一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法技术

本发明专利技术公开了一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法。包括：控制器的设计，考虑电网频率波动对谐振控制器的影响，为实现对各次频率分量的高增益稳态控制，并抑制其它准R控制器对本频率分量的不利影响，可对各频率分量进行协调控制；本发明专利技术针对电网频率波动，该控制策略考虑了补偿时各频率分量电流的协调控制，使其补偿效果良好；对负载突变和频率波动的适应性良好；所提控制策略的稳态特性好，动态响应快，控制算法实现简单可靠。

A current coordination control method for active power filter

The invention discloses a method for realizing current coordination control of an active power filter. The design of the controller is designed to consider the influence of the frequency fluctuation of the power grid to the resonant controller, to control the high gain steady state of each frequency component, and to restrain the adverse effects of the other quasi R controllers on the frequency components, and to coordinate the control of the frequency components. Considering the coordinated control of frequency component current in compensation, the compensation effect is good, and the adaptability of the load mutation and frequency fluctuation is good. The control strategy has good steady state characteristics, fast dynamic response and simple and reliable control algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法
本专利技术涉及有源电力滤波器的
，具体涉及一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法。
技术介绍
有源电力滤波器(ActivePowerFilter，简称APF)是一种用于动态实现谐波、无功和三相不平衡补偿的电力电子装置，电流控制器的设计是APF性能指标的关键。目前已有较多优秀新颖的电流控制器设计，如基于准比例谐振(PR)的电流控制器设计，但现有研究专利技术在实现时均未考虑补偿时各频率分量电流的协调控制，由于多个频率分量的相互干扰，控制参数整定困难，补偿效果并不理想。现有技术的缺点在于：1.传统电流控制器，如准谐振(R)控制器仅对谐振频率nω0(ω0为基波角频率，n＝1,2,…,49,50)为中心的一定频带范围的频率信号实现高增益稳态控制，而对其它频率信号有较低的增益裕量和相位裕量；2.对于某个频率分量误差信号的控制，比例(P)控制器和多个准R控制器的相互干扰，实际实现效果并不理想。随着社会的飞速发展，越来越多的非线性、冲击性无功和不平衡负荷的不断投入，使配电网中谐波、无功和不平衡问题日趋严重，对电力系统的安全稳定运行造成严重的危害。APF是补偿谐波、无功和不平衡的有效举措之一，那么对它的控制策略的研究也将会越来越受到重视，这加快了现有不足之处的改进。为解决上述问题，本专利技术有源电力滤波器的电流协调控制实现方法，在静止坐标系下利用一种基于准PR的电流协调控制方法实现了对各频率指令电流的协调控制，该技术得到了高度地重视和充分地肯定。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：准比例谐振(PR)控制是对于某个频率分量误差信号的控制，由于P控制器和多个准R控制器的相互干扰，在传统方法实现时实际效果并不理想。为实现对各次频率分量的高增益稳态控制，并抑制其它准R控制器对本频率分量的不利影响。本专利技术设计了一种在静止坐标系下利用改进比例谐振控制器实现了对各频率指令电流的协调跟踪控制，所提控制策略的稳态特性好，动态响应快，对负载突变和频率波动的适应性好，控制算法实现简单可靠。本专利技术采用的技术方案为：一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法，其实施步骤如下：步骤1)、先对误差信号ixe单独进行P控制器的控制；步骤2)、再通过傅里叶变换分离出ixe的基波分量和各次谐波分量，将各频率分量单独进行准R控制；步骤3)、最后把P控制器输出分量、各准R控制器输出分量和电网电动势前馈控制分量相加即生成对应相的调制信号，调制分量vx如式(1)所示，vx＝KPixe+GR1(s)ixe1+GR(2～50)(s)ixe2+ux(1)式(1)中，Kp为比例控制器(P控制器)增益，ixe1为误差信号ixe的基波分量，ixe2为误差信号ixe的2～50次谐波分量，ux为电网电动势前馈控制分量，式(2)(3)中，KR为谐振控制器(R控制器)增益，w0为谐振频率，ωc为截止频率。