一种LCL有源电力滤波器模型及其预测控制方法技术

本发明专利技术涉及电力技术应用领域,具体是涉及一种LCL有源电力滤波器模型及其预测控制方法，包括LCL型的有源电力滤波器以及预测控制器，所述预测控制器连接于LCL型的滤波器，所述有源电力滤波器的中性点连接到直流侧电容的中点，还包括逆变器，所述逆变器通过LCL型的滤波器连接到电网，本发明专利技术所提出的有源电力滤波器预测控制分为两部分，分别为比例预测控制和积分预测控制，二者结合的复合控制器，能够发挥各自优势，获得良好的稳态和动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种LCL有源电力滤波器模型及其预测控制方法
本专利技术涉及电力技术应用领域,具体是涉及一种LCL有源电力滤波器模型及其预测控制方法。
技术介绍
有源电力滤波器用于补偿一个或多个非线性负载的畸变电流，其工作原理是将电流谐波注入电网，与负载产生的电流谐波幅值相等，相位相反，从而消除负载谐波；目的是通过负载电流和有源电力滤波器的电流产生正弦电网电流；有源电力滤波器广泛应用于谐波电流的补偿，特别是在工业环境中；通常，谐波的控制要么在多个旋转坐标系中完成，其中谐波以直流值的形式出现，要么由一个固定频率的谐振控制器完成；在这种情况下，计算工作量随着补偿的谐波数的增加而增加。目前，有源电力滤波器的模型预测控制，往往针对的是L型有源电力滤波器，而针对LCL型的有源电力滤波器，由于LCL滤波器模型复杂，目前尚未有深入的研究。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种能够补偿采样、计算和PWM引起的延时，并能补偿LCL滤波器的电压降的LCL有源电力滤波器模型及其预测控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种LCL有源电力滤波器模型，包括LCL型的有源电力滤波器以及预测控制器，所述预测控制器连接于LCL型的滤波器，所述有源电力滤波器的中性点连接到直流侧电容的中点，还包括逆变器，所述逆变器通过LCL型的滤波器连接到电网。优选的，所述LCL型的有源电力滤波器为三相四线制LCL型的有源电力滤波器。优选的，所述逆变器为绝缘栅双极型晶体管的逆变器。优选的，其特征在于，所述预测控制器分为比例预测控制器以及积分预测控制器，所述比例预测控制器以及积分预测控制器依次控制LCL型的滤波器。还提出了一种LCL有源电力滤波器模型的预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立LCL有源电力滤波器的模型，采用微分方程描述三相电流，从而计算得到LCL滤波器的谐振频率，以及LCL滤波器在拉普拉斯域的传递函数；步骤二：采用有源谐振阻尼来稳定系统，在此基础上，增加一个测量量，主要采用电容电流或电容电压，在电流控制回路的前向通道上采用陷波滤波器来抑制由LCL滤波器引起的幅值峰值，陷波滤波器的离散实现是通过二阶传递函数实现；步骤三：在采用单采样时延z-1来考虑测量量的采样、计算时间和脉宽调制；对于LCL滤波器的离散模型，采样双线性变换，接入比例预测控制器，一方面补偿由控制和测量信号滤波引起的时延，另一方面补偿滤波器带来的延时；步骤四：综合以上步骤，比例预测控制器包括了LCL滤波器的倒数模型，由于参数的变化，有可能PI控制与比例预测不能跟踪参考电流准确，为了补偿比例预测的误差，加入积分预测控制器的附加结构，积分预测控制器对每个基波周期的N个样本的每一个位置提供了一个综合的考虑，并被作为一个循环缓冲区实现。优选的，步骤一中，定义直流侧分为上电容和下电容为CDC,u和CDC,l，基于IGBT的逆变器通过LCL滤波器连接到电网；LCL滤波器可以用以下微分方程来描述:其中uCf为滤波电容的电压，Rfg和Rf分别为电网侧和逆变器侧电感的电阻；基于电网电感Lg,LCL滤波器的谐振频率可计算为：此时，Lfg和Lg统一为L1，LCL滤波器在拉普拉斯域的传递函数为：其中k3＝LfL1Cf,k2＝Cf(L1Rf+LfRfg)，k1＝Lf+L1+CfRfRfg,k0＝Rf+Rfg；优选的，步骤二中，采用了有源谐振阻尼来稳定系统，为了根据技术最优值调整PI控制器，采用了L滤波器近似的方法，此时忽略滤波电容，在此基础上，增加一个测量量，主要采用电容电流或电容电压，在电流控制回路的前向通道上采用陷波滤波器来抑制由LCL滤波器引起的幅值峰值，陷波滤波器的离散实现是通过以下二阶传递函数实现的:优选的，在控制回路中，采用单采样时延z-1来考虑测量量的采样、计算时间和脉宽调制；对于LCL滤波器的离散模型，采样双线性变换的：接入比例预测控制器，一方面补偿由控制和测量信号滤波引起的时延，另一方面补偿滤波器带来的延时；忽略积分预测控制器，则闭环电流控制回路的传递函数GC为：其中，测量的低通滤波器近似为一个采样延时z-1，而采样引起的延时也为一个采样延时z-1，同时计算和PWM引起的延时也可以用两个采样延时z-2来近似；因此有：GPPC·GNF·z-2·GLCL＝1因此：为了保证系统的稳定性，补偿陷波滤波器在控制频段内可以近似为1，因此，比例预测传递函数预测的结果是：LCL滤波器的逆传递函数可以由上面的GLCL求倒数得到，而z2构成了比例预测传递函数预测的输入和输出之间的非因果关系，因为离散变量z含有一个正指数，这意味着需要参考电流的未来值，而该值是未知的，解决这个问题的方法是利用负载电流的周期性和稳态参考电流的周期性:iAPF,ref,u(k)＝iAPF,ref,u(k-N)这样，比例预测传递函数预测中出现的未来值可以确定如下，可以使用一个周期以前的过去值:iAPF,ref,u(k+2)＝iAPF,ref,u(k+2-N)由于所提出的考虑只有在负载电流处于稳态时才是正确的，因此有必要检查负载电流是否处于稳态，这是通过比较实际样本k和样本k-N的参考电流的值来实现的:ΔiAPF,ref,u(k)＝|iAPF,ref,u(k)-iAPF,ref,u(k-N)|只要差值小于有源电力滤波器额定电流的3％，则认为其处于稳态，由上述给出的比例预测传递函数可得:优选的，步骤四中，综合以上步骤，比例预测控制器包括了LCL滤波器的倒数模型，由于参数的变化，有可能PI控制与比例预测不能跟踪参考电流准确，为了补偿比例预测的误差，提出了积分预测控制器的附加结构；积分预测控制器对每个基波周期的N个样本的每一个位置提供了一个综合的考虑，并被作为一个循环缓冲区实现，在这里,控制偏差eu，k的实际与积分增益K积分预测控制器相乘，并与x(k-N)相加得到当前时刻的值用于修正偏差:x(k)＝x(k-N)+KIPC·eu,k由于1个TS的控制延迟和1个TS的近似测量滤波延迟导致了2·TS的延迟，因此需要k+2的样本值，根据上面的分析可知，可以使用样本k+2-N的值，通过该值可以补偿延迟。通过采用上述的技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术所提出的有源电力滤波器预测控制分为两部分，第一部分是比例预测控制器，它是针对中基于LCL滤波器的有源电力滤波器引入的,比例预测控制器是基于逆变单元和LCL滤波器的模型而设计的，比例预测通过直接校正逆变器输出电压来补偿控制和测量信号采样所造成的延时来获得良好的性能,比例预测的传递函数需要参考电流的未来值，这个未来值是由稳态参考电流的周期性决定的,预测控制器的第二部分是积分预测控制器,积分预测控制器是将每个基波周期的N个样本的每一个单独的控制偏差加到前一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LCL有源电力滤波器模型，其特征在于，包括LCL型的有源电力滤波器以及预测控制器，所述预测控制器连接于LCL型的滤波器，所述有源电力滤波器的中性点连接到直流侧电容的中点，还包括逆变器，所述逆变器通过LCL型的滤波器连接到电网。/n

