基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法，通过数字系统固有延时，对LLCL滤波器不稳定极点位置进行配置，实现LLCL滤波器的无阻尼电阻自稳定控制。在具体配置时，将LLCL滤波器直接与电网相连，减小了总电感量，降低系统成本和谐波输出能力，还避免了传统无源阻尼的附加损耗和有源阻尼需要额外添加传感器或受模型精度影响的问题，非常适合大功率逆变器应用。

【技术实现步骤摘要】
基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法
本专利技术属于有源电力滤波器电流控制
，更为具体地讲，涉及一种基于无阻尼电阻LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法。
技术介绍
近年来，有源电力滤波器(APF)越来越多地采用高阶滤波器，如LC、LCL和LLCL滤波器，来代替传统单电感并网逆变器。LCL滤波器的滤波效果优于单电感滤波器，LLCL滤波器的滤波效果优于LCL滤波器。要得到相同的纹波滤除效果，LLCL可以取得最小的电感量。针对APF应用的LCL和LLCL滤波器的参数设计和稳定控制是逆变器研究的一大热点。LLCL滤波器的设计需要确定四个自由参数：三个电感，一个电容，并要综合考虑纹波衰减率、滤波电感电压降、电容无功电流、逆变桥纹波电流等因素，具有一定难度。LCL滤波器在转折频率点存在高幅值的谐振峰，难以稳定控制。一个简单的方法是通过电容支路串联阻尼电阻，降低谐振峰幅值。但在实际应用中，电容支路的纹波电流会在电阻上产生较大的损耗、发热严重，对电阻的选型和冷却条件有较高要求，不适合大容量APF应用。并且，电阻的引入增大了电容支路的阻抗，违背了电容支路低阻抗的初衷，影响滤波效果。为了取消阻尼电阻，各国学者做了大量的研究工作，特别是针对LCL滤波器控制的研究,主要有以下几种方法：一、将LCL滤波器输出电流反馈点从电网侧转移到逆变桥侧。反馈逆变桥电流有利于稳定控制，但逆变桥电流中富含的高频成分将被引入控制环，这可能会干扰控制环的正常运行；二、直接对网侧电流进行闭环控制可以避免上述问题，具体包括以下方法：一种方法是所谓的“有源阻尼(ActiveDamping)”法，通过反馈电容电压或电流，构成多变量反馈系统，取得了不错的效果。代价是需要额外的传感器，并且增加了控制环的复杂程度。第二种方法为状态反馈极点配制和阻尼函数法，但由于电网电感的不确定性，可能存在参数鲁棒性问题。第三种方法为电流加权平均法，对网侧电流和逆变桥电流进行加权平均，LCL滤波器能够被简化为单电感滤波器，大为降低了闭环控制难度。缺点是需要额外反馈逆变桥电流，增加了传感器数量，并且电网电感的变化会影响控制性能。相比于LCL滤波器有源阻尼策略方面研究，LLCL滤波器无阻尼策略方面研究文献还比较少。采用无源阻尼方案，在大容量APF应用中将不利于效率的提高；而采用一种有源阻尼和无源阻尼并联的混合阻尼方案，能提高LLCL并网逆变器在弱电网中的稳定性，虽然提高了效率，却引入了一定的附加损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法，利用数字系统固有延时，对LLCL滤波器不稳定极点位置进行配置，实现LLCL滤波器的无阻尼电阻自稳定控制。一种基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、PLL锁相环模块根据电网电压ug得到电网电压的相位角θ和角频率ω0；(2)、abc-dq0坐标变换模块根据相位角θ，将电网电压ug变为dq0坐标系下的电压ugd、ugq、ug0，同时将三电平VSI交流侧电流i1变为dq0坐标系下的电流i1d、i1q、i10；(3)、直流电压控制模块将三电平VSI直流侧电压的给定值与三电平VSI直流侧电压udc1作差，再与三电平VSI直流侧电压udc2作差，将得到的差值进行PI控制，得到有功电流给定值同时将三电平VSI直流侧电压udc1与