基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法，包括如下步骤：首先根据无差拍控制法，并结合自适应预测方法和线性预测法对谐波电流进行预测，然后，再利用SVPWM产生脉冲控制主电路，使交流侧发出相应的补偿电流，最后，直流侧电容电压采用传统的PI控制技术。该系统包括APF主电路、无差拍控制、电流预测器、SVPWM调制四个部分。本方法能够使谐波电流的预测具有较好的稳态精度和动态收敛特性，并且拥有较强的抗噪声能力；实现了对指令电流的准确预测，解决数字控制给APF产生的延时误差，提高了系统谐波检测的实时性，得到了可靠的参考电压矢量，结合七段控制的SVPWM方式实现了谐波电流的实时补偿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力领域，具体涉及一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法。
技术介绍
随着现代工业技术的发展，各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源等大规模的应用使得电网谐波污染日益严重。谐波对电力系统或并联的电力设备产生各种危害。主要包括以下几种：(1)并联电力电容器谐振引起的谐波放大。(2)旋转电机的损耗增加，引起机械振动、噪声和谐波过电压。(3)输电线的损耗增加，缩短输电线寿命。(4)变压器的损耗增加。(5)电磁型继电保护、自动装置工作紊乱；感应型的继电器抖动。(6)电力测量的误差或使测量误差增大。(7)干扰通讯系统，降低通话清晰度，干扰严重时，引起信号丢失，甚至危及设备和人身安全。因此，如何有效的补偿各种非线性负载产生的谐波与无功，提高电能质量具有重要的现实意义。APF以其良好的动态响应速度和补偿精度，在电网的谐波治理与无功补偿方面已经引起了人们越来越浓厚的兴趣。与无源滤波器相比，具有能够对负载谐波进行可控抑制、避免与电网发生谐振及动态抑制负载所产生的谐波等优点。实时、准确地检测出负载产生的谐波电流是提高补偿效果的重要环节。参考指令电流信号的跟踪控制方法是其另外一个关键环节，传统的控制方法，如PI控制和滞环控制等，由于在数字实现过程中引起的延时，限制了系统的带宽，因而不能很好的跟踪高次谐波电流分量，因此，学者们研究了很多其它的电流跟踪控制方法，包括无差拍控制、滑模变结构控制和自适应控制等非线性控制方法。无差拍控制是基于被控对象的数学模型的控制方法，理论上具有无限的带宽，因此具有很高的动态响应速度，近年来得到了广泛的关注和研究]。但算法实现过程是受信号采样、处理和执行等过程时延影响，实际上是差一拍控制。西安交通大学何英杰等人提出了一种基于重复预测原理的无差拍电流控制，根据负载稳态时，谐波电流具有周期性，使用一个周期以前的历史谐波数据预测谐波指令数据。然而，当负载突变时，指令数据会有很大偏差，要经过较长的时间才能达到新的平衡，因此动态特性较差。OdavicM提出了采用基于外推多项式法预测谐波指令电流的无差拍电流跟踪控制方法，预测的准确性取决于所取阶次，阶次越高预测的越准确，所需计算量也大，因此如何在这对矛盾中选取适当的阶次比较困难，此外，当负载突变时，特定阶次的外推多项式预测也存在着动态特性差的问题。
技术实现思路
为了克服传统有源电力滤波器预测准确性差、计算量大的难题，本专利技术提出一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制方法，包括如下步骤：首先根据无差拍控制法，并结合自适应预测方法和线性预测法对谐波电流进行预测，然后，再利用SVPWM产生脉冲控制主电路，使交流侧发出相应的补偿电流，最后，直流侧电容电压采用传统的PI控制技术。本专利技术还提供了一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统，包括APF主电路、无差拍控制、电流预测器、SVPWM调制四个部分。所述APF主电路采用电压源型逆变器的拓扑结构，由六个IGBT组成桥式电路。所述无差拍控制通过预测下一拍的电流作为无差拍的状态量，结合电压空间矢量法输出电压，完成对指令电流进行跟踪控制。所述电流预测器基于自适应预测法，包括延迟环节，线性预测环节和LMS误差校正环节。所述SVPWM调制根据给定信号，采用七段控制的SVPWM方式，控制主电路的IGBT。本专利技术的有益效果是：本方法能够使谐波电流的预测具有较好的稳态精度和动态收敛特性，并且拥有较强的抗噪声能力。同时，实现了对指令电流的准确预测，解决数字控制给APF产生的延时误差，提高了系统谐波检测的实时性，得到了可靠的参考电压矢量，结合七段控制的SVPWM方式实现了谐波电流的实时补偿。