCdk 與 iCqk。相應(yīng)的第 k 次 dq 坐標(biāo)變換矩陣為：2 sin (1)n kt sin (1)n kt 2 / 3 sin (1)n kt 2 / 3Ck (13)abc/dq 3 cos(1)n kt cos(1)n kt 2 / 3 cos (1)n kt 2 / 3由于不希望補(bǔ)償電流中含有諧波成分，iCdk、iCqk 分別與指令值 0 進(jìn)行比較。得到的電流誤差由 PIk 控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，再經(jīng)過第 k-1 次 dq 坐標(biāo)反變換得到 k-1 次諧波占空比分量 Dk-1，該 k-1 次諧波分量 Dk-1 用于調(diào)

32、節(jié)三相 Buck型D-CAP 補(bǔ)償電流的第 k 次諧波成分。第 k-1 次 dq 坐標(biāo)反變換矩陣為：如圖 8（c）所示，首先實(shí)現(xiàn)了 D-CAP 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，為了實(shí)現(xiàn)自身諧振阻尼，根據(jù) 3.2 節(jié)的有源阻尼的框圖分析，如圖 8（b）所示，通過采樣補(bǔ)償電容C 的電流 iD 作反饋，和式（13）同理，iD_abc 三相補(bǔ)償電容電流分量作abc/dq 變換得到的 dq 軸分量乘以阻尼系數(shù) sCRd 得到 iDdk 與 iDqk，然后和式（14）同理，經(jīng)過 PIk 控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后實(shí)現(xiàn) dq/adc 反變換，生成指定次諧振阻尼占空比分量Dk-1 ，用于阻尼補(bǔ)償電流的第 k 次諧振諧波成分，從而實(shí)現(xiàn)

33、分頻次自身諧振阻尼。LPFPI7LPFLPFPI5PI5LPFPI7LPFPI7LPFPI5PI5LPFabc to dqD-CAP第十一屆中國(guó)高校電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)術(shù)年會(huì)4 仿真分析為了驗(yàn)證三相 Buck 型D-CAP 的復(fù)合控制策略的性能，根據(jù)圖 8 所示的D-CAP 主電路、子電路和復(fù)合控制策略框圖，在/環(huán)境下搭建了三相iS_aBuck 型D-CAP 電路的仿真模型，仿要參數(shù)如表 1t (10m (c所示。表 1 仿要參數(shù)圖 10 無背景諧波只補(bǔ)無功Fig.10 Reactiveer compensation without backgroundharmonics of gridTab

34、. 1 The main parameters of simulation參數(shù)數(shù)值電網(wǎng)電壓 vS/ V380電網(wǎng)頻率f/ Hz50電網(wǎng)等效電感LS/ H10負(fù)載電感 L1/ mH42.4負(fù)載電阻 R1/ 29 3輸入濾波電感LF1/ H160輸入濾波電容CF/F80濾波電感 LF1/ H180t (10m( 相網(wǎng)無功補(bǔ)償電容C/F660開關(guān)頻率fS/ kHz9.62t (10m(c1圖 11 有背景諧波只補(bǔ)無功0t (10ms/格)Fig.11 Reactiveer compensation with background har-monics of grid圖 9 模擬電網(wǎng)背景諧波Fig.9

35、 Simulation of background harmonic of grid首先驗(yàn)證系統(tǒng)在網(wǎng)側(cè)無背景諧波的情況下，實(shí)現(xiàn)基為模擬D-CAP 在電網(wǎng)存在背景諧波情況下的諧振現(xiàn)本無功補(bǔ)償功能時(shí)，D-CAP 輸出電流的諧波情況。如圖10 所示，投入阻感性負(fù)載后，D-CAP 輸出容性無功電流象，如圖 9 所示，在電網(wǎng)電壓中投入諧波頻次為 5th、7th、11th、13h、23th、25th 的諧波，總THD 為 2.5%。超前網(wǎng)側(cè)電壓，網(wǎng)側(cè)電流電壓實(shí)現(xiàn)功率矯正，D-CAP輸出電流THD 和網(wǎng)側(cè)電流THD 都很小。如圖 11 所示，vT_abc (100V/格)vT_a (100V/格)iS_a

36、(2vT_a (100V/格)iS_a (20A/格)vT a (100V/格)最后，將各次占空比分量相加得到總的占空比調(diào)制信號(hào) D。如此通過調(diào)節(jié)占空比，三相 Buck 型D-CAP 能夠產(chǎn)生同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償、自身諧波抑制和自身諧振阻尼的復(fù)合控制功能。vT_aiS_a三相 Buck 型 D-CAP 無功補(bǔ)償及其有源阻尼技術(shù)當(dāng)投入背景諧波，D-CAP 進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，功率得分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過諧波抑制后的圖 12（b）（c）中 5、7 次到矯正，D-CAP 輸出電流THD 為 19.11%，受諧振影響輸出電流波形畸變嚴(yán)重，網(wǎng)側(cè)電流也因此諧波畸變嚴(yán)重，輸出電流諧波依然很高說明在 5 次和 7 次諧波附近

