一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法制造技术

本发明专利技术公开一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，主要为了提供一种有效改善电抗器参数摄动和外部干扰对补偿电流精度影响的控制算法。本发明专利技术一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，并网控制、直流电压外环PI控制、补偿指令电流检测、总控制指令H∞鲁棒控制、单极性PWM倍频调制等。本算法突破了APF传统PI算法控制效果鲁棒性较差的限制，对APF实际运行时电抗器参数摄动较大的情况，也可实现电流谐波的高精度补偿，同时又能保证APF的快动态响应性能。具有控制简单、谐波滤除率高、具备动态补偿能力等优势，有利于工程应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电网电能质量优化
，具体涉及一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法。
技术介绍
谐波抑制是电力系统安全可靠运行的重要保障。电力系统中的谐波电流通常会引起串联谐振或并联谐振，引起谐波放大，导致危险的过电压和过电流；在发用电设备中，以及输配电线路上造成额外的附加损耗，降低发电，输、配电及用电的效率；造成电压谐波影响其他设备的正常工作；并干扰其通讯系统，降低信号的传输质量。APF（有源电力滤波器）是解决中低压配电系统动态谐波抑制的最有效手段，它是基于电流检测和电流注入技术的大功率电力电子装置。与传统滤波装置PF（无源电力滤波器）只能抑制特定次谐波电流相比，APF实现了连续补偿和良好的自适应性，可对频率和大小都变化的谐波进行补偿；具有高度可控性和快速响应性，对补偿对象的变化有极快的响应；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；且可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。实际运行中，H桥式APF与电网相连电抗器的参数会受电磁兼容及设备温度变化等不确定因素影响，稳态补偿能力会变得不稳定。因此，对APF控制器的设计必须考虑电感值摄动的影响。传统APF多采用基于PI控制器的指令电流跟踪控制策略，其设计多基于电网连接电抗器参数恒定不变假设，虽然思路清晰，便于实现，但存在当系统工作状态或电路参数变化时，控制参数适应性差的问题，同时对PI参数的整定也比较困难。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种滤波器控制精度高、滤波效率高、动态补偿能力好的一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法。为达到上述目的，本专利技术一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，在三相电网系统的各相分别连接一个单相H桥变流器，所述H桥变流器组成三相有源滤波器APF,所述电网系统分别包括为A相、B相和C相，所述控制算法包括：三相电网系统并网控制，分别采样所述电网系统各相的相电压，基于所述的相电压计算得到电网系统的线电压，基于所述的相电压、线电压以及并网控制参数利用并网控制方程得到并网电压指令信号，所述并网控制方程如下：Va=k4ea-k5ebaVb=k4eb-k5ecaVc=k4ec-k5eab]]>其中，ea、eb、ec分别为三相电网系统的A、B、C三相的相电压；eab、ebc、eca分别为A、B、C三相的线电压；Va、Vb、Vc分别为三相电网系统各相的并网电压指令信号；k4和k5为并网控制参数；直流电压外环PI控制，三相直流母线电压采用分相独立控制，三相直流母线电压分别通过PI控制器得到各相电压外环PI控制之后的电流输出值，其中，所述的PI控制方程如下：iuaref=(kp+kizz-1)(ug-udca)eaiubref=(kp+kizz-1)(ug-udcb)ebiucref=(kp+kizz-1)(ug-udcc)ec]]>其中，iuaref、iubref、iubref分别为A、B、C三相电压外环PI控制之后的各相输出量；ug为直流电压给定值；uaref为A相直流母线电压，ubref为B相直流母线电压，ucref为B相直流母线电压；kp为比例控制参数；ki为积分控制参数；采用PQ运算法对所述电网系统的各相电流分别进行检测，得到各相的谐波补偿电流指令ifa、ifb、ifc；电流内环总控制采用H∞鲁棒控制，将得到的各相直流母线电流和谐波补偿电流之和输入H∞鲁棒控制器中，得到各相的总控制指令；将所述的A、B、C各相总控制指令分别与所述的A、B、C各相的并网控制指令信号相叠加分别输入比较器与三角载波信号进行比较，所述比较器输出控制所述三相APF的调制指令，并将所述调制指令输入给所述三相APF。进一步地，H∞鲁棒控制的电流内环控制方程为ich*=-ilh-τcdilhdt-k1iclh-k2uch-k3ish]]>其中，k1、k2、k3，分别由公式计算得到；P由如下公式计算得到：ATP+PA+P(λ2EET)P+CTC+1λ2FTF<0;]]>其中,A=-1τc001C0-1CRLs1Ls-R+RsLs,]]>C=[0,0,1]T,E=μμ+1,]]>μ=ΔLsLs]]>F=-RLs2-1Ls2R+RsLs2,]]>B2=[0,0,1/τ]T;其中，ilh为负载谐波电流；ich为APF发出的谐波电流；iclh为未经过高通滤波器滤波的谐波电流；ish为电源谐波电流；uch为高通滤波器电容两端的电压；τ为惯性时间常数；E为定义的控制效果波动率；μ为电网连接电抗器参数摄动率。