一种单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法以及基于该检测方法的有源滤波器控制方法技术方案

一种单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法以及基于该检测方法的有源滤波器控制方法，属于电力系统有源滤波技术领域。本发明专利技术所提供的待检测次谐波电流虚拟正交量构造方法（即单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法），既能实现在采样频率固定的情况下对所有待检测次谐波电流的准确90°移相，又具有算法简单、内存需求小、响应速度快、且不会引入噪声放大的特点。采用上述分次谐波检测方法，本发明专利技术所提供的单相并联型有源电力滤波器控制方法可实现“指定次谐波补偿”和“谐波全补偿”两种工作模式，在“指定次谐波补偿”模式下可实现谐波补偿频次可选，以及各选择次谐波补偿程度的独立设定。

A method for detecting subharmonics in single-phase active power filter system and an active power filter control method based on this method

The invention relates to a method for detecting subharmonics in a single-phase active power filter system and an active filter control method based on the method, belonging to the technical field of active power filter in power system. The virtual orthogonal construction method of the sub-harmonic current to be detected (i.e. the sub-harmonic detection method in the single-phase active filter system) provided by the invention can not only realize the accurate 90 degree phase shift of all sub-harmonic currents to be detected under the condition of fixed sampling frequency, but also has the advantages of simple algorithm, small memory requirement and fast response speed. And no noise amplification will be introduced. By adopting the above-mentioned sub-harmonic detection method, the control method of the single-phase shunt active power filter provided by the present invention can realize the two working modes of \specified sub-harmonic compensation\ and \full harmonic compensation\. Under the mode of \specified sub-harmonic compensation\, the frequency of harmonic compensation can be optional and the compensation range of each sub-harmonic can be selected. Independent setting of degrees.

