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三相三线制有源电力滤波器对电网谐波电流的补偿方法技术

技术编号:12696591 阅读:135 留言:0更新日期:2016-01-13 15:20
本发明专利技术公开了一种三相三线制有源电力滤波器对电网谐波电流的补偿方法,检测补偿对象中的谐波电流,采用基于李雅普诺夫稳定性的原则选择合适的计算参数。本发明专利技术采用电压电流双闭环控制方式,外环电压采用PI控制调节的方法,内环电流控制基于李雅普诺夫函数的稳定性,在进行能量函数构造时进行了abc-dq的变换,将三相静止坐标系通过Park变换成两相旋转坐标系,减少了使用三相系统计算时的计算量,该控制方法具有较少的计算量,编程易于实现且可保证系统优良的稳定性,能有效减少输出谐波电流中主要存在的谐波成分,补偿效果更好,使得电网电流的幅值和相位更接近理想状况,减小其畸变率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于李雅普诺夫稳定性的三相三线制有源电力滤波器对电网谐 波电流的补偿方法。
技术介绍
随着现代工业发展,电力负荷越来越复杂,电网中非线性负载的日益增多,形成了 电力系统谐波的容量大、时变的特点。电网中的谐波含量急剧上升,致使供电电压波形发生 严重的畸变,严重影响了电网和电气设备的安全、经济运行,并危及广大用户的正常用电和 生产。解决电网谐波污染的主要方法是加装谐波抑制装置,谐波抑制装置主要有无源电力 滤波器或有源电力滤波器,而传统的LC无源滤波器越来越不能满足现代工业应用和电力 系统的要求,现在工业生产应用治理电网谐波主要使用的是有源电力滤波器(APF)。 有源电力滤波器是通过向与电网的公共连接点(PCC)注入补偿电流来抵消负载 所产生的谐波电流,能实时动态地抑制谐波,克服了无源滤波器滤波性能受电网频率、阻抗 的影响较大等的一些缺点,它既可补偿非线性负荷产生的高次谐波,又能自动适应电网阻 抗和频率的快速变化,并且具有高可控性和快速响应性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种三相三线制有源电 力滤波器对电网谐波电流的补偿方法,解决非线性负载产生的谐波对中、高压电网造成的 电能质量问题,在保证控制系统稳定性良好的前提下,控制尽可能少的参数的变化,建立指 令值与实测值之间的算术关系,将电压控制与电流控制相结合,实现APF对电网谐波电流 的补偿作用。 为解决上述技术问题,本专利技术所采用的技术方案是:一种三相三线制有源电力滤 波器对电网谐波电流的补偿方法,包括以下步骤: 1)构造有源电力滤波器直流侧和交流侧能量交换的动作方程: 其中,L为三相三线制有源电力滤波器每相交流输出端与电网侧相连的连接电感, R为三相三线制有源电力滤波器每相交流输出端与电网侧相连的连接电阻,C为三相三线 制有源电力滤波器直流侧电容,iea、i eb、分别为三相三线制有源电力滤波器每相交流输 出电流,Sa、sb、s。为三相三线制有源电力滤波器各桥臂的单极性二值开关函数,e sa、esb、esc 为三相电网电压,Ud。为三相三线制有源电力滤波器直流侧电容电压; 2)检测三相电网谐波电流I jh和三相三线制有源电力滤波器直流侧电容电压u dc, 对Ud。进行电压外环PI控制,将PI控制器的输出量和I jh之和作为指令电流值/丨,设定直流 侧参考电压《i,根据上述动作方程变换的dq坐标系的能量方程组,得出三相三线制有源滤 波器参考电压电流的dq坐标下的表达形式;j = a, b, c ; 3)在dq坐标系下对逆变器输出电流和直流侧电压进行基于李雅普诺夫函数的稳 定性设定; 4)将步骤3)中的设定量代入dq坐标系的能量方程组中,通过合并计算得到IGBT 驱动信号的占空比函数,最后将该占空比函数经过PWM调制,得到三相三线制有源电力滤 波器的开关控制信号。 所述步骤3)的具体实现过程包括:确定系统各控制变量的参考值:直流侧电压参 考值为直流侧最终稳定的电压值,输出电流参考值为负载侧的谐波电流值;设定dq轴上的 电流电压的实际输出值与参考值之间的差为李雅普诺夫函数的状态变量。 所述占空比函数sd、Sq表达式如下: 其中α为一个负实数,由李雅普诺夫函数在满足全局收敛稳定的条件时决定的; 其中,ijP i q分别表示三相三线制有源电力滤波器每相交流输出电流i ca、icb、icc 转化为dq坐标系下的电流;ξ和ζ分别表示ijP i q的参考电流值,分别表示电网三相交 流电压esa、esb、e s。