一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法，电网PCC处电压E′(s)分别经过前馈控制器F(s)和控制系统延时环节

A method for controlling the stability of APF parallel system with adaptive negative proportional grid voltage feedforward

The invention discloses a method for controlling the stability of an APF parallel system of an adaptive negative proportion grid voltage feed-forward, wherein the voltage E '(s) at the power grid PCC is respectively connected with a feedforward controller F (s) and a control system delay link

【技术实现步骤摘要】
一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法
本专利技术涉及电力系统领域，特别是电力电子技术中一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法。
技术介绍
有源电力滤波器(ActivePowerfilter，简称APF)以其高度可控、快速响应的优势，逐渐成为治理谐波污染的首选设备。随着非线性负荷谐波污染的不断增多，采用模块化APF并机方案集中治理谐波成为近年来本领域的研究热点。模块化APF并机系统的稳定性分析及控制关系到整机系统的安全可靠运行，是需要克服的关键技术难题。并机系统谐振点是指其全局导纳Ytotal(s)频域增益虚部为零时的所有频次，此时对应的各增益实部值(Rd)可视为并机系统在各谐振点处的阻尼大小，当所有谐振点的Rd>0并机系统稳定，否则失稳。因此并机系统稳定性控制(失稳抑制)的目标就是通过导纳重塑使其所有谐振点处的Rd为正。并机系统稳定性控制的方式有两种：(1)间接方式，即通过仅改变电网无源器件电路而不改变APF设计的方式进行导纳重塑，使得并机系统的谐振点发生变化或者谐振点处Rd的值得到增加，从而实现并机系统所有谐振点的Rd>0目标；(2)直接方式，即通过仅改变APF控制策略而不改变电网已有无源器件配置的方式进行导纳重塑，使得APF电流环导纳和谐波控制环导纳至少在并机系统所有谐振点处呈正阻性，从而实现并机系统所有谐振点的Rd>0目标。对于直接方式，一方面，直接控制方式无需改变电网已有无源器件的配置，因而更适用于已经投入使用的APF并机系统；另一方面，由于需要增加控制算法，增加了控制系统的设计难度，因而目前APF并机系统稳定性直接控制方法尚不完善，需要改进现有技术。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法，在不影响电流环性能的基础上，可以明显改善电流环导纳高频段阻尼特性。一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法，在并机系统中，每台APF按照以下方法进行设置：在原电流环扰动增益的基础上增加前馈支路，所述前馈支路包括：前馈控制器F(s)、控制系统延时环节电网PCC处电压E′(s)分别经过前馈控制器F(s)和控制系统延时环节后与原电流环扰动增益D(s)的输出叠加，形成新的电流环扰动增益D′(s)，如下式所示：其中，D(s)为原电流环扰动增益；D′(s)为新的电流环扰动增益；为控制系统延时环节；Kfp为负比例前馈系数；增加前馈支路后的电流环导纳Y'(s)如下：其中，Y(s)为增加前馈支路前的电流环导纳；P(s)为电流环被控对象；G(s)P(s)为电流环开环支路；所述新的电流环扰动增益满足如下条件：①频域增益幅值小于1；②频域增益相位超前0°到90°之间。所述自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法按如下步骤进行：①预估负比例前馈系数值；②根据负比例前馈系数预估值，以及原电流环扰动增益、控制系统延时环节，计算新的电流环扰动增益；③分析新的电流环扰动增益频域增益幅值、相位特性；若频域增益幅值、相位特性不满足上述条件，返回步骤①，重新预估负比例前馈系数；④根据新的电流环扰动增益，计算增加前馈支路后的电流环导纳，并分析其阻尼特性；若增加前馈支路后的电流环导纳Y'(s)的阻尼特性在谐振频次附近增益为正阻性，则设计结束并获得相应的参数，反之返回步骤①重新上述设计过程。有益效果：(1)本专利技术所述的自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法，通过预估-修正自适应调整负比例前馈系数，从而改变扰动增益D(s)，进而改变电流环导纳频域特性，实现改善其频域增益阻尼特性。