【技术特征摘要】
1.一种LCL有源电力滤波器模型，其特征在于，包括LCL型的有源电力滤波器以及预测控制器，所述预测控制器连接于LCL型的滤波器，所述有源电力滤波器的中性点连接到直流侧电容的中点，还包括逆变器，所述逆变器通过LCL型的滤波器连接到电网。


2.根据权利要求1所述的一种LCL有源电力滤波器模型，其特征在于，所述LCL型的有源电力滤波器为三相四线制LCL型的有源电力滤波器。


3.根据权利要求1所述的一种LCL有源电力滤波器模型，其特征在于，所述逆变器为绝缘栅双极型晶体管的逆变器。


4.根据权利要求1所述的一种LCL有源电力滤波器模型，其特征在于，所述预测控制器分为比例预测控制器以及积分预测控制器，所述比例预测控制器以及积分预测控制器依次控制LCL型的滤波器。


5.根据权利要求1-4所述的一种LCL有源电力滤波器模型的预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立LCL有源电力滤波器的模型，采用微分方程描述三相电流，从而计算得到LCL滤波器的谐振频率，以及LCL滤波器在拉普拉斯域的传递函数；
步骤二：采用有源谐振阻尼来稳定系统，在此基础上，增加一个测量量，主要采用电容电流或电容电压，在电流控制回路的前向通道上采用陷波滤波器来抑制由LCL滤波器引起的幅值峰值，陷波滤波器的离散实现是通过二阶传递函数实现；
步骤三：在采用单采样时延z-1来考虑测量量的采样、计算时间和脉宽调制；对于LCL滤波器的离散模型，采样双线性变换，接入比例预测控制器，一方面补偿由控制和测量信号滤波引起的时延，另一方面补偿滤波器带来的延时；
步骤四：综合以上步骤，比例预测控制器包括了LCL滤波器的倒数模型，由于参数的变化，有可能PI控制与比例预测不能跟踪参考电流准确，为了补偿比例预测的误差，加入积分预测控制器的附加结构，积分预测控制器对每个基波周期的N个样本的每一个位置提供了一个综合的考虑，并被作为一个循环缓冲区实现。


6.根据权利要求5所述的一种LCL有源电力滤波器模型的预测控制方法，其特征在于，步骤一中，定义直流侧分为上电容和下电容为CDC,u和CDC,l，基于IGBT的逆变器通过LCL滤波器连接到电网；LCL滤波器可以用以下微分方程来描述:









其中uCf为滤波电容的电压，Rfg和Rf分别为电网侧和逆变器侧电感的电阻；
基于电网电感Lg,LCL滤波器的谐振频率可计算为：



此时，Lfg和Lg统一为L1，LCL滤波器在拉普拉斯域的传递函数为：



其中k3＝LfL1Cf,k2＝Cf(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冬冬，肖龙，颜文煅，郭隐彪，李岩，钟明灯，李智敏，程蔚，朱同波，
申请(专利权)人：闽南理工学院，
类型：发明
国别省市：福建;35