智能有源无功补偿器

基于双DSP的智能有源无功补偿器

党存禄1,李钧国1,马安仁1，刘锐2

(1.兰州理工大学电气与信息工程学院,甘肃 兰州 730050

2. 中国石油集团长庆局 陕西 西安 710035)

摘要： 将无源滤波器和有源滤波器组合起来的混合型滤波器综合了有源和无源滤波器的优势，对电力系统的性能的提高具有更好的作用。目前市场的混合型有源滤波器主要是针对不同工况环境条件单独进行设计的，因此其无源滤波和无功补偿部分的硬件都是针对一种谐波滤波电路进行设计的，设计单一，不能对变化的电网情况进行变化。在实际的电网系统中，同一个电网，在不同的用电情况下，电网的谐波和无功情况是不同的，所以该文提出了一种综合性的无源滤波器的设计方式。采用可控晶闸管作为控制电容器和电抗器的开关，可以将电容器和电抗器进行不同组合。在用电单位发生变化的时候，可以根据监测的信号的特性进行分析和计算，总结出最优的滤波组合，使控制效果达到最优。通过模拟实验进行验证，输入不同的模拟信号进行采样信号分析，系统对不同的信号源做出了不同的控制策略，其结果是可靠的令人满意的。

关键词： 谐波抑制；无功补偿；晶闸管投切；有源电力滤波器;DSP

中文分类号：B 文献标识码：TP211

INTELLIGENT REACTIVE POWER COMPENSATOR by

APF on DUAL DSP

DANG Cun-lu1 ,LI Jun-guo1 , MA An-ren1，LIU Rui2

(1.College of Electrical and Information Engineering Lanzhou Univ. of Tech . and Science，

Lanzhou 730050,China 2.Changqing Company of prtrol China Xi’an 710035 China) Abstract:The reactive power compensator maked up of TSF and APF had the both finequality and had more power to the power systems qualities.But,at the moment,the compensators most were designed to the special sitution,so the design of filters hardware were single and couldn’t change with the current changes. In the electricity current, the systems’ harmonics and reactive power always changed with the changing of electronic devices following the time changing. So, in this paper, a integrated design was come out.It can make up different combination of capacitors and reactors with the GTO/IGBT as the tap to control the capacitors and reactors to be on and off. When the electronic devices had changed,the syetems maked analysis and computation and give out the optimal combination making the controlling optimal. At last, the simulation test compared the analysis of different signal input and decined which were the best filters.The test results told the design was satisfactory and practical. Key words: harmonic restraining;reactive power compensation; thyristor switched filter; active power filter;DSP

1.概述

电力系统的谐波问题近几十年来得到愈来愈广泛的关注。基于无源补偿和有源滤波的优点,将LC无源滤波器和有源电力滤波器结合而形成了一种新型的有源无功补偿控制器，把无功功率补偿和谐波抑制融为一体，对电网谐波和无功进行综合补偿，既可保证无功功率的补偿，又能彻底抑制谐波，同时保证了电容器的安全运行。但这种结构并不是完美的。

目前无源进行无功补偿的方式主要有单调谐波滤波器，双调谐波滤波器和阻尼滤波器。这些滤波方式各有各的优点，适合于不同的谐波和电压环境，对不同的谐波具有不同的控制效果。根据大量谐波源的频谱分析可知，电力系统中谐波电流主要是5，7次，其次是3，11，13次[2]，在不同的负载情况下，电网的电压和谐波情况也会发生变化，因此采用单一的无源滤波方式在有些情况下效果不是很理想，特别是在有源滤波不能提供高电压的滤波情况下。

基金项目: 甘肃省自然科学基金(zs032-b25-008)

因此如果能在无源滤波的方式上进行改进可作为一种更好的方式。该文就是基于这样的思想进行改进的。

2.有源滤波与无源滤波串联混合型滤波器的结构和原理

2.1混合型滤波器的硬件结构

图1给出了系统的主要硬件结构图。其中，TSF部分是我们研究的重点。该部分是可控晶

闸管GTO或者IGBT控制的电容器和电抗器组成的滤波和无功补偿电路.通过控制晶闸管的开通和关闭，来调整TSF的结构。

图1 系统硬件结构图 图2 复合控制等效电路 Fig.1 the structure of the system hard-sware Fig.2 the equivalent circuit of mixed controlling

从与电网和负载连接结构看，整个系统实质上是并联型的补偿装置，其中，能量较大的

低次谐波和无功功率主要由TSF补偿， APF主要作用是抑制剩余谐波，并改善TSF的滤波器特性。

2.2 混合滤波器的补偿原理

采用检测负载电流和检测电网谐波电流的复合控制方法。其中，主令电流主要来自负载

电流，可得到较好的谐波抑制效果；检测电网谐波电流则主要是为了防止无源器件与电网间可能发生的谐振。图2为系统的等效电路图。

假设有源电力滤波器是一个理想的受控电压源U C (U C =K S I Sh +K L I Lh ,I Sh 和I Lh 分别为电网侧电

流和负载侧电流的谐波分量) ，负载谐波源可以看作一个电流源I L .图中Z S 为电源阻抗，Z T 为TSF的阻抗。

不接有源滤波器时，负载谐波电流I Sh 由TSF补偿，其补偿特性取决于Z S 和Z T ，由图2（a）可知如果电源阻抗很小（|Z S |≈0），或无源滤波器没有调谐到负载所产生的谐波频率

（ |Z T |>>|Z S |），就达不到所要求的滤波特性.尤其是当Z S 与Z T 在特定频率处发生并联谐振时（ |Z T +Z S |≈0），将出现谐波放大现象，流入电源电流比负载谐波电流还要大。

接入有源滤波器，并将其控制为一个电压源，即Lh L Sh S C I K I K U +=(1)，此时，有

源滤波器将迫使负载中的谐波电流流入TSF,使得电源电流中不含谐波.由(1)式还可以看出，有源电力滤波器不承受基波电压，这使得有源滤波器的容量很小。

采用复合控制方法，通过适当的控制K S 和K L ，既可抑制负载谐波电流，又可抑制电网与

无源器件间可能发生的谐振；并且两个控制系数K S 和K L , 是完全解耦的。因此，可以根据需要对两个系数进行完全独立的控制，从而获得满意的控制效果。

3.基于DSP的控制系统

3.1 控制系统的硬件组成和原理

为了满足控制系统的史诗性和快速性的要求，控制系统分析硬件电路设计采用两个TI 公

司的16 位高速定点DSP 芯片TMS320LF2407A 作为控制和运算核心[3]。检测电路采样被控对

象的电压和电流，采样电压和电流分别被送到两个DSP中进行FFT或者小波分析，然后存储到