所述方法不影响电流环性能，可明显改善电流环导纳高频段阻尼特性。(2)相比较于传统的APF并机系统稳定性间接控制方法，本专利技术无需增加无源器件，无需改动APF硬件设计方案。附图说明图1为通过电网PCC电压前馈方式改变APF电流环扰动增益示意图；图2为自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制流程图；图3为负比例前馈系数Kfp＝-1.5时电流环导纳频域特性分析；图4为负比例前馈系数Kfp＝-1.0时电流环导纳频域特性分析；图5为负比例前馈系数Kfp＝-0.5时电流环导纳频域特性分析。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。图1所示为通过电网公共连接点PCC电压前馈方式改变APF电流环扰动增益示意图。I为输出电流；I*为指令电流。由下式可看出，通过改变扰动增益D(s)，可以改变电流环导纳频域特性，实现改善其频域增益阻尼特性，同时该过程对电流环特性无任何影响。本专利技术在原电流环扰动增益的基础上增加前馈支路。所述前馈支路包括：前馈控制器F(s)、控制系统延时环节电网公共连接点PCC处电压E′(s)分别经过前馈控制器F(s)和控制系统延时环节后与原电流环扰动增益D(s)的输出叠加，形成新的电流环扰动增益D′(s)，如下式所示：其中，D(s)为原电流环扰动增益；D′(s)为新的电流环扰动增益；为控制系统延时环节；Kfp为负比例前馈系数；增加前馈支路后的电流环导纳Y'(s)如下：其中，Y为增加前馈支路前的电流环导纳；P(s)为电流环被控对象；G(s)P(s)为电流环开环支路；所述新的电流环扰动增益满足如下条件：①频域增益幅值尽量小并且小于1；②频域增益相位尽量超前(0°到90°之间)。所述自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法按如下步骤进行：①预估负比例前馈系数值；②根据负比例前馈系数预估值，以及原电流环扰动增益、控制系统延时环节，计算新的电流环扰动增益；③分析新的电流环扰动增益频域增益幅值、相位特性；若频域增益幅值、相位特性不满足上述条件，返回步骤①，重新设定负比例前馈系数预估值；④根据新的电流环扰动增益，计算增加前馈支路后的电流环导纳，并分析其阻尼特性；若增加前馈支路后的电流环导纳Y'(s)的阻尼特性在谐振频次附近增益为正阻性，则设计结束并获得相应的参数，反之返回步骤①重新上述设计过程。当APF并网接口设计为电抗时，原电流环扰动增益D(s)＝1，则与负比例前馈控制器F(s)形成新的电流环扰动增益D′(s)，如下式所示。以改善电流环导纳阻尼特性为目标，所设计的前馈控制器F(s)形成的新的电流扰动增益D′(s)应具有以下频域特性：(1)频域增益幅值应尽量小且小于1，从而减少高频干扰信号影响和电流环启动输出超调；(2)频域增益相位应尽量超前(0°到90°之间)，补偿电流环导纳频域增益的相位滞后，从而增加其频域增益阻性。图2为自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制流程图。图3至图5为采用不同负比例前馈系数时电流环导纳频域特性分析。其中，标记TOP表示幅频曲线，标记BOT表示相频曲线；并网电抗：电感L＝0.2mH，电阻R＝0.01Ω；电流环控制器：VPI(VectorPI，矢量比例积分)；零极对消设置的电感L′＝0.1mH，电阻R′＝0.01Ω；各谐振器等效积分系数K均为2π20；谐振器频次分别为5、7和11次，基波频率50Hz。图3中设置Kfp＝-1.5；图4中设置Kfp＝-1.0；图5中设置Kfp＝-0.5。图3中，可看出新的电流扰动增益D′(s)频域增益幅值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法，其特征在于：在并机系统中，每台APF按照以下方法进行设置：在原电流环扰动增益D(s)的基础上增加前馈支路，所述前馈支路包括：前馈控制器F(s)和控制系统延时环节

【技术特征摘要】
1.一种自适应负比例电网电压前馈的APF并机系统稳定性控制方法，其特征在于：在并机系统中，每台APF按照以下方法进行设置：在原电流环扰动增益D(s)的基础上增加前馈支路，所述前馈支路包括：前馈控制器F(s)和控制系统延时环节电网公共连接点PCC处电压E′(s)先后经过前馈控制器F(s)和控制系统延时环节后与原电流环扰动增益D(s)的输出叠加，形成新的电流环扰动增益D′(s)；上述参数按照如下步骤进行设计确定：①预估负比例前馈系数Kfp；②根据预估的负比例前馈系数Kfp以及原电流环扰动增益D(s)、控制系统延时环节计算新的电流环扰动增益D′(s)：③设定以下2个条件：条件1、频域增益...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹武，赵剑锋，刘康礼，尤鋆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32