一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法，步骤为1、计算电流补偿率，计算负载谐波电流有效值，计算各次负载谐波电流有效值；2、计算能够补偿负载谐波的最大电流有效值；3、将负载谐波电流有效值排序；4、计算负载谐波电流总有效值；5、判断Imax与Iltot的大小，若Imax小于Iltot执行S6；若Imax大于Iltot执行S12；6、判断IAPF与Imax的大小，若IAPF小于Imax执行S7；若IAPF大于Imax执行S10；7、设定APF限流输出；8、计算m值；9、重构m次的负载谐波电流，执行S14；10、设定APF限流输出；11、计算m值，执行S9；12、判断Iltot与IAPF的大小，若Iltot大于IAPF执行S7；若Iltot小于IAPF执行S13；13、仅补偿w次及以下次的负载谐波电流；14、结束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有源电力滤波器
，尤其涉及一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法。
技术介绍
并联型有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)作为新一代的电网谐波、无功补偿设备，具有补偿实时性好、动态响应速度快、不易与电网发生谐振等优点，已被越来越广泛地应用于商业与工业场合。由于特定次谐波电流分频补偿技术可更加高效地利用有限的APF容量，提高APF输出不同次谐波电流的控制精度，使得该技术成为了当前APF应用的主流。当前，APF安装之前，工程师均需要到现场对谐波含量与谐波构成进行测试，从而确定所需APF的容量，以及APF补偿的谐波次数。通常是设定APF补偿负载谐波电流有效值最大的那几次谐波，在负载与线路环境不变的条件下，此种方式基本可以满足要求。但每当负载与线路环境发生变化，大都需要工程师重新测试并改变APF的补偿方案，人工调整较为复杂。同时，由于调整APF的补偿方案涉及补偿后电网电流总谐波畸变率THD、负载允许补偿的最大电流Imax、第w次及以下次负载谐波电流总有效值Iltot、APF额定电流有效值IAPF、APF可补偿的最高次谐波次w之间的逻辑关系，传统仅按照负载谐波电流有效值最大的那几次谐波进行补偿，不能充分发挥APF的补偿性能。APF补偿效果的评价一般从两个方面来考虑：①补偿后负载谐波电流的放大倍数；②补偿后电网电流的总谐波畸变率。这两个方面中，方面①关系到负载是否会因为补偿产生过流，严重时损毁负载。另外，APF补偿时还涉及方面③APF的额定容量，即其设备自身能输出的最大电流IAPF。在补偿谐波时，APF输出的电流不能大于IAPF，否则会损毁APF。总体来说，在需要补偿的负载谐波电流大于IAPF时，APF需要限流输出。方面③的优先级应大于方面②，小于方面①。APF的优化补偿，应该是保障方面①与方面③的前提下，尽可能的优化方面②。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而完成的，所要解决的技术问题是提供一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法，主要解决在补偿多个特定次谐波时有源电力滤波器补偿量的优化问题，并解决现有补偿方法难以调整、人工调整较为复杂、且不能充分发挥APF的补偿性能的缺陷。为了实现上述目的，本专利技术技术按照以下方式实现：一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法，包括如下步骤：S1、根据公式（1）计算补偿后的负载谐波电流有效值ILA，计算各次负载谐波电流有效值IL_2…IL_n；(1)其中，η为补偿后负载谐波电流放大倍数的限定值，ILB、ILA分别为负载谐波电流补偿前、后的有效值，ζ(0<ζ<1)为电流补偿率。