一种有源电力滤波器的直流电容电压控制方法技术

本发明专利技术涉及一种有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，包括：采集直流侧电容电压，获取直流侧电容电压与稳压指令的误差，利用基于变结构比例积分控制的直流侧电压控制器对直流侧电压误差进行调节。其中，基于变结构比例积分控制的直流侧电压控制器包括用于稳态控制的周期平均值低通滤波器环节，用于动态控制的非线性比例积分控制环节，用于纹波限幅的限幅环节以及用于动态稳态控制结构切换的预测环节。本发明专利技术方法可有效解决传统基于比例积分控制器的电容电压控制策略中，直流电容电压控制环的动态性能与其对有源电力滤波器电流补偿效果的影响存在矛盾的问题，可有效提升APF稳态时的补偿性能和动态时的直流侧电压抗干扰性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能质量检测与治理
，尤其涉及一种有源电力滤波器的直流电容电压控制方法。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术的高速发展，电力系统中大量非线性负载设备如变频器、整流器的使用，使得电网中电流波形发生畸变，不再是标准工频正弦波，而是包含多种谐波电流，严重影响电网的供电质量和电网中运行设备的正常运行。有源电力滤波器作为一种新型电力电子谐波治理装置，相对常规的无源滤波器，具有控制灵活，体积小，功能多，对用户友好的特点。有源电力滤波器直流侧电容电压的稳定控制是逆变器根据电流调节器发出的电压指令精确逆变出对应电压波形的关键条件。理论上，有源电力滤波器在运行时不消耗能量，因而其电容电压应保持不变。然而由于功率变换单元内开关器件的开关损耗，滤波电感寄生电阻的存在，实际有源电力滤波器在运行时有一定的能量耗散，该能量耗散导致有源电力滤波器电容电压均值的下降。此外，有源电力滤波器在进行谐波与负序电流补偿时，与外界存在能量交换，根据能量平衡原理，该交换将导致有源电力滤波器电容电压存在快速的周期性波动。因此，有必要对有源电力滤波器直流侧电压进行控制，以保证其稳定。通常有源电力滤波器的直流侧电容电压控制结构基于传统比例积分调节器，其控制结构如图1所示。电容电压给定指令与实际电容电压值作比较后，其误差送入比例积分调节器。比例积分调节器的输出为用于调节电容电压的有功电流。将有功电流经dq坐标系到静止坐标系变换后，得到三相静止坐标系下用于调节电容电压的稳压电流指令，该稳压电流指令与有源电力滤波器的补偿电流指令叠加后，共同作为有源电力滤波器的电流指令并经电流控制器的调节作用后发出。有源电力滤波器的直流侧电容电压的波动可分为两项。一项是由于有源电力滤波器自身的有功损耗造成的电压下降，由于有源电力滤波器损耗较小，因此该项的波动较慢，是缓慢波动量。另一项由于有源电力滤波器补偿谐波、负序等电流时，由于与外界快速的能量交换造成电容电压的快速波动，可视为电压纹波，该波动其频率高于基波频率，因而视为快速波动量。为降低直流电容电压快速波动量对补偿效果的影响，控制器的带宽应尽量低。然而，过低的控制带宽将导致比例积分控制器的动态性能不足，且降低对有功扰动的抑制，因此在负载变化时，无法及时稳定住电容电压。故在传统基于比例积分控制器的电容电压控制策略中，直流电容电压控制环的动态性能与其对有源电力滤波器电流补偿效果的影响存在矛盾。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种新的有源电力滤波器直流电容电压控制方法，用以解决传统基于比例积分控制器的电容电压控制策略中，直流电容电压控制环的动态性能与其对有源电力滤波器电流补偿效果的影响存在矛盾的问题。为实现上述的专利技术目的，在基于本专利技术方法的一个实施例中，包括以下步骤：步骤S1、采集直流电容电压，获取直流电容电压与稳压指令的控制误差e1；步骤S2、利用基于变结构比例积分控制的直流电压控制器对直流电压控制误差进行调节，得到误差调节输出；步骤S3、将步骤S2得到的误差调节输出作为有源电力滤波器有功电流环的控制指令，对直流电容电压进行控制。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S1进一步包括：使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样N点的速率采样得到有源电力滤波器直流电容电压Udc*，并在每采样周期内将Udc*与直流电容电压控制指令值Udc作差，得到所述控制误差e1。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S2进一步包括以下子步骤：步骤S21、根据直流电容电压与稳压指令的控制误差e1，获取用于稳态控制的误差输出e2、非线性比例积分控制输出e3、切换判断标准c0。步骤S22、根据S21中获得的参数，进行变结构切换，输出变结构切换结果e4；步骤S23、对变结构切换结果e4进行线性比例积分及限幅处理，得到误差调节输出y。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，稳态控制的误差输出e2由控制误差e1经过周期滑窗平均值低通滤波器fLP(z)得到；滤波器的周期等于电网电压工频周期。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，非线性比例积分控制输出e3由所述控制误差e1与非线性比例系数K1相乘得到；其中，非线性比例系数K1由所述控制误差e1取绝对值后，经线性放大和限幅处理后得到。