基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器及控制方法技术

本公开提供了一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器及控制方法，涉及有源电力滤波器技术领域。主控制器与各个功率单元控制器依次光纤串行连接；所述主控制器根据得到的各相负载电流或者源电流进行电流变换得到各链节指令电流，进行电流闭环控制，并根据系统状态实现无功、谐波和三相不平衡的协调控制；根据各单元控制器采样得到的各功率单元电压信号，进行各相直流母线电压的闭环控制和各功率单元电压的均衡控制；所述单元控制器根据接收到的指令电流生成晶体管的控制指令，进而控制单元控制器所在的功率单元生成需要的输出电流，进而实现了无功功率、谐波电流以及三相不平衡补偿的功能。

Angle chain active power filter and its control method based on optical fiber serial control

【技术实现步骤摘要】
基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器及控制方法
本公开涉及有源电力滤波器
，特别涉及一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器及控制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。随着大功率高电压电力电子设备的应用，造成电力系统中谐波含量、无功功率大幅度增加，大大增加了电力系统的负担，也增加了企业的用电费用。除此之外电力系统中的大量谐波会造成继电保护误动作，电力系统谐振以及通信干扰，大大影响了电力系统的可靠性。为了响应国家节能环保的号召以及提高系统可靠性。有源电力滤波器(ActivePowerFilter，简称APF)以其快速的响应速度、精确的补偿、占地面积小等优点已成为电网滤波的主流产品。其中在高压电力系统滤波领域链式有源电力滤波器相比于其他产品具有谐波含量低、维护方便、成本低等优点。链式有源电力滤波器主要采用H桥电路串联的方式，市面上相关产品的控制方式均采用光纤并行通信控制技术，由主控制器下发控制指令，并采用分控制器下发到所有到各个功率单元。分控制器与单元模块采用光纤通信，并行通信光纤数量众多为单元个数的2倍、4倍甚至8倍，在更高电压等级(35kv以上)成本高、无法进行拓展且光纤长度不一，对现场维护影响很大。此外并行通信设备由于各模块之间电压差受系统电压影响，光纤上可能会感应出高压，有可能造成触电的危险，此外电磁干扰也相对较大。传统的高压链式有源电力滤波器产品主要以星型(Y接)有源电力滤波器为主，原因在于角型的控制系统相比于星型控制系统更为复杂；彼时大功率三相不平衡负载较少；电弧炉等快速变换的负载应用范围较少。而随着三相不平衡负载的大量出现，星型有源电力滤波器系统并不能很好的适应市场，在补偿三相不平衡的场合应用上，设备容量需大于单相最大不平衡容量，大大增加了设备成本，经济性大大下降。本公开专利技术人发现，传统的电流控制策略有滞环比较控制策略、两相坐标系控制策略与模块循环导通PWM控制策略。滞环比较控制策略精度低、响应慢、开关频率不稳定；传统有源电力滤波器控制系统的两相坐标系的控制策略不利于三相不平衡的系统，对中间相的补偿效果差，在发生掉相或缺相时，对系统的稳定性也有不利的影响。模块循环导通PWM控制策略采用循环控制，利用电压闭环不断调整开通关断的模块，实现模块循环控制，进而实现设备长时间单模块等效平均电压相等，但是该方法在单个控制周期内电压平均效果不明显，各模块之间电压差明显。其输出波形差，谐波含量高，响应速度慢，应对复杂工况适应性差。现场需求容量大，设备成本大幅度提高且并不能很好的适应现场三相不平衡和突变型负载的工况。此外现有控制算法在补偿控制策略中一般将无功功率、谐波、三相不平衡进行分别控制，无法实现无功、谐波、三相不平衡的优化控制。综上所述，现有的链式有源电力滤波器的结构存在一定的使用限制，在更高电压等级的应用上受到制约与限制，系统的稳定性略有欠缺，在控制策略上仍需优化。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器及控制方法，提高了电力系统的安全性与抗干扰能力，采用底层模块载波移相和优化控制策略保证了系统滤波效果和稳定性，采用优化控制算法，保证系统运行对无功、谐波和三相不平衡的补偿优化。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开第一方面提供了一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器。一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器，至少包括主控制器和功率单元，所述功率单元包括单元控制器和功率发生装置；所述主控制器根据得到的各相负载电流或者源电流进行电流分解变换得到控制器所需的指令电流，并根据各单元控制器采样得到的各功率单元电压信号，进行各相直流母线电压的闭环控制和各功率单元电压的均衡控制；各功率单元控制器根据接收到的主控制器发来的指令电流生成晶体管的控制指令，进而控制功率发生装置得到需要的输出电流。本公开第二方面提供了一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器的电流闭环控制方法。一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器的电流闭环控制方法，利用本公开第一方面所述的有源电力滤波器，主控制器依据采样各相的负载电流，将获取的三相电流两两依次相减获取线间电流值，将获取的三相电压两两依次相减获取线间电压值，通过对电压电流的幅值、频率与相角分析获取指令电流，并将其与此相实际输出电流相减，偏差送入PI调节器进行电流跟踪，并下发到单元控制器，由单元控制器利用同步信号产生的载波相比较，产生移相的PWM波，进而驱动功率发生装置输出补偿电流。作为可能的一些实现方式，在设备容量不足的情况下，设备能够依据不同控制方案，进行优化控制，实现无功功率分量、谐波分量、三相不平衡分量的不同权重组合，从而实现系统容量的最优化。本公开第三方面提供了一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器的直流侧电压控制方法。一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器的直流侧电压控制方法，利用本公开第一方面所述的有源电力滤波器，将总直流电压目标值与某相总直流电压相减，偏差送入PI调节器进行跟踪，与此相对应的方向向量相乘后得到三相换流链的有功指令电流，将该指令电流与电流跟踪信号一同作为单元控制器指令电流进行下发。作为可能的一些实现方式，当某换流链的某个链节的直流电压大于该相的平均直流电压，功率单元控制器将偏差与指令电流相乘后，得到与线电压方向相反的微调分量，将该分量与从主控制器中获取的指令信号相加后实现链节直流电压控制。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公开第一方面所述的角型链式有源电力滤波器，采用光纤串行控制，由于光纤两端的单元模块的电压差小于1000V，光纤由于电磁感应现象所引起的感应电压几乎没有，提高了系统的安全性；通过采用光纤串行控制，在光纤使用总量上进行大幅度衰减，减少了设备成本；在整套设备的设计过程中，可扩展性好，只需要将单元模块串接到各相中即可实现设备扩展，可实现设备升压适应更高电压系统，光纤串行控制系统结构也可应用于星型高压有源滤波器，减小了设计难度和设计成本，大幅提高研发生产效率。2、本公开第二方面所述的电流闭环控制方法，主控制器将指令信号下发给单元控制器后，单元控制器通过将直流信号与载波信号进行实时比较产生PWM信号，控制IGBT的开通与关断，进而实现电流的输出，主控制器利用霍尔电流传感器实时采样变流器的输出电流，利用电流闭环控制实现了对电流的精确控制。3、本公开第二方面所述的电流闭环控制策略在设备容量不足的情况下，设备能够依据不同控制方案，进行优化控制，实现无功功率、谐波、三相不平衡的不同权重组合，从而实现系统容量的最优化。4、本公开第三方面所述的直流侧电压控制方法，采用基于电流指令值的直流母线电压的均衡控制策略，在单元控制器内实现对母线电压的控制，载波的移相等功能，避免了传统主控制器需要经过“单元控制器-单元分控制器-主控制器”整套流程的延时，降低了系统的反应速度，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器，其特征在于，至少包括主控制器和多个功率单元，所述功率单元包括单元控制器和功率发生装置；/n所述主控制器根据得到的各相负载电流或者源电流进行电流分解变换得到控制器所需的指令电流，并根据各单元控制器采样得到的各功率单元电压信号，进行各相直流母线电压的闭环控制和各功率单元电压的均衡控制；/n所述单元控制器根据主控制器发来的指令电流生成晶体管的控制指令，进而控制功率发生装置得到需要的输出电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器，其特征在于，至少包括主控制器和多个功率单元，所述功率单元包括单元控制器和功率发生装置；
所述主控制器根据得到的各相负载电流或者源电流进行电流分解变换得到控制器所需的指令电流，并根据各单元控制器采样得到的各功率单元电压信号，进行各相直流母线电压的闭环控制和各功率单元电压的均衡控制；
所述单元控制器根据主控制器发来的指令电流生成晶体管的控制指令，进而控制功率发生装置得到需要的输出电流。