S2、根据负载谐波电流补偿后有效值ILA、电流补偿率ζ，根据公式（2）计算能够补偿负载谐波的最大电流有效值Imax，以保障补偿后负载安全运行；(2)S3、根据负载谐波电流有效值的大小进行排序，IL_k>IL_k-1>…>IL_k-w，其中IL_k表示负载谐波电流有效值最大的那次负载谐波电流，IL_k-1表示负载谐波电流有效值次大的那次负载谐波电流，以此类推；S4、根据公式（15）计算包含第w次及以下次负载谐波电流总有效值Iltot，w为APF可输出的最高次谐波电流；（15）S5、判断Imax与Iltot的大小，若Imax小于Iltot执行步骤S6；若Imax大于Iltot执行步骤S12；S6、判断IAPF与Imax的大小，若IAPF小于Imax执行步骤S7；若IAPF大于Imax执行步骤S10；S7、设定APF限流输出，限流值为APF输出的额定电流IAPF；S8、计算满足式(12)的m值。该值为APF需要补偿的特定次谐波个数，即补偿IL_k、…IL_k-m，这几次谐波；（12）S9、按照等比例缩小的方法，重构m次的负载谐波电流，执行步骤S14。重构方法如式(13)所示：（13）式中iL为负载谐波电流瞬时值；iL_new为按比例缩小后的指令电流；ε为限流系数；IL_k为APF所需补偿的第k-i次负载谐波电流有效值；IL为APF所需补偿的负载谐波电流有效值；S10、设定APF限流输出，限流值为能够补偿谐波的最大电流有效值Imax；S11、计算满足式(14)的m值，m值为APF需要补偿的特定次谐波个数，即补偿IL_k、…IL_k-m，这几次谐波。执行步骤S9；（14）S12、判断Iltot与IAPF的大小，若Iltot大于IAPF执行步骤S7；若Iltot小于IAPF执行步骤S13；S13、仅补偿w次及以下次的负载谐波电流；S14、补偿方法制定结束。本专利技术的有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法的基理是：APF补偿效果的评价应从两个方面来考虑：①补偿后负载谐波电流的放大倍数；②补偿后电网电流的总谐波畸变率。这两个方面中，方面①关系到负载是否会因为补偿产生过流，严重时损毁负载。因此，需将方面①作为谐波补偿的首要因素进行考虑。APF补偿时还涉及：方面③APF的额定容量，即其设备自身能输出的最大电流IAPF。在补偿谐波时，APF输出的电流不能大于IAPF，否则会损毁APF。因而在需要补偿的负载谐波电流大于IAPF时，APF需要限流输出。方面③的优先级应大于方面②，小于方面①。APF的优化补偿，应该是保障方面①与方面③的前提下，尽可能的优化方面②。由于补偿电流源型谐波负载时，负载电流放大倍数可以忽略，因而本专利技术可仅考虑APF对电压源型负载补偿的影响，补偿的网络等效结构如图1所示。图中负载为三相平衡的电压源型谐波负载，负载相电流为iL，电网侧电流为is，APF输出电流为if；Zs为系统等效阻抗，其包含配电变压器漏感与输电线路的等效阻抗；ZL为公共连接点到负载的线路阻抗与负载交流侧等效阻抗之和。设APF补偿前、后电网电流分别为isB、isA，负载谐波电流补偿前、后分别为iLB、iLA，则负载电流放大倍数应满足式（1），式中η为补偿后负载电流放大倍数的限定值，ILB、ILA为负载谐波电流补偿前、后的有效值，ζ(0<ζ<1)为电流补偿率。(1)η可根据负载说明书中可承受的过流值进行设定。将该值带入(1)式，可求得电流补偿率ζ。根据ζ即可确定负载允许补偿的最大电流Imax，计算方法如式(2)所示。(2)受半导体功率开关的开关频率限制，APF所能补偿的最高次特定谐波也受到限制，设其可补偿的最高次谐波为第w次谐波。若满足方面①与方面③，优化方面②时，使APF补偿第w次谐波以下的所有谐波，即可获得此时最小的补偿后电网电流总谐波畸变率THD。若满足方面①，不满足方面③，即负载谐波电流大于APF额定值时，APF需按额定容量限流输出，如式（3）所示，式中If_k为APF输出的第k次负载谐波电流有效值。（3）此时优化方面②时，与三方面的因素有关：（1）有源电力滤波器输出各次谐波补偿量的配比，即APF输出各次谐波电流之间的比例；补偿后电网电流总谐波畸变率THDA如式（4）所示，式中IL_k为负载电流的第k次负载谐波电流有效值：（4）考察APF输出各次谐波的最优配比，使得THDA值最小，可转化为求F(If_k)的最小值问题。综合式（3）、式（4）可构建Lagrange函数，如式（5）所示，其中λ为Lagrange乘子。