一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法。基于递归式离散傅里叶变换，计算并联型有源电力滤波器已经用于补偿的输出电流有效值以及非线性负载的待补偿的各次谐波电流有效值，在此基础上得到并联型有源电力滤波器的剩余补偿容量，推导其可以进一步补偿的谐波次数以及系数。利用二阶广义积分器提取相应待补偿次数的谐波，结合补偿系数，得到实际待补偿的电流。将所述实际待补偿的各次电流的总和作为指令电流，利用PI控制与重复控制相结合的复合控制策略进行集中式跟踪。该发明专利技术可以使得并联型有源电力滤波器输出容量逼近额定容量，最大程度改善电网侧电流波形，提高并联型有源电力滤波器的装置利用率。

An adaptive control method of shunt active power filter

【技术实现步骤摘要】
一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法
本专利技术属于并联型有源电力滤波器控制
，更具体地，涉及一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法。
技术介绍
由于电力电子装置的应用日益广泛，谐波和无功电流大量涌入公共电网，对公共电网的电能质量产生了严重影响。目前提高电网电能质量的方法主要分为两种，一种是对电力电子装置本身进行改造以减少谐波和无功产生的主动型治理；另一种是装设补偿装置对谐波和无功进行补偿的被动型治理。其中，有源电力滤波器以动态、灵活的独特优势成为了治理谐波、改善电能质量最有效的手段，也受到了国内外的广泛关注。并联型有源电力滤波器可以灵活准确地补偿线性负荷产生的无功功率以及非线性负载产生的畸变功率。但由于设计容量的限制，并联型有源电力滤波器用于大容量负载系统时，常常无法对线路中的谐波和无功电流进行完全补偿。为了解决这类问题，国内提出了针对并联型有源电力滤波器的补偿电流进行限幅控制，使得其能够对负载电流进行部分补偿。目前国内针对并联型有源电力滤波器的限幅控制策略所提出的方法主要有三种：一种是直接将指令电流峰值限制在设计容量以内的截断限流控制策略；另一种是对整机输出容量成比例缩小的容量比例限流控制策略；此外还有逐次补偿谐波电流以逼近并联型有源电力滤波器容量的谐波分次补偿控制策略。截断限流策略虽然实现方法简单，但会产生新的谐波频谱分量；容量比例限流对输出容量成比例缩小的同时也削弱了并联型有源电力滤波器的补偿效果。谐波分次补偿策略几乎不会引入新的谐波，而且对滤波效果的影响也很小，因此具有明显的优势，实际应用也比较多。目前针对于并联型有源电力滤波器谐波分次补偿控制策略的研究，主要分为两类。这两类研究在控制算法的不同主要表现在谐波检测方式有所区别。一类是利用傅里叶变换计算得到，另一类是将不同频次谐波利用多同步旋转坐标系分别变换得到相应直流量再进行检测。控制流程主要是先根据需求选择谐波补偿频次，然后用对应的PI控制器分次进行电流跟踪。这种方法能够使得谐波补偿频次可选且电流跟踪效果好。但利用傅里叶变换检测谐波时需要进行大量的计算，程序占用内存非常大；而利用多同步旋转坐标系时需要多次进行坐标变换再提取相应直流量，每次只能提取单次谐波，过程相对繁琐。此外，这些研究在指令电流跟踪方面主要都采用分散式控制，导致电流环需要多个PI控制器，系统复杂，而且随着控制器数目增多，参数难以整定，容易出现控制系统稳定性问题。与此同时，当负载发生突变时，上述研究均无法做到对谐波补偿电流进行自适应调整。在不改变硬件条件的情况下，难以做到尽可能提高有源电力滤波器的有效利用率。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法，当谐波严重且负载多变时并联型有源电力滤波器能够进行自适应控制，最大化地改善电网侧电流波形，提高有源电力滤波器的利用率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于递归式离散傅里叶变换和二阶广义积分算法的并联型有源电力滤波器的自适应控制方法。根据并联型有源电力滤波器容量以及谐波畸变功率的公式，计算得到并联型有源电力滤波器实际已经用于补偿的容量以及待补偿的负载谐波畸变功率，进一步分析可得并联型有源电力滤波器还可以用于谐波补偿的剩余容量。通过自适应控制调整并联型有源电力滤波器的输出容量，使得其尽可能接近装置剩余容量，有效改善电网侧电流波形，提高并联型有源电力滤波器的容量利用率。控制方法具体包括以下步骤：计算非线性负载的各次谐波电流有效值以及并联型有源电力滤波器剩余容量；根据非线性负载的各次谐波电流有效值和并联型有源电力滤波器剩余容量，自适应地调整待补偿的谐波电流的次数，确定各次谐波电流的补偿系数；提取待补偿的各次谐波电流，结合所述各次谐波电流的补偿系数得到实际需要补偿的各次谐波电流；将实际需要补偿的各次谐波电流的总和作为指令电流，并对指令电流进行集中式跟踪，使得并联型有源电力滤波器在容量受限时依然可以有效地对非线性负载进行补偿，同时并联型有源电力滤波器的输出容量能够接近其额定容量，最大化地提高有源电力器的利用率。