【技术实现步骤摘要】
一种单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法以及基于该检测方法的有源滤波器控制方法
本专利技术属于电力系统有源滤波
，涉及一种单相有源滤波器系统中的分次谐波的检测方法与基于该检测方法的有源滤波器控制方法。
技术介绍
在并联型有源电力滤波器系统中，对指定次谐波的检测方法是一个非常重要的环节。其中，基于同步旋转坐标变换的指定次谐波检测方法得到广泛应用，然而与三相系统中不同的是，当采用基于同步旋转坐标变换的方法对单相系统中的指定次谐波进行检测时需构造出和该次谐波电流正交的虚拟分量(相位上与该次谐波电流相差90°)。现有技术中的一种方案是通过“数组存储+数据移动”的方式来实现，该方法物理意义明确，但是，当待检测的谐波次数较多时会占用较多的内存资源，此外，由于数字控制的离散化特点，在进行数据移动时，要求移动的步长必须是整数，使得在系统采样频率固定的情况下，可能对某些次谐波无法实现精确的90°移相，应用起来较为困难。现有技术中的另一种方案是通过二阶广义积分器来实现，该方法大大减少了内存需求，但是二阶广义积分器具有带通特性，会降低对谐波电流进行检测时的响应速度。现有技术中的另一种方案是通过求导运算来实现，该方法内存需求较小，且响应速度较快，但是求导运算在实际中会引入噪声放大，导致其在实际应用中面临较大困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法以及基于该检测方法的有源滤波器控制方法。本专利技术所提供的待检测次谐波电流虚拟正交量构造方法(即单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法)，既能实现在采样频率固定的情况下对所有待检测次谐波电流的准确90°移相，又具有算法简单、内存需求小、响应速度快、且不会引入噪声放大的特点。采用上述分次谐波检测方法，本专利技术所提供的单相并联型有源电力滤波器控制方法可实现“指定次谐波补偿”和“谐波全补偿”两种工作模式，在“指定次谐波补偿”模式下可实现谐波补偿频次可选，以及各选择次谐波补偿程度的独立设定。本专利技术的技术方案如下：一种(并联型)单相有源(电力)滤波器系统中的分次谐波检测方法，是通过将负载电流经过全通滤波器来实现，通过设置全通滤波器的参数，实现对待检测h次谐波电流的超前或滞后90°移相，得到待检测h次谐波电流的虚拟正交量。然后将负载电流和全通滤波器的输出量进行αβ/dq坐标变换，再经过低通滤波处理提取d、q轴的直流分量，最后将d、q轴的直流分量进行dq/αβ坐标变换，所得α轴电流即为待检测的h次谐波电流。基于上述检测方法的单相并联型有源电力滤波器控制方法，可实现“指定次谐波补偿”和“谐波全补偿”两种工作模式。在“指定次谐波补偿”模式下：首先采用本专利技术所提供的分次谐波检测方法获得待补偿的各次谐波电流(在分次谐波检测过程中，需将d、q轴的直流分量分别乘以相应次谐波的补偿程度再进行dq/αβ坐标变换，补偿程度的范围为0％～100％)，将待补偿的各次谐波电流与直流电压外环控制器的输出叠加在一起作为有源滤波器的输出电流指令，再将输出电流指令与实际电流之间的偏差作为重复控制器的输入，最后将重复控制器的输出与电网电压叠加在一起作为调制信号，与三角载波比较后生成各开关管的PWM信号。在“谐波全补偿”模式下：首先采用本专利技术所提供的分次谐波检测方法获得负载电流中的基波电流，则负载电流减去基波电流即为负载电流中的谐波电流，将谐波电流与直流电压外环控制器的输出叠加在一起作为有源滤波器的输出电流指令，再将输出电流指令与实际电流之间的偏差作为重复控制器的输入，最后将重复控制器的输出与电网电压叠加在一起作为调制信号，与三角载波比较后生成各开关管的PWM信号。本专利技术的有益效果如下：1)简化了基于同步旋转坐标变换对单相系统中指定次谐波进行检测时虚拟正交量的构造算法；2)可在采样频率固定的情况下实现对所有待检测次谐波电流的准确90°移相，同时具有内存需求小、响应速度快、且不会引入噪声放大的特点；3)基于所述分次谐波检测算法的单相有源滤波器控制方法可实现谐波补偿频次可选，以及各选择次谐波补偿程度的独立设定，提高了对有源滤波器补偿容量利用的灵活性。附图说明图1是单相并联型有源电力滤波器的主电路结构及其工作原理示意图；图2是本专利技术所提供的一种分次谐波检测方法及基于该方法的指定次谐波补偿控制原理；图3是基于本专利技术所提供的一种分次谐波检测方法的谐波全补偿控制原理；图4是本专利技术所提供的分次谐波检测方法中对基波、5次和11次谐波虚拟正交量构造的测试结果；图5是本专利技术所提供的分次谐波检测方法对5、11和19次谐波的测试结果；图6是基于本专利技术所提供的分次谐波检测方法的单相有源电力滤波器在“指定次谐波补偿”模式下的仿真结果；图7是基于本专利技术所提供的分次谐波检测方法的单相有源电力滤波器在“指定次谐波补偿”模式下负载电流与网侧电流的频谱分析结果；图8是基于本专利技术所提供的分次谐波检测方法的单相有源电力滤波器在“谐波全补偿”模式下的仿真结果；图9是基于本专利技术所提供的分次谐波检测方法的单相有源电力滤波器在“谐波全补偿”模式下负载电流与网侧电流的频谱分析结果；图10是基于本专利技术所提供的分次谐波检测方法的单相有源电力滤波器在“指定次谐波补偿”模式下，5次和13次谐波补偿程度均为50％时的测试结果；图11是基于本专利技术所提供的分次谐波检测方法的单相有源电力滤波器在“指定次谐波补偿”模式下5次和13次谐波补偿程度均为50％时负载电流与网侧电流的频谱分析结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。(一)单相系统中的分次谐波检测方法参照图1，单相有源电力滤波器的工作原理为：对负载电流iL中的谐波进行检测，然后由控制系统调节有源滤波器，使得其输出电流iAPF中的谐波与负载电流中的谐波大小相等，从而实现对负载电流中谐波的补偿。参照图2，本专利技术所提供的一种分次谐波检测方法按照以下步骤具体实施：步骤1、通过电流霍尔传感器检测负载电流iL；步骤2、若待检测的谐波为h次谐波，则将检测到的负载电流iL经过全通滤波运算，全通滤波器的输出即为构造的虚拟β轴电流iβ.h,全通滤波算法的s域描述如式(1)所示，式中ω0为工频角频率；通过分析式(1)的频率响应可知，Gaf(s)的幅频特性曲线在所有频率下均为0dB，即全通滤波器不会改变原信号的幅值，因此在实际应用中不会引入噪声放大；分析Gaf(s)的相频特性曲线可知，全通滤波器对频率为hω0的信号会引入90°的相位滞后。可见，式(1)所描述的全通滤波器在不改变信号幅值的前提下可构造出于频率为hω0信号正交的虚拟分量。此外，参照式(1)，全通滤波器为一阶系统，在数字控制中易于实现且内存需求较少。参照图4，分别将幅值为40A的基波电流、5次和11次谐波电流经过相应的全通滤波运算，得到相应的虚拟β轴电流，可见，得到的虚拟β轴电流分别滞后于原信号90°，实现了单相电流虚拟正交量的构造。步骤3、参照式(2)，将负载电流iL和全通滤波器的输出iβ.h进行αβ/dq坐标变换(坐标变换中用到的电网电压相位由锁相环得到，锁相环在图2中不再体现)，分别得到id.h和iq.h；步骤4、对得到的id.h和iq.h进行低通滤波处理，提取其中的直流分量和步骤5、参照式(3)，对id本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法，其特征是，该检测方法是通过将负载电流经过全通滤波器来实现，通过设置全通滤波器的参数，实现对待检测h次谐波电流的超前或滞后90°移相，得到待检测h次谐波电流的虚拟正交量；然后将负载电流和全通滤波器的输出量进行αβ/dq坐标变换，再经过低通滤波处理提取d、q轴的直流分量，最后将d、q轴的直流分量进行dq/αβ坐标变换，所得α轴电流即为待检测的h次谐波电流。

【技术特征摘要】
1.一种单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法，其特征是，该检测方法是通过将负载电流经过全通滤波器来实现，通过设置全通滤波器的参数，实现对待检测h次谐波电流的超前或滞后90°移相，得到待检测h次谐波电流的虚拟正交量；然后将负载电流和全通滤波器的输出量进行αβ/dq坐标变换，再经过低通滤波处理提取d、q轴的直流分量，最后将d、q轴的直流分量进行dq/αβ坐标变换，所得α轴电流即为待检测的h次谐波电流。2.一种基于权利要求1所述的单相有源滤波器系统中的分次谐波检测方法的有源滤波器控制方法，其特征是，该控制方法可实现“指定次谐波补偿”和“谐波全补偿”两种工作模式：1）在“指定次谐波补偿”模式下：首先采用上述分次谐波检测方法获得待补偿的各次谐波电流，在分次谐波检测过程中，需将d、q轴的直流分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树德，蒋伟，张继勇，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32