一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，该方法包括如下步骤：(1)实时采样直流母线电压，控制直流母线电压保持恒定得到电网侧电流参考指令；(2)实时采样电网侧电流，建立改进型谐振矢量电流控制器，将电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值输入至改进型谐振矢量电流控制器得到三相四线制APF调制信号；(3)对调制信号进行调制得到三相四线制APF中各开关管的开关信号，根据开关信号控制开关管工作。与现有技术相比，本发明专利技术动态响应速度快、稳定裕度高、计算量小、抗干扰能力强。

An improved vector resonant control method for three phase four wire APF

The invention relates to an improved vector resonance control method for three-phase four-wire APF, which comprises the following steps: (1) real-time sampling DC bus voltage, controlling DC bus voltage to keep constant to obtain grid-side current reference instruction; (2) real-time sampling grid-side current, establishing an improved resonant vector current controller, and electrifying power The network side current control command and the measured value of the grid side current are input to the improved resonant vector current controller to obtain the three-phase four-wire APF modulation signal; (3) The modulation signal is modulated to obtain the switching signals of the three-phase four-wire APF switches, and the switching switches are controlled according to the switching signals. Compared with the prior art, the invention has the advantages of fast dynamic response, high stability margin, small calculation amount and strong anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】
一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法
本专利技术涉及一种三相四线制APF控制方法，尤其是涉及一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域，电网中的整流器、变频调速装置、电弧炉等非线性负荷不断增加，负荷的非线性、冲击性和不平衡性给电网造成了严重的暂态冲击、无功功率、高次谐波和三相不平衡等问题。电力变换技术中的晶闸管、二极管等开关器件被大量应用到电网中所产生的谐波电流和无功电流，取代了传统的铁磁材料所引起的谐波和次谐波电流，也已成为最主要的谐波污染源，造成电压电流畸变等现象。为解决这类难题，应用电能变换开关技术的谐波和无功补偿装置应运而生。有源电力滤波器(ActivePowerFilter，APF)作为电能变换技术的典型代表，是一种新型先进的谐波无功补偿装置。它不仅能够补偿各次谐波，还可以抑制闪变、补偿无功，有一机多用的特点。作为一种新型电力电子装置，APF的工作性能决定于主电路结构及控制系统，确定了APF的主电路，控制算法就成为决定输出性能和效率的关键。目前来讲，一般用到的控制方法主要有如下几类：(1)比例积分(PI)控制、单周期控制和迟滞控制：分别在线电流频谱、误差和总谐波失真(THD)三个方面对三种控制策略进行比较，PI控制与单周期控制对高频交流信号不能实现零稳态误差。迟滞控制具有良好的性能，但不恒定的开关频率会导致补偿电流中含有高次谐波，并增加了滤波器设计的难度。(2)选择性谐波补偿策略：将所有的谐波控制器叠加成一个完整的电流控制器。该控制器给谐振带通滤波器的整个控制回路频率响应提供了良好的选择性，但是因为谐波检测的延迟无法保证良好的动态响应特性。(3)具有多重同步旋转坐标系的控制策略：正、负序谐波电流经过各自同步旋转坐标变换得到直流分量，再经过PI控制器实现零稳态误差补偿，但复杂的计算会占用大量的内存空间。此外，当三相四线制系统负载不平衡时，该控制策略不能实现对零序电流的补偿。(4)比例谐振控制(PRC)和矢量比例积分控制(VPI)：改进型控制策略，能够通过对灵敏度函数和峰值的极小化来获得高稳定性，避免了闭环异常尖峰现象。但是该类方法无法解决三相不平衡和无功问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，该方法包括如下步骤：(1)实时采样直流母线电压，控制直流母线电压保持恒定得到电网侧电流参考指令；(2)实时采样电网侧电流，建立改进型谐振矢量电流控制器，将电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值输入至改进型谐振矢量电流控制器得到三相四线制APF调制信号；(3)对调制信号进行调制得到三相四线制APF中各开关管的开关信号，根据开关信号控制开关管工作。步骤(1)具体为：(11)建立直流母线电压外环控制环：将采样的直流母线电压以及设定的直流母线参考电压输入至电压控制器，电压控制器输出电网侧d轴的参考电流(12)设定电网侧q轴的参考电流电网侧0轴的参考电流所述的电压控制器为PI控制器。步骤(2)具体为：(21)采样电网侧电流，通过帕克变换得到电网侧d轴实时电流isd、电网侧q轴实时电流isq和电网侧0轴实时电流is0；(22)将与isd作差、与isq作差、与is0作差分别得到电网侧电流误差信号；(23)将电网侧电流误差信号输入至改进型谐振矢量电流控制器，建立电流内环控制环，控制电网侧电流参考指令跟踪电网侧电流实测值，得到三相四线制APF调制信号。改进型谐振矢量电流控制器的传递函数为：其中，KP为比例系数，KVR为谐振系数，ωc为阻尼因子，n为需要调节的谐波次数，nωo为对应点的谐振频率点，R为三相四线制APF输出等效电阻，L为三相四线制APF输出等效电感，s为拉普拉斯变换中的复变量。所述的电流内环控制环具体为：电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值作差输入至改进型谐振矢量电流控制器，改进型谐振矢量电流控制器输出端依次连接第一控制环节和第二控制环节，所述的第二控制环节输出三相四线制APF补偿电流，三相四线制APF补偿电流与负载电流相加得到电网侧电流实测值；所述的第一控制环节传递函数为：所述的第二控制环节传递函数为：其中，KPWM为脉宽调制的增益，Ts为信号采样周期，R为三相四线制APF输出等效电阻，L为三相四线制APF输出等效电感，s为拉普拉斯变换中的复变量与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：一、动态响应速度快：与现有的控制策略相比，不包含谐波检测环节，该环节实质为一个延时环节，本方案无需谐波探测器，可直接对网侧电流进行检测和补偿，具有更高的响应速度。二、稳定裕度高：基于矢量谐振控制方法，该方法具有频率适应性好和稳定裕度大的优势，无谐波检测使得本方案在保证稳定裕度的情况下实现较高的动态响应速度。三、计算量小：直接将网侧电流、直流母线电压作为状态变量，负载电流作为干扰变量进行小信号分析，计算量小，并且可实现数字化。四、抗干扰能力强：能够对电网电流进行直接采样和控制，免去谐波检测环节，将APF和负荷看做整体的闭环控制系统，相对其他方案来讲，该方案稳定性好，抗干扰能力强。附图说明图1为本专利技术三相四线制APF拓扑图；图2为本专利技术三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法的总体控制框图；图3为本专利技术电流内环控制环的控制框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。实施例一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，该方法包括如下步骤：(1)实时采样直流母线电压，控制直流母线电压保持恒定得到电网侧电流参考指令；(2)实时采样电网侧电流，建立改进型谐振矢量电流控制器，将电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值输入至改进型谐振矢量电流控制器得到三相四线制APF调制信号；(3)对调制信号进行调制得到三相四线制APF中各开关管的开关信号，根据开关信号控制开关管工作。步骤(1)具体为：(11)建立直流母线电压外环控制环：将采样的直流母线电压以及设定的直流母线参考电压输入至电压控制器，电压控制器输出电网侧d轴的参考电流(12)设定电网侧q轴的参考电流电网侧0轴的参考电流电压控制器为PI控制器。步骤(2)具体为：(21)采样电网侧电流，通过帕克变换得到电网侧d轴实时电流isd、电网侧q轴实时电流isq和电网侧0轴实时电流is0；(22)将与isd作差、与isq作差、与is0作差分别得到电网侧电流误差信号；(23)将电网侧电流误差信号输入至改进型谐振矢量电流控制器，建立电流内环控制环，控制电网侧电流参考指令跟踪电网侧电流实测值，得到三相四线制APF调制信号。改进型谐振矢量电流控制器的传递函数为：其中，KP为比例系数，KVR为谐振系数，ωc为阻尼因子，n为需要调节的谐波次数，nωo为对应点的谐振频率点，R为三相四线制APF输出等效电阻，L为三相四线制APF输出等效电感，s为拉普拉斯变换中的复变量。电流内环控制环具体为：电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值作差输入至改进型谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)实时采样直流母线电压，控制直流母线电压保持恒定得到电网侧电流参考指令；(2)实时采样电网侧电流，建立改进型谐振矢量电流控制器，将电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值输入至改进型谐振矢量电流控制器得到三相四线制APF调制信号；(3)对调制信号进行调制得到三相四线制APF中各开关管的开关信号，根据开关信号控制开关管工作。

