當前，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日益復雜，電能質(zhì)量已成為突出和需要迫切解決的問題。其中，無功和諧波對系統(tǒng)的穩(wěn)定性及生產(chǎn)、傳輸、利用效率的影響尤為嚴重，因此已成為交流輸電系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容之一。針對諧波治理與無功補償研究中存在的問題，我們開展了以下四個方面的研究工作。
首先，針對諧波和無功的頻譜特性，利用小波包方法實現(xiàn)了多通道有源電力濾波與無功補償。在同步旋轉(zhuǎn)坐標變換的基礎上，該方法利用小波包分解與重構(gòu)技術(shù)將補償容量實時分解到不同子頻帶內(nèi)，避免了系統(tǒng)輸出波形質(zhì)量與單一器件工作頻率之間的矛盾，有效提高了整個無功補償和諧波抑制裝置的系統(tǒng)容量。該方法是一種系統(tǒng)的多模塊多重化技術(shù)，著眼于整個系統(tǒng)的諧波治理與無功補償目標，為大容量、高性能補償系統(tǒng)提供了一種可行解決方案。同時提出基于鎖相環(huán)控制循環(huán)緩存深度的數(shù)據(jù)處理手段，較好的解決了小波分析與重構(gòu)造成的延遲問題，使分解后的指令電流實時跟蹤畸變電流的變化。理論分析和仿真結(jié)果驗證了多通道子帶濾波與無功補償系統(tǒng)的有效性及其動靜態(tài)性能。
其次，討論了基于提升格式的小波包算法的特性，繼而探討了提升小波包在多通道子帶濾波與無功補償應用的可行性。完善了一種快速提升結(jié)構(gòu)的小波包分解與重構(gòu)算法，這種結(jié)構(gòu)通過翻轉(zhuǎn)算法改進了傳統(tǒng)提升格式離散小波變換的實現(xiàn)，達到了優(yōu)化關鍵路徑和硬件資源占用率的目的。本文還探討了基于VLSI技術(shù)實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的9/7小波包分解與重構(gòu)算法方案，為實現(xiàn)多通道有源電力濾波與無功補償的控制器做出了初步探索。
此外，我們討論了實時檢測三相電壓頻率和相位信息的三相鎖相環(huán)方法，解決了有源電力濾波與無功補償控制算法中的同步問題。并且分析了三相鎖相環(huán)在諧波、直流偏移、不平衡等情況下的檢測誤差。為解決復雜的控制算法和日益提高的控制速度與精度要求之間的矛盾，本文提出并設計了基于FPGA技術(shù)的有源電力濾波器的控制器，并詳細研究了畸變電流檢測、低通濾波器和電流矢量雙滯環(huán)控制的設計和優(yōu)化方法。受益于硬件結(jié)構(gòu)的并行運算特性，采用FPGA控制器的有源電力濾波裝置能夠取得良好的動靜態(tài)實驗結(jié)果。
最后，我們提出適用于STATCOM的直接電流控制方法。針對無功補償電流的基頻特性，建立起計算參考電壓的數(shù)學模型，并完成了相關仿真和實驗研究。同時提出一種簡化的SVPWM方案，該算法將傳統(tǒng)SVPWM算法的復雜運算全部轉(zhuǎn)化為簡單的整數(shù)操作，優(yōu)化了控制器的工作頻率和資源占用率，并成功應用在高性能STATCOM控制器的設計中。另外，我們建立基于電壓電流雙環(huán)STATCOM控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，推導出PI控制器參數(shù)的計算準則，并設計了基于FPGA控制器的動態(tài)無功補償實驗平臺，完成動態(tài)無功補償的相關實驗。實驗結(jié)果表明采用電壓電流雙環(huán)控制的動態(tài)無功補償系統(tǒng)的動靜態(tài)性能良好。
