電力有源補償及滯環(huán)電流跟蹤控制研究

4　系統(tǒng)仿真研究

圖1　有源無功與諧波補償器系統(tǒng)仿真電路模型

　　圖1所示為有源無功與諧波補償雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，所涉及的pi調節(jié)器、乘法器等都屬于常規(guī)控制環(huán)節(jié)，有關控制參數選擇，不少文獻都有詳細介紹。至于非線性控制器的設計，基于上述變結構電流跟蹤控制思想，運用電子技術手段設計一種帶有回環(huán)繼電器特性的運算比較器是不困難的。這里需要指出的是，經驗告訴人們，眾多的參數設計方法只能為所要實現的系統(tǒng)提供指導和參考，具體實施的系統(tǒng)參數尚需通過實驗予以調整和確定。pspice仿真軟件包為筆者的電路參數實驗選擇與調整提供了重要的手段，尤其是對于電力電子系統(tǒng)設計而言，運用軟件包十分豐富而靈活的分析方法、人機界面和元器件庫，幾乎可以仿真任何參數變化和寄生參數對系統(tǒng)波形及響應特性的影響，大量減少完成強電系統(tǒng)實驗調試所花費的時間與投資。由于篇幅所限，本文僅著重就變流器交流側電抗器的參數改變對系統(tǒng)性能的影響進行pspice電路仿真研究，旨在表明該仿真方法及所提出的有源補償系統(tǒng)的有效性。
　　對于變結構電流跟蹤控制的有源濾波補償器，其交流側濾波電抗器的最小值主要由開關造成的諧波要求來決定，濾波電抗應把這一諧波電流限定在指定范圍內。另一方面，在給定直流側電壓的情況下，有源補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偏低，則有源補償器輸出電流開關諧波的脈動幅度將會增大;若此參數偏高，則由于電流慣性過大而不能保證有源補償器輸出電流具有較快的跟隨特性，使得補償效果變差。在實際調試當中應予以折衷考慮。本系統(tǒng)根據常規(guī)的設計方法初選參數，又經過pspice電路仿真調整，最后選定的參數如圖1中所示，其仿真主要波形示于圖2。由圖2(a)可見，經補償后的電源電流波形很接近正弦波，且與電源電壓同相位，功率因數近似為1;圖2(c)表明了非線性負載電流波形;電流控制環(huán)節(jié)中的補償電流指令信號及其變結構控制下的電流跟蹤波形示于圖2(b)，可見在補償電流指令變化較快時，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( ,其他參數不變)對電流波形的影響?？梢姙V波電抗參數的減小，使電流跟隨特性進而使電源電流波形有了明顯的改善。
對于三相有源補償系統(tǒng)可以采用同樣的控制方案。當然由于交流電源及非線性負載均為三相，補償主電路需要采用三相橋式pwm變流器。相應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拓展為三個，不過其中的pi調節(jié)器仍采用一個為三相控制共享。圖3給出了三相有源補償系統(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　結束語
　　本文所提出的有源無功與諧波補償器及控制方法，與以往的同類系統(tǒng)相比，主要有以下特點:
(1)能夠在任何負載條件下，同時實現無功與高次諧波補償，而且毋需實時檢測與計算負載的無功電流成分;
(2)針對系統(tǒng)主電路的開關工作方式及非線性數學模型，其電流控制環(huán)節(jié)采用變結構非線性電流跟蹤控制方式，具有快速的動態(tài)響應特點;
(3)電壓和電流雙閉環(huán)控制簡單易行。
有關電力系統(tǒng)有源動態(tài)補償及非線性控制器的設計等問題，可以考慮對圖1中的pwm變流器采用狀態(tài)空間平均方法建模，以便進一步研究系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能，并為系統(tǒng)參數的定量選擇提供依據。