三电平VSI直流侧电压udc2作差，将得到的差值进行PI控制，得到中性线电流给定值(4)、谐波电流检测模块将负载电流iL进行离散傅里叶变换(DFT)得到谐波电流iLdh、iLqh、iL0h；(5)、电流控制模块计算输出控制量ud、uq、u0；(5.1)、计算电流Δid：将有功电流给定值与谐波电流iLdh求和再与电流i1d作差，得到(5.2)、计算电流Δiq：将谐波电流iLqh与电流i1q作差，得到Δiq＝iLqh-i1q；(5.3)、计算电流Δi0：将中性线电流给定值与谐波电流i0Lh求和再与电流i10作差，得到(5.4)、电流控制模块根据上述角频率ω0，将计算得到的Δid、Δiq、Δi0先进行复合控制，再经过延时环节延时，得到控制量ud、uq、u0；(6)、电网电压前馈模块将步骤(2)所述电压ugd、ugq、ug0以及步骤(5)所述的输出控制量ud、uq、u0进行叠加，得到控制量Vd、Vq、V0；(7)、dq0-abc坐标变换模块根据上述相位角θ，将步骤(6)所述的控制量Vd、Vq、V0变换到abc坐标系下的控制量Va、Vb、Vc；(8)、SPWM模块根据步骤(7)所述的控制量Va、Vb、Vc产生开关函数Sa，Sb，Sc，控制三电平VSI的各个IGBT的开通关断，得到VSI输出电压信号；(9)VSI输出电压信号和电网电压信号相互作用后，经过无阻尼电阻LLCL滤波器转化为电流信号。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术专利技术一种基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法，通过数字系统固有延时，对LLCL滤波器不稳定极点位置进行配置，实现LLCL滤波器的无阻尼电阻自稳定控制。在具体配置时，将LLCL滤波器直接与电网相连，减小了总电感量，降低系统成本和谐波输出能力，还避免了传统无源阻尼的附加损耗和有源阻尼需要额外添加传感器或受模型精度影响的问题，非常适合大功率逆变器应用。附图说明图1是有源电力滤波器的一种具体实施框图；图2是电流控制模块进行PI控制内环的d轴控制结构图；图3是增加不同延时环节时，离散域PI控制内环开环波特图；图4是重复控制器在d轴的控制流程图；图5是增加不同延时环节时，重复控制外环稳定性验证图；图6是数字延时一拍后，本专利技术对有源电力滤波器补偿效果仿真图；图7是无数字延时一拍时，本专利技术对有源电力滤波器补偿效果仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是有源电力滤波器的一种具体实施框图。在本实施例中，先对有源电力滤波器的内部结构作说明，如图1所示，有源电力滤波器主要包括主电路和控制部分。其中，主电路又包括三电平VSI1、LLCL滤波器2、非线性负载3。三电平VSI1通过LLCL滤波器2与电网相连，非线性负载3直接与电网相连，从而组成了一个完整的有源电力滤波器的主电路。控制部分包括：锁相环PLL4、abc-dq0坐标系变换模块5、直流电压控制模块6、谐波电流检测模块7、电流控制模块8、电网电压前馈模块9、dq0-abc坐标系变换10，SPWM调制模块11，构成了有源电力滤波器的控制部分。下面结合实例对本专利技术进行详细说明：S1、PLL锁相环模块根据电网电压ug获取到电网电压的相位角θ和角频率ω0；S2、abc-dq0坐标变换模块根据相位角θ，将电网电压ug变换到dq0坐标系下的电压ugd、ugq、ug0，同时将三电平VSI交流侧电流i1变换到dq0坐标系下的电流i1d、i1q、i10；S3、计算输出有功电流给定值和中性线电流给定值直流电压控制模块将三电平VSI直流侧电压的给定值与三电平VSI直流侧电压udc1作差再与三电平本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、PLL锁相环模块根据电网电压ug得到电网电压的相位角θ和角频率ω0；(2)、abc‑dq0坐标变换模块根据相位角θ，将电网电压ug变为dq0坐标系下的电压ugd、ugq、ug0，同时将三电平VSI交流侧电流i1变为dq0坐标系下的电流i1d、i1q、i10；(3)、直流电压控制模块将三电平VSI直流侧电压的给定值与三电平VSI直流侧电压udc作差，再与三电平VSI直流侧电压udc2作差，将得到的差值进行PI控制，得到有功电流给定值同时将三电平VSI直流侧电压udc1与三电平VSI直流侧电压udc2作差，将得到的差值进行PI控制，得到中性线电流给定值(4)、谐波电流检测模块将负载电流iL进行离散傅里叶变换(DFT)得到谐波电流iLdh、iLqh、iL0h；(5)、电流控制模块计算输出控制量ud、uq、u0；(5.1)、计算电流Δid：将有功电流给定值与谐波电流iLdh求和再与电流i1d作差，得到Δid=id*+iLdh-i1d;]]>(5.2)、计算电流Δiq：将谐波电流iLqh与电流i1q作差，得到Δiq＝iLqh‑i1q；(5.3)、计算电流Δi0：将中性线电流给定值与谐波电流i0Lh求和再与电流i10作差，得到Δi0=i0*+iL0h-i10;]]>(5.4)、电流控制模块根据上述角频率ω0，将计算得到的Δid、Δiq、Δi0先进行复合控制，再经过延时环节延时，得到控制量ud、uq、u0；(6)、电网电压前馈模块将步骤(2)所述电压ugd、ugq、ug0以及步骤(5)所述的输出控制量ud、uq、u0进行行叠加，得到控制量Vd、Vq、V0；(7)、dq0‑abc坐标变换模块根据上述相位角θ，将步骤(6)所述的控制量Vd、Vq、V0变换到abc坐标系下的控制量Va、Vb、Vc；(8)、SPWM模块根据步骤(7)所述的控制量Va、Vb、Vc产生开关函数Sa，Sb，Sc，控制三电平VSI的各个IGBT的开通关断，得到VSI输出电压信号；(9)VSI输出电压信号和电网电压信号相互作用后，经过无阻尼电阻LLCL滤波器转化为电流信号。...

【技术特征摘要】
1.基于LLCL滤波的有源电力滤波器复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、PLL锁相环模块根据电网电压ug得到电网电压的相位角θ和角频率ω0；(2)、abc-dq0坐标变换模块根据相位角θ，将电网电压ug变为dq0坐标系下的电压ugd、ugq、ug0，同时将三电平VSI交流侧电流i1变为dq0坐标系下的电流i1d、i1q、i10；(3)、直流电压控制模块将三电平VSI直流侧电压的给定值与三电平VSI直流侧电压udc1作差，再与三电平VSI直流侧电压udc2作差，将得到的差值进行PI控制，得到有功电流给定值同时将三电平VSI直流侧电压udc1与三电平VSI直流侧电压udc2作差，将得到的差值进行PI控制，得到中性线电流给定值(4)、谐波电流检测模块将负载电流iL进行离散傅里叶变换(DFT)得到谐波电流iLdh、iLqh、iL0h；(5)、电流控制模块计算输出控制量ud、uq、u0；(5.1)、计算电流Δid：将有功电流给定值与谐波电流iLdh求和再与电流i1d作差，得到(5.2)、计算电流Δiq：将谐波电流iLqh与电流i1q作差，得到Δiq＝iLqh-i1q；(5.3)、计算电流Δi0：将中性线电流给定值与谐波电流iL0h求和再与电流i10作差，得到(5.4)、电流控制模块根据上述角频率ω0，将计算得到的Δid、Δiq、Δi0先进行复合控制，得到输出量ied、ieq、ie0，再经过PI控制后得到输出量ued、ueq、ue0，最后再经过延时环节延z-x，得到控制量ud、uq、u0；(6)、电网电压前馈模块将步骤(2)所述电压ugd、ugq、ug0以及步骤(5)所述的输出控制量ud、uq、u0进行叠加，得到控制量Vd、Vq、V0；(7)、dq0-abc坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，李凯，郑宏，邹见效，徐红兵，何东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51