（5）分别对G(F，λ)中的各次谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、根据公式（1）计算补偿后的负载谐波电流有效值I LA，计算各次负载谐波电流有效值I L_2…I L_n；(1)其中，η 为补偿后负载谐波电流放大倍数的限定值，I LB、I LA分别为负载谐波电流补偿前、后的有效值，ζ(0<ζ<1)为电流补偿率；S2、根据负载谐波电流补偿后有效值I LA、电流补偿率ζ，根据公式（2）计算能够补偿负载谐波的最大电流有效值I max，以保障补偿后负载安全运行；(2)S3、根据负载谐波电流有效值的大小进行排序，I L_k>I L_k‑1>…>I L_k‑w，其中I L_k表示负载谐波电流有效值最大的那次负载谐波电流，I L_k‑1表示负载谐波电流有效值次大的那次负载谐波电流，以此类推；S4、根据公式（15）计算包含第w 次及以下次负载谐波电流总有效值I ltot，w 为APF可输出的最高次谐波电流；（15）S5、判断I max与I ltot的大小，若I max小于I ltot执行步骤S6；若I max大于I ltot执行步骤S12；S6、判断I APF与I max的大小，若I APF小于I max执行步骤S7；若I APF大于I max执行步骤S10；S7、设定APF限流输出，限流值为APF输出的额定电流I APF；S8、计算满足式(12)的m值；该值为APF需要补偿的特定次谐波个数，即补偿I L_k、…I L_k‑m，这几次谐波；（12）S9、按照等比例缩小的方法，重构m次的负载谐波电流，执行步骤S14。重构方法如式(13)所示：（13）式中i L为负载谐波电流瞬时值；i L_new为重构的APF所需补偿的负载谐波电流瞬时值；ε 为限流系数；I L_k为APF所需补偿的第k ‑ i 次负载谐波电流有效值；I L为APF所需补偿的负载谐波电流有效值；S10、设定APF限流输出，限流值为能够补偿谐波的最大电流有效值I max；S11、计算满足式(14)的m值，m值为APF需要补偿的特定次谐波个数，即补偿I L_k、…I L_k‑m，这几次谐波；执行步骤S9；（14）S12、判断I ltot与I APF的大小，若I ltot大于I APF执行步骤S7；若I ltot小于I APF执行步骤S13；S13、仅补偿w次及以下次的负载谐波电流；S14、补偿方法制定结束。...

【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器特定次谐波优化补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、根据公式（1）计算补偿后的负载谐波电流有效值ILA，计算各次负载谐波电流有效值IL_2…IL_n；(1)其中，η为补偿后负载谐波电流放大倍数的限定值，ILB、ILA分别为负载谐波电流补偿前、后的有效值，ζ(0<ζ<1)为电流补偿率；S2、根据负载谐波电流补偿后有效值ILA、电流补偿率ζ，根据公式（2）计算能够补偿负载谐波的最大电流有效值Imax，以保障补偿后负载安全运行；(2)S3、根据负载谐波电流有效值的大小进行排序，IL_k>IL_k-1>…>IL_k-w，其中IL_k表示负载谐波电流有效值最大的那次负载谐波电流，IL_k-1表示负载谐波电流有效值次大的那次负载谐波电流，以此类推；S4、根据公式（15）计算包含第w次及以下次负载谐波电流总有效值Iltot，w为APF可输出的最高次谐波电流；（15）S5、判断Imax与Iltot的大小，若Imax小于Iltot执行步骤S6；若Imax大于Iltot执行步骤S12；S6、判断IAPF与Imax的大小，若IAPF小于Imax执行步骤S7；若IAPF大于Imax执行步骤S10；S7、设定APF限流输出，限流值为APF输出的额定电流IAPF；S8、计算满足式(12)的m值；该值为APF需要补偿的特定次谐波个数，即补偿IL_k、…IL_k-m，这几次谐波；（12）S9、按照等比例缩小的方法，重构m次的负载谐波电流，执行步骤S14。重构方法如式(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国澎，陶海军，王浩，王静，徐冬冬，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41