【技术特征摘要】
1.一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)实时采样直流母线电压，控制直流母线电压保持恒定得到电网侧电流参考指令；(2)实时采样电网侧电流，建立改进型谐振矢量电流控制器，将电网侧电流控制指令和电网侧电流实测值输入至改进型谐振矢量电流控制器得到三相四线制APF调制信号；(3)对调制信号进行调制得到三相四线制APF中各开关管的开关信号，根据开关信号控制开关管工作。2.根据权利要求1所述的一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，其特征在于，步骤(1)具体为：(11)建立直流母线电压外环控制环：将采样的直流母线电压以及设定的直流母线参考电压输入至电压控制器，电压控制器输出电网侧d轴的参考电流(12)设定电网侧q轴的参考电流电网侧0轴的参考电流。3.根据权利要求2所述的一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，其特征在于，所述的电压控制器为PI控制器。4.根据权利要求2所述的一种三相四线制APF改进型矢量谐振控制方法，其特征在于，步骤(2)具体为：(21)采样电网侧电流，通过帕克变换得到电网侧d轴实时电流isd、电网侧q轴实时电流isq和电网侧0轴实时电流is0；(22)将与isd作差、与isq作差、与is0作差分别得到电网侧电流误差信号；(23)将电网侧电流误差信号输入至改进型谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振远，伦恒星，瞿殿桂，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31