一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，包括电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路；通过电流互感器采集电网电流信号，经过Clark/Park变换得到在dq轴下的电网电流，同时电压互感器采集NPC直流测的电容电压，与参考电压进行比较，其差值通过一个PI控制器后产生在基参考坐标系下的有功参考电流，以上各量输入到由PI控制器和空间矢量PI控制器级联组成的新型电流控制器中进行控制器调节，电流控制器输出的信号经过SVPWM信号调制模块来控制主电路中的NPC逆变器，其产生的补偿信号经过输出滤波器并入电网中，最终实现补偿目的。本发明专利技术补偿效果大大高于传统电流控制器的APF，且精度高、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子领域,主要指有源电力滤波器，更确切的说是指采用新型电流控制器的高运行效率，高精确度的改进有源电力滤波器。
技术介绍
70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也在日趋严重。世界各国对谐波问题给予了充分的关注。有源电力滤波器作为解决电网谐波问题、改善电网质量的一种行之有效的方案，在全世界各国得到了广泛的运用。这种思想最先由B.M.Bird和J.F.Marsh于1969年在其论文中提出，该文指出可以将三次谐波电流注入到电网中以达到改善交流电网中电流的波形的目的。随后于1976美国西屋公司的E.C.Strycula与L.Gyugui以PWM技术为基础，在理论上证明了电力有源滤波器可以作为一个理想的谐波源，同时也在文中提出了有源滤波器的拓扑结构和实现方法。但是直到以日本著名学者H.Akagi提出的三相电路瞬时无功功率理论为基础的谐波检测算法得到实际的应用以后，有源电力滤波器才真正意义上在全世界范围内得到了广泛运用。传统的有源电力滤波器，需要用到负载测电流互感器，谐波检测模块，电流控制器，有源电力滤波器输出电流检测模块，滤波电流发生器，直流侧电压控制器模块。其中，负载测电流互感器采集负载电流信号，与滤波器的输出电流信号以及直流侧电压信号一起作为电流控制器的输入，其设计结构复杂，计算信息量较大，对补偿电路的设计和DSP主芯片的计算速度等，都有比较高的要求，此外，对于检测负载电流的控制方法，即指令电流运算电路的输入信号来自负载电流，这的是一种最基本的控制方式，在这种控制方式中，补偿电流能够较好的跟踪指令电流，但是，在主电路电力半导体器件高频通断的过程中，会产生其工作频率附近一些次数很高的谐波电流，这些电流被放大后流入电网，从而使得电源电流中包含这些谐波成分，使得有源电力滤波器的补偿特性变差，因此，这就有必要对现有的控制策略及控制器进行改进。在工业生产领域，由于在对称的三相电网中偶次谐波因对称被抵消，奇次谐波成为主要的谐波危害源，其中由其以5次，7次谐波的含量为主，其含量可以达到总谐波的45％甚至80％，另外的6n±1次谐波也严重危害电网的安全运行。目前，有源电力滤波器APF主要的研究热点与关注点基本上都集中在了：结构选型的对比、谐波提取算法的改进以及控制策略的优化三个方面。本专利技术采用一种新型的电流控制器，优化了APF性能，设计了一种全新的有源电力滤波器，在工业生产中6n±1次谐波含量的较高的场合，补偿效果尤为明显。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，采用的技术方案如下：一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，包括电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路；所述电网电流检测环节负责采样三相电流信号，通过一组电流互感器采集电网电流信号is,abc，经过Clark/Park变换后，获得处于同步坐标系的电流信号is,dq，同时通过加入电压相位信号θs使得采集到的信号与电网电压信号实现同步，之后将所得的处于同步坐标系的参考电流信号加入电流控制器的输入端；电压控制环节的负责保持变流器直流侧电容电压的稳定，通过采集电容电压实际电压信号Vdc与参考电压进行对比，将所得到的对比差值通过一个PI控制器调节，使得实际电压信号Vdc快速接近参考电压信号并将所得的差值信号加入电流控制器的输入端口，以构成一个闭环电压控制回路；所述电流控制器负责处理经过所述电流检测环节后的电流信号，包括一个PI控制器和一个矢量PI控制器；所述PI控制器传递函数为所述矢量PI控制器的传递函数为其中h代表谐波次数，Kph是可变增益系数，其取值影响到控制的控制性能，Krh是谐振增益，并且其中RF，LF分别为APF输出滤波器的等效阻抗值。信号经PI控制器和矢量PI控制器同时作用后，产生参考电压信号利用其与电网电压信号产生的差值作为所述驱动模块的输入信号；所述驱动模块用于驱动所述基于NPC逆变器的主电路；所述基于NPC逆变器的主电路采用中性点箝位式三电平逆变器，其产生的补偿信号经过输出滤波器并入电网中，实现补偿。进一步，所述基于NPC逆变器的主电路由12个IGBT开关管组成，每相桥臂上下各有两个IGBT开关管并且反并联二极管，直流侧是由两个直流电容构成，这两个直流电容给出了中性点Z，连接到中性点的二极管DZ1和DZ2为箝位二极管，当S2和S3导通时，该逆变器输出端A通过其中一个箝位二极管连接到中性点。进一步，所述驱动模块采用SVPWM空间矢量调制技术得到占空比信号。进一步，所述Kph＝0.5。进一步，所述直流电容上的电压E设为直流总电压的一半。进一步，所述电流控制器能够应用在静止无功发生器SVG谐波处理装置中。