进一步地，并联型有源电力滤波器的容量SAPF以及非线性负载的畸变功率D用公式可以表述如下：忽略公共耦合处的电压畸变，并联型有源电力滤波器的容量SAPF以及非线性负载的畸变功率D均可以用电流有效值进行表述。进一步地，非线性负载的各次谐波电流有效值通过递归式离散傅里叶变换算法计算得到，能够有效减少计算量和程序内存占用。进一步地，待补偿的谐波电流次数的优先级从低次到高次逐渐降低。进一步地，确定各次谐波电流的补偿系数具体包括：当并联型有源电力滤波器剩余容量可以对某次非线性负载谐波电流进行完全补偿时，畸变功率在并联型有源电力滤波器补偿范围内，此时补偿系数为1，能够对畸变功率进行完全补偿，使得电能质量符合国家标准要求；当并联型有源电力滤波器剩余容量无法对某次谐波电流进行完全补偿，畸变功率超出了并联型有源电力滤波器的补偿范围，则需根据并联型有源电力滤波器可分配的剩余容量和该次谐波电流实际大小成比例地调整补偿系数，此时并联型有源电力滤波器能够动态调整输出电流，使得其输出容量能够逼近额定容量，尽可能减少网侧电流畸变率(THD)，提高并联型有源电力滤波器的装置利用率。进一步地，根据并联型有源电力滤波器能够补偿的谐波次数，利用二阶广义积分器(SOGI)提取相应各次谐波电流。将提取得到的各次谐波电流结合相应补偿系数，获取待补偿的各次谐波电流指令。进一步地，对指令电流进行集中跟踪通过PI控制和重复控制相结合的复合控制策略实现。当指令电流包含多次谐波电流时，PI控制虽然响应迅速，但是难以实现无静差跟踪。对于一个周期的、可重复的输入信号，一定具有一个周期延时正反馈环节，如果把输入信号的这一动力学模型植入控制器，构成高精度的反馈控制系统，就能够消除静态误差。而重复控制正是将这一环节纳入到闭环控制系统，从而实现对输入信号的无静差跟踪。重复控制虽然能够消除静态误差，但响应会延迟至少一个周期。将PI控制和重复控制相结合，既可以保证响应速度，又可以实现稳态无误差。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本方法可以实现负载变化时的两种工况需求，一种是畸变功率在并联型有源电力滤波器补偿范围内，此时能够对畸变功率进行完全补偿，使得电能质量符合国家标准要求；另一种是畸变功率超出了并联型有源电力滤波器的补偿范围，则并联型有源电力滤波器能够动态调整输出电流，使得其输出容量能够逼近额定容量，尽可能减少网侧电流畸变率，提高并联型有源电力滤波器的装置利用率。2、在谐波电流有效值计算方面，本专利技术通过采用递归式离散傅里叶变换，结果精确的同时，只需要对当前采样值进行计算，而无需对一个周期的采样点进行计算，有效减少了计算量和程序内存占用，使得该自适应方法能够在不改变现有硬件条件的情况下真正应用到实际中。3、对于谐波电流的检测，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n计算非线性负载的各次谐波电流有效值以及并联型有源电力滤波器的剩余容量；/n根据所述非线性负载的各次谐波电流有效值和并联型有源电力滤波器剩余容量，自适应调整待补偿的谐波电流的次数，确定各次谐波电流的补偿系数；/n提取待补偿的各次谐波电流，结合所述各次谐波电流的补偿系数得到实际需要补偿的各次谐波电流；/n将所述实际需要补偿的各次谐波电流的总和作为指令电流，并对指令电流进行集中式跟踪控制，使得并联型有源电力滤波器在容量受限时能够有效地对非线性负载进行补偿，同时并联型有源电力滤波器的输出容量能够接近其额定容量，最大化地提高有源电力器的利用率。/n

【技术特征摘要】
1.一种并联型有源电力滤波器的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算非线性负载的各次谐波电流有效值以及并联型有源电力滤波器的剩余容量；
根据所述非线性负载的各次谐波电流有效值和并联型有源电力滤波器剩余容量，自适应调整待补偿的谐波电流的次数，确定各次谐波电流的补偿系数；
提取待补偿的各次谐波电流，结合所述各次谐波电流的补偿系数得到实际需要补偿的各次谐波电流；
将所述实际需要补偿的各次谐波电流的总和作为指令电流，并对指令电流进行集中式跟踪控制，使得并联型有源电力滤波器在容量受限时能够有效地对非线性负载进行补偿，同时并联型有源电力滤波器的输出容量能够接近其额定容量，最大化地提高有源电力器的利用率。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述并联型有源电力滤波器的容量SAPF以及非线性负载的畸变功率D用公式可以表述如下：






其中，I1为基波电流幅值，为基波功率因数角为基波功率因数角，Ih为谐波电流幅值，h为谐波次数；为忽略公共耦合处的电压畸变，并联型有源电...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴雪军，刘燕华，范佳雯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42