转化为dq坐标系下的电压。 与现有技术相比,本专利技术所具有的有益效果为:本专利技术提出的基于李雅普诺夫函 数稳定性的谐波电流补偿方法,外环通过PI控制器调节直流侧实变电压与参考电压的差 值,叠加的零序环流使直流侧电容电压保持稳定;内环通过构造李雅普诺夫函数,在保证系 统整体稳定性的前提下控制补偿电流准确跟踪谐波电流,无解耦环节,控制过程可消除耦 合,且函数的控制参量不受电路参数的影响,系统能达到全局稳定,可较好实现电网的电能 质量治理。【附图说明】 图1是用于本专利技术谐波补偿方法的三相并网型APF结构图; 图2是本专利技术一实施例外环电压PI控制框图; 图3是本专利技术一实施例内环控制策略框图; 图4(a)为直流侧波形;图4(b)为逆变器补偿电流与负载侧谐波电流波形;图 4(c)和图4(d)为补偿前后的网侧电流波形。【具体实施方式】 图1所示为三相并网型逆变器(APF)的结构示意图,该电压型APF接于三相三线 制电网中用于补偿非线性负载引起的谐波电流,包括三相桥式变换器(6个IGBT组成)和 直流侧电容。负载电流i al、ibl、U,包含基波有功、基波无功和谐波电流,其中无功和谐波电 流注入电网,造成电网电能损失,威胁系统稳定运行。APF输出补偿电流1。 3、1。,、1。。,与负载 电流中的谐波成分iah、ibh、ijg值相同,方向相反,从而与负载发出的谐波相抵消,达到补 偿的目的。 图2为外环直流侧电容电压PI控制框图。该策略在维持电容电压稳定的同时 实现电流的快速跟踪,将实变直流侧采样电压与参考电压的差值输入PI控制器,控制器 的输出作为有功分量,乘以A、B、C三相电源电压的相位信息sin cot、sin (cot-2 π/3)、 sin (c〇t+2 π /3),即分别为三相的有功电流参考指令$.、'.、ζ*5该有功电流参考指令的 表达式为: ω 为电网角频率,ω = 2 π f,f = 50Hz。 其中有功电流参考值幅值1"由PI控制器得到,即: kp、1^为PI控制器的参数,<为直流侧电压参考值,Ud。为实测值。 当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相三线制有源电力滤波器对电网谐波电流的补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:1)构造有源电力滤波器直流侧和交流侧能量交换的动作方程:Ldicadt=-Rica+esa-saudc]]>Ldicbdt=-Ricb+esb-sbudc]]>Ldiccdt=-Ricc+esc-scudc]]>Cdudcdt=saica+sbicb+scicc;]]>其中,L为三相三线制有源电力滤波器每相交流输出端与电网侧相连的连接电感,R为三相三线制有源电力滤波器每相交流输出端与电网侧相连的连接电阻,C为三相三线制有源电力滤波器直流侧电容,ica、icb、icc分别为三相三线制有源电力滤波器每相交流输出电流,sa、sb、sc为三相三线制有源电力滤波器各桥臂的单极性二值开关函数,esa、esb、esc为三相电网电压,udc为三相三线制有源电力滤波器直流侧电容电压;2)检测三相电网谐波电流Ijh和三相三线制有源电力滤波器直流侧电容电压udc,对udc进行电压外环PI控制,将PI控制器的输出量和Ijh之和作为指令电流值设定直流侧参考电压根据上述动作方程变换的dq坐标系的能量方程组,得出三相三线制有源滤波器参考电压电流的dq坐标下的表达形式;j=a,b,c;3)在dq坐标系下对逆变器输出电流和直流侧电压进行基于李雅普诺夫函数的稳定性设定;4)将步骤3)中的设定量代入dq坐标系的能量方程组中,通过合并计算得到IGBT驱动信号的占空比函数,最后将该占空比函数经过PWM调制,得到三相三线制有源电力滤波器的开关控制信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:罗安岳雨霏徐千鸣黄旭程孟浩
申请(专利权)人:湖南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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