附图说明图1为本专利技术实施例中APF主电路。图2本专利技术实施例的工作原理图。图3为本专利技术实施例的电流积分原理图。图4为本专利技术实施例的电流预测原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制方法，包括如下步骤：首先根据无差拍控制法，并结合自适应预测方法和线性预测法对谐波电流进行预测，然后，再利用SVPWM产生脉冲控制主电路，使交流侧发出相应的补偿电流，最后，直流侧电容电压采用传统的PI控制技术。本专利技术实施例还提供了一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统，包括APF主电路、无差拍控制、电流预测器、SVPWM调制四个部分。所述APF主电路采用电压源型逆变器的拓扑结构，由六个IGBT组成桥式电路。所述无差拍控制通过预测下一拍的电流作为无差拍的状态量，结合电压空间矢量法输出电压，完成对指令电流进行跟踪控制。所述电流预测器基于自适应预测法，包括延迟环节，线性预测环节和LMS误差校正环节。所述SVPWM调制根据给定信号，采用七段控制的SVPWM方式，控制主电路的IGBT。如图1所示，有源电力滤波器系统采用电压源型逆变器的拓扑结构。非线性负载为三相二极管整流桥带阻感负载。图1中RL为电网线路电抗；ea、eb、ec为电网电压；isa、isb、isc为电网电流、ica、icb、icc负载电流和滤波通道电流。APF工作在受控电压源模式，采用对电网电流进行闭环跟踪的控制策略。为了实现控制电流的完全补偿，直流侧电压要大于电网侧线电压的峰峰值。变换器的开关器件采用IGBT模块，负载采用三相可控整流带阻感非线性负载。如图2所示，在三相变流器中，采用双闭环控制系统，即电流内环和电压外环。电流内环主要是对APF指令电流的计算与跟踪控制，保证实时性；而电压外环主要是控制直流侧的电压，保证系统的稳定性。本方法采用的无差拍控制方法根据APF系统的状态方程和当前主电路交流侧输出的电流反馈信号，推算下一采样周期需要的指令电压和并结合SVPWM确定当前时刻变流器开关器件的通断模式。如图3所示，在1/6的电源周期T内积分，使交流分量的平均值为零，即得到基波分量。直流分量的提取如下：i‾pi‾q=6T∫0T6ip(t)dt∫0T6iq(t)dt]]>式中，ip(t)、iq(t)为t时刻，系统α-β坐标下交流分量，为经过积分器的直流分量。由上式得到三相有功、无功电流的表达式，再利用坐标反变换得到各相的基波电流值，与负载电流作差，即得到谐波电流分量，这种检测可将系统检测延时缩短为T/6。本专利技术的电流预测方法，基于自适应预测法的均方误差法对线性预测进行了改进自适应预测法是利用输出信号对输入信号的响应，计算输出结果与预期响应产生的估计误差自动调整滤波参数。因此可使用均方误差重复迭代，对预测器进行校正，消除预测误差。如图4所示，ic(k)为预测期的输入信号，为输出信号，为电流预测误差，为期望信号，Z-2为系统的两拍延迟因子。系统采样频率为10kHz，电网频率50Hz，故采样点为200。利用上一周期对应的采样点参考电流值作为基值，以线性预测法得到误差量，再利用自适应LMS算法求出使相对误差εk(k)最小的调整值进行校正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制方法，其特征在于：包括如下步骤：首先，结合自适应预测方法和线性预测法对谐波电流进行预测，然后利用SVPWM产生脉冲控制主电路，使交流侧发出相应的补偿电流，最后，直流侧电容电压采用传统的PI控制技术控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制方法，其特征在于：包括如下步骤：首先，结合自适应预测方法和线性预测法对谐波电流进行预测，然后利用SVPWM产生脉冲控制主电路，使交流侧发出相应的补偿电流，最后，直流侧电容电压采用传统的PI控制技术控制。2.一种基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统，其特征在于，包括APF主电路、无差拍控制、电流预测器、SVPWM调制四个部分。3.如权利要求1所述的基于电流预测的并联型APF无差拍控制系统，其特征在于所述APF主电路采用电压源型逆变器的拓扑结构，由六个IGBT...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭喜峰，栾方军，韩伟，高恩阳，李云路，梁雨，刘献帅，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21