式(4)中，isx1为系统支路电流,为维持有源滤波器直流侧电容电压稳定所需的x相的基波正序有功电流指令分量。本专利技术技术方案带来的有益效果：(1)针对电网频率波动，该控制策略考虑了补偿时各频率分量电流的协调控制，使其补偿效果良好；(2)对负载突变和频率波动的适应性良好；(3)所提控制策略的稳态特性好，动态响应快，控制算法实现简单可靠。附图说明图1为准PR电流控制器的传统实现框图；图2为准PR电流控制器的电流协调控制实现框图；图3为f0＝50Hz时准PR控制的系统电流波形示意图，其中，图3(a)为准PR电流协调控制示意图；图3(b)为准PR传统控制示意图；图4为f0＝48.78Hz时准PR控制的系统电流波形示意图，其中，图4(a)为准PR电流协调控制示意图；图4(b)为准PR传统控制示意图。具体实施方式为实现对各次频率分量的高增益稳态控制，并抑制其它准R控制器对本频率分量的不利影响，可对各频率分量电流进行协调控制，大体分成3部分进行控制，具体如图2所示。1.对误差信号ixe进行单独P控制；2.再通过傅里叶变换分离出ixe的基波分量和各次谐波分量，将各频率分量电流单独进行准R控制；3.最后把P控制器输出分量、各准R控制器输出分量和电网电动势前馈控制分量ux相加即生成对应相的调制信号vx。本专利技术一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法，其实施步骤如下：控制器的设计，考虑电网频率波动对谐振控制器的影响，为实现对各次频率分量的高增益稳态控制，并抑制其它准R控制器对本频率分量的不利影响，可对各频率分量的电流进行协调控制。步骤1.先对误差信号ixe单独进行P控制器的控制。如图2所示；步骤2.再通过傅里叶变换分离出ixe的基波分量和各次谐波分量，将各频率分量单独进行准R控制。如图2所示。步骤3.最后把P控制器输出分量、各准R控制器输出分量和电网电动势前馈控制分量相加即生成对应相的调制信号。调制分量vx如式(1)所示。vx＝KPixe+GR1(s)ixe1+GR(2～50)(s)ixe2+ux(1)式(1)中，Kp为比例控制器(P控制器)增益，ixe1为误差信号ixe的基波分量，ixe2为误差信号ixe的2～50次谐波分量，ux为电网电动势前馈控制分量，式(2)(3)中，KR为谐振控制器(R控制器)增益，w0为谐振频率，ωc为截止频率。式(4)中，isx1为系统支路电流,为维持有源滤波器直流侧电容电压稳定所需的x相的基波正序有功电流指令分量。为了验证本专利技术控制策略的有效性与正确性，在Matlab仿真中进行了验证。图3和图4均为验证过程中所得到的波形图，图3所示为系统基波频率f0＝50Hz时采用准PR的电流协调控制和传统控制的补偿后系统电流波形。从图中可看出，采用两种控制方式均能取得较好的补偿效果。对于图3(a)采用准PR电流协调控制补偿的系统电流波形，补偿后三相电流谐波总畸变率分别为1.20％、1.45％和1.20％。对于图3(b)所示采用传统的准PR控制补偿后系统电流的波形，三相电流谐波总畸变率分别为1.96％、2.72％和1.96％。对比图3(a)和图3(b)可知，在系统基波频率f0＝50Hz时，准PR电流协调控制较传统控制的优势不明显。图4所示为系统基波频率f0＝48.78Hz时采用准PR的电流协调控制和传统控制的补偿后系统电流波形。对于图4(a)采用准PR电流协调控制补偿的系统电流波形，三相电流谐波总畸变率分别为1.58％、2.38％和1.58％。对于图4(a)所示采用传统的准PR控制补偿后系统电流的波形，三相电流谐波总畸变率分别为5.04％、5.32％和5.04％。对比图4(a)和图4(b)可知，准PR传统控制方式对频率波动的适应性差，补偿效果不理想。准PR电流协调控制对频率波动的鲁棒性好，补偿效果相比于f0＝50Hz有稍变差，但仍较理想。本专利技术中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法，其特征在于：实施步骤如下：步骤1)、先对误差信号ixe单独进行P控制器的控制；步骤2)、再通过傅里叶变换分离出ixe的基波分量和各次谐波分量，将各频率分量单独进行准R控制；步骤3)、最后把P控制器输出分量、各准R控制器输出分量和电网电动势前馈控制分量相加即生成对应相的调制信号，调制分量vx如式(1)所示，vx＝KPixe+GR1(s)ixe1+GR(2～50)(s)ixe2+ux(1)

【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器的电流协调控制实现方法，其特征在于：实施步骤如下：步骤1)、先对误差信号ixe单独进行P控制器的控制；步骤2)、再通过傅里叶变换分离出ixe的基波分量和各次谐波分量，将各频率分量单独进行准R控制；步骤3)、最后把P控制器输出分量、各准R控制器输出分量和电网电动势前馈控制分量相加即生成对应相的调制信号，调制分量vx如式(1)所示，vx＝KPixe+GR1(s)ixe1+...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茂松，池帮秀，王群京，李国丽，李家旺，王秀芹，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34