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延时对有源滤波器补偿性能的影响分析

在一定的假设条件下,电网含有单次或多次谐波时,延时对有源滤波器补偿性能的影响。当其中的某些假设条件不成立时,如电网电压发生了畸变,考虑系统阻抗不为零的情况,理论分析延时对有源电力滤波器补偿性能的影响将变得极其复杂,很难用简单明了的数学表达式来说明。但是,上述在假设条件下的理论分析结果具有一定的指导性,可以以它作为理论依托,来分析复杂电网情况下延时对有源滤波器补偿性能的影响。

前述的分析讨论均是在假设系统处于稳态运行状态的条件下进行的,即电网和负载没有发生动态变化的情况。当系统发生动态变化时,延时对有源电力滤波器补偿性能的影响将更加严重。

系统发生动态变化的情况,可分为三种:

(1)系统从一种稳态突变到另一种稳态的情况,如负载电流有效值从50A突然变化到100A,负载突然通电或断电等。

(2)系统的变化很缓慢,如负载电流有效值从50A缓慢变化到100A的情况(变化过程不小于一个电网周期),或电网频率存在脉动的情况(如飞机电源系统)等。

(3)系统在某种稳态过程中发生了突变,但持续时间很短,突变消失后,系统又重新回到原来的稳定运行状态,如负载突然断电又通电的情况。

对于第三种情况,往往是不可预测的,而且由于持续时间很短(在微秒级),其影响不大,设计有源滤波器时,可不包括在考虑范围内。对于前两种情况,有源电力滤波器的补偿性能主要决定于其动态跟踪能力,当有源电力滤波器能快速地跟踪系统的动态变化时,其补偿性能也越好。然而延时是制约其动态跟踪能力的主要因素之一,延时越大,其动态跟踪能力越差,相应地其动态补偿性能就越差。

提高系统的采样频率,缩短控制信号的更新周期,可以有效地减小离散控制系统的控制误差,但是,由于数字化控制器进行信号处理需要一定的时间周期,不可能劝拿判缕咸延槔止偻略剽地提高采样频率,而且提高采样频率的代价是增加微处理器的计算任务,进一步延长控制器信号处理所需时间,并将占用微处理器更多的存储空间。因此,提高系统的采样频率并不是一个根本的解决办法。

解决数字化控制器的延时有两种措施,一是采用快速微处理器,二是采用信号预测方法。第一种方法只能缓解数字化控制器引起的延时,并不能有效地减小延时对有源电力滤波器补偿性能的影响,因此不是理想的解决措施。信号预测方法是从信息处理方面解决延时问题,它有较强的处理复杂的非线性、时变性和不确定性工业过程控制的能力,可完全由软件实现,不需增加任何硬件,因而是一种较经济的解决措施。但是,采用信号预测方法的前提是信号具有可预测性。对于大多数负载(如整流器、电机、计算机等电气设备),电流变化缓慢(相对于电网基波周期),并呈现出周期性,从本工频周期的电流波形大致可以预测下一工频周期的电流波形,从当前采样周期的电流数据可以预测下一个采样点的电流数据,此类负载称为可预测性负载,可采用信号预测法估计将来时刻的电流数据,即使这类负载发生瞬态变化,只要瞬态变化的持续时间足够短(相对于电网基波周期来说),且两个瞬态变化之间的时间间隔足够长,也认为它是可预测的,否则认为它是不可预测的。

不过,工业现场也存在这样的负载,工作电流波形很杂乱,没有任何规律性,从当前周期的电流波形很难预测下一个周期的波形,从一个周期的历史数据也很难预测下一个采样时刻的数据,这类负载称为不可预测性负载,包括电弧炉、电焊等。

考虑到大多数电力负荷属于可预测性负荷,而且,电力系统主要的谐波污染源——各种变流装置也属于可预测性负载,因此,可选择使用信号预测方法来研究解决谐波或无功补偿装置数字化控制器延时的问题。


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