一种有源电力滤波器的双环解耦控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有源电力滤波器的双环解耦控制方法，包括以下步骤：采集相关信号后转换为数字量，利用双环解耦控制得到参考电压后，按照正弦脉宽调制或者空间矢量脉宽调制，得到开关管的占空比信号，从而控制有源电力滤波器开关管的开通与关断。本发明专利技术中由内环控制器实现电网同步与基波功率控制，而外环控制器实现谐波电流的精确快速跟踪。这种控制方法可以省去谐波电流提取环节和锁相环，大大降低了数字控制系统的运算量。这对于减少系统损耗，保证系统的安全稳定运行具有重要作用。采用本发明专利技术控制方法可以在改善电能质量的同时降低了装置的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有源电力滤波器的方法，特别涉及一种基于谐振控制器解耦双环控制的改善电能质量方法。
技术介绍
近年来，能源紧缺、环境污染等问题日益严重。因此，太阳能、风能、氢能等新能源的开发利用日渐加快，新型分布式发电技术也越来越受到人们的重视。在分布式并网发电系统中，通过能源转换装置所发出的电能，绝大多数都要通过并网逆变器转换成与电网电压同频、同相的交流电才能馈入电网并网。逆变器在可再生能源转换装置与电网间起到了必不可少的接口作用，并成为分布式发电系统中极其重要的组成部分。然而，随着分布式发电单元的大量接入，电能质量问题日益严峻。改善电能质量的方法一般是采用无源滤波器或者有源滤波器。而有源电力滤波器又以其补偿方式灵活、受系统参数的影响小、响应速度快、可以实现动态补偿等优点，得到了广泛的重视和研究。传统的有源电力滤波器采用PI控制，在较宽的频率范围内都有很高的增益。然而，其动态相应特性较慢，不能快速跟踪谐波电流变化，因此限制了它的应用范围。而且，工业应用的有源电力滤波器都需要谐波电流提取环节和锁相环环节，因此具有较重的运算负担和较高的成本。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种新型的有源电力滤波器双环解耦控制方法，该方法在控制过程中省去了谐波电流提取环节和锁相环环节，不但改善了电能质量，而且降低了装置的成本。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种有源电力滤波器的双环解耦控制方法，其中，有源电力滤波器包括由六个功率开关模块组成三相全桥拓扑结构，所述三相全桥拓扑结构通过一LCL滤波器连接到公共连接点后再与大电网相连；有源电力滤波器的直流侧连接一母线电容，所述LCL滤波器由变流器侧滤波电感L1、电网侧滤波电感L2和滤波电容Cf组成，所述公共连接点PCC还至少连接有非线性负荷；并包括以下步骤：步骤一、在每个采样周期开始时，有源电力滤波器采集直流母线电容电压值VDC，并转化为数字量后发送给有源电力滤波器的控制模块；有源电力滤波器采集公共连接点PCC的三相电压值VPCC(abc)、负载三相电流值ILoad(abc)、输出三相电流值I1(abc)和并网三相电流值I2(abc)，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值数字量VPCC(αβ)、负载三相电流值数字量ILoad(αβ)、输出三相电流值数字量I1(αβ)和并网三相电流值数字量I2(αβ)发送给有源电力滤波器的控制模块；步骤二、有源电力滤波器的控制模块按照下述方法获得参考电压I*1(αβ)=Gouter(s)·(I*2(αβ)-I2(αβ))V*out(αβ)=Ginner(s)·(I*1(αβ)+I*PQ(αβ)-I1(αβ))---(1)]]>式(1)中，变量s为复频率，为有源电力滤波器输出电流的参考，为有源电力滤波器并网电流的参考，可以直接选择采样得到的负载电流，即为有源电力滤波器基波功率电流参考；I1(αβ)为有源电力滤波器实际的输出电流，I2(αβ)为有源电力滤波器实际的并网电流；Gouter(s)为外环传递函数，Ginner(s)为内环的传递函数；Gouter(s)=Σh=5,7,11,132kihωcutss2+2ωcuts+(hωf)2---(2)]]>式(2)中