2.如权利要求1所述的基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器，其特征在于，主控制器与各单元控制器直接依次光纤串行连接，第一个单元控制器的输入端和最后一个单元控制器的输出端分别与主控制器连接；
主控制器通过光纤向其中一个单元控制器分别发送控制信号，接收到控制信号的单元控制器读取主控制器所给的指令，再将该控制信号和自身的状态信息发送给下一个相邻的单元控制器，直到所有单元控制器都接收到控制指令，最后一个单元控制器将控制信号和所有单元控制器的状态信息发送给主控制器。


3.如权利要求1所述的基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器，其特征在于，所述控制信号包含起停信号、同步信号、指令电流信号和系统状态数据，主控制器根据回传的信号，判断各单元状态与故障信息以及光纤指令是否有偏差，并传输给后台服务器。


4.一种基于光纤串行控制的角型链式有源电力滤波器的电流闭环控制方法，利用权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于，主控制器实时采样各相的输出电流，将获取的三相电流两两依次相减获取线间电流值，将获取的三相电压两两依次相减获取线间电压值，通过对电压电流的幅值、频率与相角分析获取指令电流，并将此指令电流与此相实际输出电流相减，偏差送入PI调节器进行电流跟踪，并下发到单元控制器，由单元控制器利用同步信号产生的载波相比较，产生移...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金斗，迟恩先，王德涛，申志广，曹里程，鞠洪兵，董宝金，杨军，陈杰，刘建业，
申请(专利权)人：山东华天电气有限公司，山东山大华天科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37