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，切换判断标准c0由稳态切换控制输出c1、动态切换控制输出c2与纹波限幅控制控制输出c3进行逻辑或操作得到。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，输出变结构切换结果e4具体为经过变结构切换开关fswitch得到，当c0为逻辑假时，e4输出结果为e2；当c0为逻辑真时，e4输出结果为e3。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，稳态切换控制输出c1由稳态控制误差输出e2与稳态恢复系数Ix1作比较得到，当e2≤Ix1时，c1输出结果为逻辑假，当e2>Ix1时，c1输出结果为逻辑真。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，动态切换控制输出c2由动态误差预测的误差值e5与稳态切换系数Ix2比较得到，当e5≤Ix2时，c2输出结果为逻辑假，当e5>Ix2时，c2输出结果为逻辑真；动态误差预测的误差值e5由控制误差e1经过二阶数字滤波器flp1(z)消除噪声后，再经过动态误差预测的周期微分器fs(z)，结果取绝对值后得到，公式如下，flp1(z)=1+z2z---(4)]]>fs＝1-z-N(5)e5＝|fs(flp1(z))|(6)其中，N为所述直流电容电压每工频周期采样点数。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，纹波限幅控制控制输出c3由控制误差e1与稳态切换系数Ix3作比较得到，当e1≤Ix3时，c3输出结果为逻辑假，当e1>Ix3时，c3输出结果为逻辑真。本专利技术的特点及有益效果是：该方法通过采用变结构比例积分控制器，可兼顾有源电力滤波器直流电容电压控制环稳态时低带宽、动态时对扰动高抑制且无超调的要求，可有效提升有源电力滤波器稳态时的电流补偿性能和动态时的直流侧电压抗干扰性能。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1是基于传统比例积分调节器的直流侧电容电压控制结构图；图2是本专利技术方法的控制流程框图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。根据本专利技术的一个具体实施例，公开了一种有源电力滤波器直流电容电压控制方法，如附图2所示，包括以下步骤：步骤S1、采集直流电容电压，获取直流电容电压与稳压指令的控制误差e1；具体地，使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样N点的速率采样得到有源电力滤波器直流电容电压Udc*，并在每采样周期内将Udc*与直流电容电压控制指令值Udc作差，得到所述控制误差e1，公式如下；e1=Udc*-Udc---(1)]]>步骤S2、利用基于变结构比例积分控制的直流电压控制器对直流电压控制误差进行调节，得到误差调节输出；具体包括：步骤S21、根据直流电容电压与稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1、采集直流电容电压，获取直流电容电压与稳压指令的控制误差e1；步骤S2、利用基于变结构比例积分控制的直流电压控制器对直流电压控制误差进行调节，得到误差调节输出；步骤S3、将步骤S2得到的误差调节输出作为有源电力滤波器有功电流环的控制指令，对直流电容电压进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1、采集直流电容电压，获取直流电容电压与稳压指令的控制误差e1；步骤S2、利用基于变结构比例积分控制的直流电压控制器对直流电压控制误差进行调节，得到误差调节输出；步骤S3、将步骤S2得到的误差调节输出作为有源电力滤波器有功电流环的控制指令，对直流电容电压进行控制。2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：使用电压传感器，以每工频周期等间隔采样N点的速率采样得到有源电力滤波器直流电容电压Udc*，并在每采样周期内将Udc*与直流电容电压控制指令值Udc作差，得到所述控制误差e1。3.根据权利要求1或2所述的有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括以下子步骤：步骤S21、根据直流电容电压与稳压指令的控制误差e1，获取用于稳态控制的误差输出e2、非线性比例积分控制输出e3、切换判断标准c0；步骤S22、根据S21中获得的参数，进行变结构切换，输出变结构切换结果e4；步骤S23、对变结构切换结果e4进行线性比例积分及限幅处理，得到误差调节输出y。4.根据权利要求3所述的有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，其特征在于，所述稳态控制的误差输出e2由所述控制误差e1经过周期滑窗平均值低通滤波器fLP(z)得到；所述滤波器的周期等于电网电压工频周期。5.根据权利要求3所述的有源电力滤波器的直流电容电压控制方法，其特征在于，所述非线性比例积分控制输出e3由所述控制误差e1与非线性比例系数K1相乘得到；其中，所述非线性比例系数K1由所述控制误差e1取绝对值后，经线性放大和限幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹天明，郭鑫，王新兵，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11