本专利技术的有益效果：1、所提出的新型电流控制器能够实现解耦控制，并且在不需要延迟补偿的情况下，实现异常电流峰值的消除，对APF的运行稳定性和稳态表现没有任何影响，同时减少了谐波电流产生的无功功率，保证了电网测侧的单位功率因数运行2、所提出的系统控制环节，采用双闭环控制，即电流内环控制和电压外环控制，电压外环通过一个PI控制器保证了直流测电压的稳定性，使得APF能够在负载波动时实现稳定运行；电流内环通过新型电流控制器，在基参考系中调节电网电流。3、所提出的新型电流控制器无需负载电流测量模块，无需谐波电流检测模块，同时省略了参考滤波电流发生器和滤波电流控制部分，简化了控制策略，使得有源电力滤波器的补偿性能不再受到谐波跟踪过程的影响，从而提高了精确度，使得谐波补偿效果得到显著提高。4、本专利技术的改进，使得提出的采用新型电流控制器的APF补偿效率得到提升，同时缩减整体系统成本，并且其补偿效果大大高于基于传统电流控制器的APF。附图说明图1本专利技术提出的采用新型电流控制器的APF结构图；图2为本专利技术提出的中性点箝位式三电平逆变器拓扑结构；图3本专利技术提出的新型电流控制器的原理框图；图4本专利技术提出的采用新型电流控制器的APF系统框图；图5未投入本专利技术APF之前的三相电源电流波形；图6投入本专利技术APF之后的三相电源电流波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：如图1所示，本专利技术有源电力滤波器包含了电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路，其中：电网电流检测环节负责采样三相电流信号，通过一组电流互感器采集电网电流信号is,abc，经过Clark/Park变换后，获得处于同步旋转坐标系的电流信号is,dq，同时通过加入电压相位信号θs使得采集到的信号与电网电压信号实现同步，之后将所得的处于同步坐标系的参考电流信号加入电流控制器的输入端。电压控制环节的主要作用是保持变流器直流侧电容电压的稳定，通过采集电容电压实际电压信号Vdc与参考电压进行对比，利用PI调节的动态响应快，调节简单的特点，将此处所得到的差值通过一个PI控制器调节，以达到减小电压波动，同时使得实际电压信号快速接近参考电压信号的目的。同样的，所得的差值信号也加入电流控制器的输入端口，以构成一个闭环电压控制回路。电流控制器是本专利技术的核心部分，它是针对电网中的某一类特征谐波提出的，因而同样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，其特征在于，包括电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路；所述电网电流检测环节负责采样三相电流信号，通过一组电流互感器采集电网电流信号is,abc，经过Clark/Park变换后，获得处于同步坐标系的电流信号is,dq，同时通过加入电压相位信号θs使得采集到的信号与电网电压信号实现同步，之后将所得的处于同步坐标系的参考电流信号加入电流控制器的输入端；电压控制环节的负责保持变流器直流侧电容电压的稳定，通过采集电容电压实际电压信号Vdc与参考电压进行对比，将所得到的对比差值通过一个PI控制器调节，使得实际电压信号Vdc快速接近参考电压信号并将所得的差值信号加入电流控制器的输入端口，以构成一个闭环电压控制回路；所述电流控制器负责处理经过所述电流检测环节后的电流信号，包括一个PI控制器和一个矢量PI控制器；所述PI控制器传递函数为所述矢量PI控制器的传递函数为其中h代表谐波次数，Kph是可变增益系数，其取值影响到控制的控制性能，Krh是谐振增益，并且其中RF，LF分别为APF输出滤波器的等效阻抗值；信号经PI控制器和矢量PI控制器同时作用后，产生参考电压信号利用其与电网电压信号产生的差值作为所述驱动模块的输入信号；所述驱动模块用于驱动所述基于NPC逆变器的主电路；所述基于NPC逆变器的主电路采用中性点箝位式三电平逆变器，其产生的补偿信号经过输出滤波器并入电网中，实现补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，其特征在于，包括电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路；所述电网电流检测环节负责采样三相电流信号，通过一组电流互感器采集电网电流信号is,abc，经过Clark/Park变换后，获得处于同步坐标系的电流信号is,dq，同时通过加入电压相位信号θs使得采集到的信号与电网电压信号实现同步，之后将所得的处于同步坐标系的参考电流信号加入电流控制器的输入端；电压控制环节的负责保持变流器直流侧电容电压的稳定，通过采集电容电压实际电压信号Vdc与参考电压进行对比，将所得到的对比差值通过一个PI控制器调节，使得实际电压信号Vdc快速接近参考电压信号并将所得的差值信号加入电流控制器的输入端口，以构成一个闭环电压控制回路；所述电流控制器负责处理经过所述电流检测环节后的电流信号，包括一个PI控制器和一个矢量PI控制器；所述PI控制器传递函数为所述矢量PI控制器的传递函数为其中h代表谐波次数，Kph是可变增益系数，其取值影响到控制的控制性能，Krh是谐振增益，并且其中RF，LF分别为APF输出滤波器的等效阻抗值；信号经PI控制器和矢量PI控制器同时作用后，产生参考电压信号利用其与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宏，王一帆，朱文，张佳伟，徐文成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32