，h为谐波次数；kih是第h次谐波频率的谐振增益，取值10～800；ωcut是谐振控制器的带宽，取值3～20rad/s；ωf是基波频率的角频率，ωf＝2πf，f＝60Hz；Ginner(s)=kp+2kifωcutss2+2ωcuts+(ωf)2---(3)]]>式(3)中，kp是基波频率的比例增益，取值0.1～1；kif是基波频率的谐振增益，取值10～800；I*PQ(αβ)=(Vpcc,α+jVpcc,β)·gP*+(-j)·(Vpcc,α+jVpcc,β)·gQ*---(4)]]>式(4)中，Vpcc,α为二相坐标系中公共连接点电压VPCC(αβ)的α轴分量，Vpcc,β为二相坐标系中公共连接点电压VPCC(αβ)的β轴分量；和分别是生成有功电流和无功电流的增益，并由下述的比例积分控制器PI生成：gP*=(kp_DC*+ki_DC*s)·(VDC*-VDC)gQ*=(kp_Q*+ki_Q*s)·(QAPF*-QAPF)---(5)]]>式(5)中，是直流母线电压参考，VDC为直流母线电容电压值，取值为700～800V；是有源电力滤波器输出无功功率参考，由上层调度指令给定；QAPF为实际输出的无功功率，分别为有功和无功比例控制系数，取值均为1～50；分别为有功和无功积分控制系数，取值均为10～800；步骤三、有源电力滤波器在得到了参考电压后，按照正弦脉宽调制或者空间矢量脉宽调制，得到开关管的占空比信号，从而控制有源电力滤波器开关管的开通与关断。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中采用双环解耦控制，可以省去波电流提取环节和锁相环，大大减小了数字控制系统的运算负担。其中外环控制器采用5次、7次、11次、13次谐振控制器，在谐波频率下具有高增益，而在基波频率下具有抑制作用，因此可以省去有源电力滤波器的谐波电流提取环节，直接实现谐波电流的精确快速跟踪；内环控制器采用基波谐振控制器，在基波频率下具有较高的增益，因此可以省去锁相环环节，直接实现电网同步。附图说明图1为本专利技术中有源电力滤波器的拓扑结构及控制框图；图2为当有源电力滤波器不工作时仿真波形图，从上到下依次为三相电网电压Vgrid(abc)、三相电网电流Igrid(abc)、三相负载电流ILoad(abc)、有源电力滤波器的三相并网电流I2(abc)的波形；图3为当有源电力滤波器补偿负载谐波电流时仿真波形图，从上到下依次为三相电网电压Vgrid(abc)、三相电网电流Igrid(abc)、三相负载电流ILoad(abc)、有源电力滤波器的三相并网电流I2(abc)的波形；图4为当有源电力滤波器补偿负载谐波电流的同时输出无功功率时仿真波形图，从上到下依次为三相电网电压Vgrid(abc)、三相电网电流Igrid(abc)、三相负载电流ILoad(abc)、有源电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源电力滤波器的双环解耦控制方法，其中，有源电力滤波器包括由六个功率开关模块组成三相全桥拓扑结构，所述三相全桥拓扑结构通过一LCL滤波器连接到公共连接点后再与大电网相连；有源电力滤波器的直流侧连接一母线电容，所述LCL滤波器由变流器侧滤波电感L1、电网侧滤波电感L2和滤波电容Cf组成，所述公共连接点PCC还至少连接有非线性负荷；其特征在于：该双环解耦控制方法包括以下步骤：步骤一、在每个采样周期开始时，有源电力滤波器采集直流母线电容电压值VDC，并转化为数字量后发送给有源电力滤波器的控制模块；有源电力滤波器采集公共连接点PCC的三相电压值VPCC(abc)、负载三相电流值ILoad(abc)、输出三相电流值I1(abc)和并网三相电流值I2(abc)，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值数字量VPCC(αβ)、负载三相电流值数字量ILoad(αβ)、输出三相电流值数字量I1(αβ)和并网三相电流值数字量I2(αβ)发送给有源电力滤波器的控制模块；步骤二、有源电力滤波器的控制模块按照下述方法获得参考电压I*1(αβ)=Gouter(s)·(I*2(αβ)-I2(αβ))V*out(αβ)=