當(dāng)前，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日益復(fù)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(yán)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(biāo)變換的基礎(chǔ)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(biāo)，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(yīng)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(guān)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(fù)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(shè)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(shè)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(xué)模型，并完成了相關(guān)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(fù)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(yīng)用在高性能STATCOM控制器的設(shè)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(xué)模型，推導(dǎo)出PI控制器參數(shù)的計算準(zhǔn)則，并設(shè)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(guān)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。