37、存在諧振點(diǎn)。圖 9 中網(wǎng)側(cè)電壓的 FFT 分析中，5 次電壓諧波THD 達(dá)到 38.79%。的含量高于 7 次電壓諧波含量，但在圖 11（b）（c）和圖 12（b）（c）中，7 次輸出電流諧波含量是高于 5 次電流諧波含量的，說明在背景諧波的作用下，諧振點(diǎn)主要在7 次附近，符合2.1 節(jié)在8 次附近引起串聯(lián)諧振的分析。如圖 13 所示，當(dāng) D-CAP 投入無功補(bǔ)償、自身諧波t (10ms/格)t (10ms/格)(a)三相網(wǎng)側(cè)電壓和D-CAP輸出電流波形30vT_a抑制和自身諧振阻尼完全復(fù)合補(bǔ)償后，5、7 次諧波含量大幅度下降，波形矯正明顯，輸出電流 THD 下降到2.33%，網(wǎng)側(cè)電流 THD

38、 下降到 4.05%達(dá)到電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，iC_at (10ms/格)(b)A相網(wǎng)側(cè)電壓和D-CAP輸出電流波形，D-CAP輸出電流THD30vT_a驗(yàn)證了自身復(fù)合補(bǔ)償理論分析的正確性。iS_a5 結(jié)論本文以三相 Buck 型動(dòng)態(tài)電容器為對(duì)象，介紹t (10ms/格)(c)A相網(wǎng)側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)電流波形，網(wǎng)側(cè)電流THD了一種復(fù)合補(bǔ)償控制策略方法來抑制自身諧振帶來的輸圖 12 無功補(bǔ)償和諧波抑制er compensation and harmonic suppresFig.12 Reactive出電流諧波畸變的問題，并通過得到以下結(jié)論：1）在電網(wǎng)存在背景諧波的情況下，D-CAP 會(huì)出現(xiàn)諧振的情況，補(bǔ)償電

39、流諧波畸變嚴(yán)重，且會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流波形質(zhì)量嚴(yán)重畸變，若不采取自身抑制諧波的策略，t (10ms/格)t (10ms/格)(a)三相網(wǎng)側(cè)電壓和D-CAP輸出電流波形將不能滿足電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。102）從實(shí)驗(yàn)波形中可以看出，即使出現(xiàn)輸出電流諧振諧波嚴(yán)重的情況，D-CAP 都能良好實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償功能。3）三相Buck 型動(dòng)態(tài)電容器在補(bǔ)償無功的同時(shí)，t (10ms/格)Harmonic order(b)A相網(wǎng)側(cè)電壓和D-CAP輸出電流波形，D-CAP輸出電流THD10可基于偶次諧波調(diào)制策略，構(gòu)建自身諧波抑制的功能。同時(shí)基于電容電流反饋構(gòu)建虛擬串聯(lián)電阻，實(shí)現(xiàn)有源阻尼的功能。t (10ms/格)Harmonic

40、order(c)A相網(wǎng)側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)電流波形，網(wǎng)側(cè)電流THD4）本文無功補(bǔ)償、自身諧波抑制和自身諧圖 13 完全復(fù)合補(bǔ)償Fig.13 Comple y comite compensation如圖 12 所示，當(dāng) D-CAP 同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波振阻尼復(fù)合控制策略，通過多同步旋轉(zhuǎn)變換，能無靜差的調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償電流，同時(shí)選擇性的抑制輸出電流中的諧波成分，選擇性的阻尼輸出電流中的諧振諧波。仿真抑制后，功率得到矯正，D-CAP 輸出電流畸變和網(wǎng)結(jié)果表明，該策略可以使 D-CAP 輸出電流質(zhì)量得到明顯側(cè)電流畸變有所減弱為 12.78%和為 23.68%。且通過 FFTvT a (100V/格)iS a (

41、20A/格)vT_a (100V/格)iS_a (20A/格)vT_a (100V/格)iC_a (20A/格)vT_abc (100V/格)vT_a (100V/格)iC a (20A/格)vT abc (100V/格)iC abc(10A/格)iC abc(10A/格)vT_aiS_avT_aiC_aTHD= 23 68%THD= 12 78%第十一屆中國(guó)高校電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)術(shù)年會(huì)改善，使網(wǎng)側(cè)電流THD 滿足電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。7，等基于Buck交-交斬波器的無功補(bǔ)償器拓?fù)渑c控制方法設(shè)計(jì)J電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37(5)：124-129參考文獻(xiàn)：Wu Wei, Xie Shaojun,

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