Ginner(s)·(I*1(αβ)+I*PQ(αβ)-I1(αβ))---(1)]]>式(1)中，变量s为复频率，为有源电力滤波器输出电流的参考，为有源电力滤波器并网电流的参考，为有源电力滤波器基波功率电流参考；I1(αβ)为有源电力滤波器实际的输出电流，I2(αβ)为有源电力滤波器实际的并网电流；Gouter(s)为外环传递函数，Ginner(s)为内环的传递函数；Gouter(s)=Σh=5,7,11,132kihωcutss2+2ωcuts+(hωf)2---(2)]]>式(2)中，h为谐波次数；kih是第h次谐波频率的谐振增益，取值10～800；ωcut是谐振控制器的带宽，取值3～20rad/s；ωf是基波频率的角频率，ωf＝2πf，f＝60Hz；Ginner(s)=kp+2kifωcutss2+2ωcuts+(ωf)2---(3)]]>式(3)中，kp是基波频率的比例增益，取值0.1～1；kif是基波频率的谐振增益，取值10～800；I*PQ(αβ)=(Vpcc,α+jVpcc,β)·gP*+(-j)·(Vpcc,α+jVpcc,β)·gQ*---(4)]]>式(4)中，Vpcc,α为二相坐标系中公共连接点电压VPCC(αβ)的α轴分量，Vpcc,β为二相坐标系中公共连接点电压VPCC(αβ)的β轴分量；和分别是生成有功电流和无功电流的增益，并由下述的比例积分控制器PI生成：gP*=(kp_DC*+ki_DC*s)·(VDC*-VDC)gQ*=(kp_Q*+ki_Q*s)·(QAPF*-QAPF)---(5)]]>式(5)中，是直流母线电压参考，VDC为直流母线电容电压值，取值为700～800V；是有源电力滤波器输出无功功率参考，由上层调度指令给定；QAPF为实际输出的无功功率，分别为有功和无功比例控制系数，取值均为1～50；分别为有功和无功积分控制系数，取值均为10～800；步骤三、有源电力滤波器在得到了参考电压后，按照正弦脉宽调制或者空间矢量脉宽调制，得到开关管的占空比信号，从而控制有源电力滤波器开关管的开通与关断。...

【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器的双环解耦控制方法，其中，有源电力滤波器包括由六个功率
开关模块组成三相全桥拓扑结构，所述三相全桥拓扑结构通过一LCL滤波器连接到公共连
接点后再与大电网相连；有源电力滤波器的直流侧连接一母线电容，所述LCL滤波器由变
流器侧滤波电感L1、电网侧滤波电感L2和滤波电容Cf组成，所述公共连接点PCC还至少
连接有非线性负荷；
其特征在于：该双环解耦控制方法包括以下步骤：
步骤一、在每个采样周期开始时，有源电力滤波器采集直流母线电容电压值VDC，并转
化为数字量后发送给有源电力滤波器的控制模块；有源电力滤波器采集公共连接点PCC的
三相电压值VPCC(abc)、负载三相电流值ILoad(abc)、输出三相电流值I1(abc)和并网三相电流值
I2(abc)，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值数字量VPCC(αβ)、负载三相电流值数字量
ILoad(αβ)、输出三相电流值数字量I1(αβ)和并网三相电流值数字量I2(αβ)发送给有源电力滤波器的
控制模块；
步骤二、有源电力滤波器的控制模块按照下述方法获得参考电压I*1(αβ)=Gouter(s)·(I*2(αβ)-I2(αβ))V*out(αβ)=Ginner(s)·(I*1(αβ)+I*PQ(αβ)-I1(αβ))---(1)]]>式(1)中，变量s为复频率，为有源电力滤波器输出电流的参考，为有源
电力滤波器并网电流的参考，为有源电力滤波器基波功率电流参考；I1(αβ)为有源电
力滤波器实际的输出电流，I2(αβ)为有源电力滤波器实际的并网电流；Gouter(s)为外环传递
函数，Ginner(s)为内环的传递函数；
Gouter(s)=...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，梁倍华，王成山，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12