本专利技术一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，突破了APF传统PI算法控制效果鲁棒性较差的限制，对APF实际运行时电抗器参数摄动较大的情况，也可实现电流谐波的高精度补偿，同时又能保证APF的快动态响应性能。具有控制简单、谐波滤除率高、具备动态补偿能力等优势，有利于工程应用。附图说明图1是本专利技术H桥式APF主电路拓扑图；图2是本专利技术单相等效谐波电路图；图3是本专利技术并网指令电压控制图；图4是本专利技术pq运算方法谐波电流检测图；图5是本专利技术全系统控制结构框图；图6是本专利技术图5中的A相电的直流电压外环PI控制框图；图7是本专利技术谐波补偿能力两种控制策略对比波形图；图8是本专利技术谐波补偿能力两种控制策略对比频谱图；图9是本专利技术电感参数摄动下两种控制策略控制效果波动率对比图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术做进一步的描述。如图1至6所示，本实施例一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，在三相电网系统的各相分别连接一个单相H桥变流器，所述H桥变流器组成三相有源滤波器APF,所述电网系统分别包括为A相、B相和C相，所述控制算法包括：三相电网系统并网控制，分别采样所述电网系统各相的相电压，基于所述的相电压计算得到电网系统的线电压，基于所述的相电压、线电压以及并网控制参数利用并网控制方程得到并网电压指令信号Va、Vb、Vc，，所述并网控制方程如下：Va=k4ea-k5ebaVb=k4eb-k5ecaVc=k4ec-k5eab]]>其中，ea、eb、ec分别为三相电网系统的A、B、C三相的相电压；eab、ebc、eca分别为A、B、C三相的线电压；Va、Vb、Vc分别为三相电网系统各相的并网电压指令信号；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，在三相电网系统的各相分别连接一个单相H桥变流器，所述H桥变流器组成三相有源滤波器APF,所述电网系统分别包括为A相、B相和C相，其特征在于，所述控制算法包括：三相电网系统并网控制，分别采样所述电网系统各相的相电压，基于所述的相电压计算得到电网系统的线电压，基于所述的相电压、线电压以及并网控制参数利用并网控制方程得到并网电压指令信号，所述并网控制方程如下：Va=k4ea-k5ebaVb=k4eb-k5ecaVc=k4ec-k5eab]]>其中，ea、eb、ec分别为三相电网系统的A、B、C三相的相电压；eab、ebc、eca分别为A、B、C三相的线电压；Va、Vb、Vc分别为三相电网系统各相的并网电压指令信号；k4和k5为并网控制参数；直流电压外环PI控制，三相直流母线电压采用分相独立控制，三相直流母线电压分别通过PI控制器得到各相电压外环PI控制之后的电流输出值，其中，所述的PI控制方程如下：iuaref=(kp+kizz-1)(ug-udca)eaiubref=(kp+kizz-1)(ug-udcb)ebiucref=(kp+kizz-1)(ug-udcc)ec]]>其中，iuaref、iubref、iubref分别为A、B、C三相电压外环PI控制之后的各相输出量；ug为直流电压给定值；uaref为A相直流母线电压，ubref为B相直流母线电压，ucref为B相直流母线电压；kp为比例控制参数；ki为积分控制参数；采用PQ运算法对所述电网系统的各相电流分别进行检测，得到各相的谐波补偿电流指令；电流内环总控制采用H∞鲁棒控制，将得到的各相直流母线电流和谐波补偿电流之和输入H∞鲁棒控制器中，得到各相的总控制指令；将所述的A、B、C各相总控制指令分别与所述的A、B、C各相的并网控制指令信号相叠加分别输入比较器与三角载波信号进行比较，所述比较器输出控制所述三相APF的调制指令，并将所述调制指令输入给所述三相APF。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑电网连接电抗器参数摄动的APF控制算法，在三相电网系统的
各相分别连接一个单相H桥变流器，所述H桥变流器组成三相有源滤波器APF,
所述电网系统分别包括为A相、B相和C相，其特征在于，所述控制算法包括：
三相电网系统并网控制，分别采样所述电网系统各相的相电压，基于所述
的相电压计算得到电网系统的线电压，基于所述的相电压、线电压以及并网控
制参数利用并网控制方程得到并网电压指令信号，所述并网控制方程如下：
Va=k4ea-k5ebaVb=k4eb-k5ecaVc=k4ec-k5eab]]>其中，ea、eb、ec分别为三相电网系统的A、B、C三相的相电压；
eab、ebc、eca分别为A、B、C三相的线电压；
Va、Vb、Vc分别为三相电网系统各相的并网电压指令信号；
k4和k5为并网控制参数；
直流电压外环PI控制，三相直流母线电压采用分相独立控制，三相直流母
线电压分别通过PI控制器得到各相电压外环PI控制之后的电流输出值，其中，
所述的PI控制方程如下：
iuaref=(kp+kizz-1)(ug-udca)eaiubref=(kp+kizz-1)(ug-udcb)ebiucref=(kp+kizz-1)(ug-udcc)ec]]>其中，iuaref、iubref、iubref分别为A、B、C三相电压外环PI控制之后的各相输
出量；
ug为直流电压给定值；
uaref为A相直流母线电压，ubref为B相直流母线电压，ucref为B相直流母线

\t电压；
kp为比例控制参数；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯圣舟，陈颖，沈沉，陈卫东，孙艺敏，杨艺云，黄秀琼，
申请(专利权)人：清华大学，广西电网公司，
类型：发明
国别省市：