電力有源補(bǔ)償及滯環(huán)電流跟蹤控制研究

4　系統(tǒng)仿真研究

圖1　有源無(wú)功與諧波補(bǔ)償器系統(tǒng)仿真電路模型

　　圖1所示為有源無(wú)功與諧波補(bǔ)償雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，所涉及的pi調(diào)節(jié)器、乘法器等都屬于常規(guī)控制環(huán)節(jié)，有關(guān)控制參數(shù)選擇，不少文獻(xiàn)都有詳細(xì)介紹。至于非線性控制器的設(shè)計(jì)，基于上述變結(jié)構(gòu)電流跟蹤控制思想，運(yùn)用電子技術(shù)手段設(shè)計(jì)一種帶有回環(huán)繼電器特性的運(yùn)算比較器是不困難的。這里需要指出的是，經(jīng)驗(yàn)告訴人們，眾多的參數(shù)設(shè)計(jì)方法只能為所要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)提供指導(dǎo)和參考，具體實(shí)施的系統(tǒng)參數(shù)尚需通過(guò)實(shí)驗(yàn)予以調(diào)整和確定。pspice仿真軟件包為筆者的電路參數(shù)實(shí)驗(yàn)選擇與調(diào)整提供了重要的手段，尤其是對(duì)于電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，運(yùn)用軟件包十分豐富而靈活的分析方法、人機(jī)界面和元器件庫(kù)，幾乎可以仿真任何參數(shù)變化和寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)波形及響應(yīng)特性的影響，大量減少完成強(qiáng)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試所花費(fèi)的時(shí)間與投資。由于篇幅所限，本文僅著重就變流器交流側(cè)電抗器的參數(shù)改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行pspice電路仿真研究，旨在表明該仿真方法及所提出的有源補(bǔ)償系統(tǒng)的有效性。
　　對(duì)于變結(jié)構(gòu)電流跟蹤控制的有源濾波補(bǔ)償器，其交流側(cè)濾波電抗器的最小值主要由開(kāi)關(guān)造成的諧波要求來(lái)決定，濾波電抗應(yīng)把這一諧波電流限定在指定范圍內(nèi)。另一方面，在給定直流側(cè)電壓的情況下，有源補(bǔ)償器輸出電流跟隨指令變化的速度決定了電抗器的最大值。如果選擇的電抗器參數(shù)偏低，則有源補(bǔ)償器輸出電流開(kāi)關(guān)諧波的脈動(dòng)幅度將會(huì)增大;若此參數(shù)偏高，則由于電流慣性過(guò)大而不能保證有源補(bǔ)償器輸出電流具有較快的跟隨特性，使得補(bǔ)償效果變差。在實(shí)際調(diào)試當(dāng)中應(yīng)予以折衷考慮。本系統(tǒng)根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)方法初選參數(shù)，又經(jīng)過(guò)pspice電路仿真調(diào)整，最后選定的參數(shù)如圖1中所示，其仿真主要波形示于圖2。由圖2(a)可見(jiàn)，經(jīng)補(bǔ)償后的電源電流波形很接近正弦波，且與電源電壓同相位，功率因數(shù)近似為1;圖2(c)表明了非線性負(fù)載電流波形;電流控制環(huán)節(jié)中的補(bǔ)償電流指令信號(hào)及其變結(jié)構(gòu)控制下的電流跟蹤波形示于圖2(b)，可見(jiàn)在補(bǔ)償電流指令變化較快時(shí)，電流跟隨性能比較理想。圖2(d)所示是起初濾波電抗取值較大( ,其他參數(shù)不變)對(duì)電流波形的影響?？梢?jiàn)濾波電抗參數(shù)的減小，使電流跟隨特性進(jìn)而使電源電流波形有了明顯的改善。
對(duì)于三相有源補(bǔ)償系統(tǒng)可以采用同樣的控制方案。當(dāng)然由于交流電源及非線性負(fù)載均為三相，補(bǔ)償主電路需要采用三相橋式pwm變流器。相應(yīng)的控制部分所要求的乘法器和回環(huán)遲滯比較器也需要由一個(gè)拓展為三個(gè)，不過(guò)其中的pi調(diào)節(jié)器仍采用一個(gè)為三相控制共享。圖3給出了三相有源補(bǔ)償系統(tǒng)的仿真波形。

圖2 　單相系統(tǒng)的仿真波形

圖3 三相系統(tǒng)的仿真波形

5　結(jié)束語(yǔ)
　　本文所提出的有源無(wú)功與諧波補(bǔ)償器及控制方法，與以往的同類系統(tǒng)相比，主要有以下特點(diǎn):
(1)能夠在任何負(fù)載條件下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功與高次諧波補(bǔ)償，而且毋需實(shí)時(shí)檢測(cè)與計(jì)算負(fù)載的無(wú)功電流成分;
(2)針對(duì)系統(tǒng)主電路的開(kāi)關(guān)工作方式及非線性數(shù)學(xué)模型，其電流控制環(huán)節(jié)采用變結(jié)構(gòu)非線性電流跟蹤控制方式，具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn);
(3)電壓和電流雙閉環(huán)控制簡(jiǎn)單易行。
有關(guān)電力系統(tǒng)有源動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及非線性控制器的設(shè)計(jì)等問(wèn)題，可以考慮對(duì)圖1中的pwm變流器采用狀態(tài)空間平均方法建模，以便進(jìn)一步研究系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能，并為系統(tǒng)參數(shù)的定量選擇提供依據(jù)。