一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统及方法，包括主电路:采集脉冲信号，通过三相逆变器制造大小相等，相位相反的谐波电流注入电网，补偿电网畸变电流，使电源电流中只含有基波分量,电能质量因而得到提高；控制系统:用于检测谐波电流，根据检测的电网电流，得到补偿的谐波电流指令，根据检测的直流母线电容电压，得到基波指令电流，谐波指令电流加上基波指令电流得到要补偿的指令电流，结合指令电流与逆变器实际输出电流比较，得到误差值进行双闭环控制。本发明专利技术采用了PI控制结合重复控制的双环控制方式，显著提高了系统的稳态精度，谐波跟踪速度，实现了SAPF基波与谐波的控制。的控制。的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统及方法


[0001]本专利技术涉及LCL型三相并联有源电力滤波器
，具体涉及一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统及方法。

技术介绍

[0002]随着大量电力电子装置在电力系统中的广泛应用，非线性负载所引起的谐波畸变问题日益严重。谐波治理受到人们越来越多的重视。与无源滤波器相比， 并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter，SAPF)较无源滤波器在稳定性以及灵活性方面都 有明显的优势，是目前治理电力谐波的最有效方法。
[0003]SAPF自身因载波调制产生的高次谐波，要通过L或者LCL型滤波器滤除。LCL型滤波器为三阶系统，其在总电感值相等的情况下，比L型滤波器有更好的高频抑制性能以及开关纹波抑制，在大功率应用场合，成本优势明显，同时也提高了系统的动态性能，但LCL型滤波器的传递函数缺少二阶项，导致其在特定频率上会产生谐振峰，抑制谐振峰的方法一般采用无源阻尼法或有源阻尼法。无源阻尼简单可靠，但在高压大功率场合下损耗严重。有源阻尼通过控制算法来避免谐振问题，主要有虚拟电阻法、状态变量反馈法和基于遗传算法的方法。
[0004]补偿电流的跟踪性能是APF系统性能的重要指标之一。谐波电流含有多次高频交流信号，加之负载谐波的随机性，很难实现快速准确的跟踪控制。目前，APF的补偿电流控制方法主要包括：滞环控制、无差拍控制以及PI控制。滞环控制响应快、不用载波，不含特定次数谐波，但是滞环带宽不易设置，功率器件的开关频率也不固定；无差拍控制具有动态响应快的特点，但是对系统参数依赖性强，抗干扰能力差；PI控制是广泛应用的一种成熟的控制方法，针对直流信号能够实现无稳态误差调节，但对于APF的谐波电流这种高频交流分量，跟踪效果不佳。重复控制能够对复杂周期信号实现零稳态误差跟踪，但其动态性能较差，不能对扰动进行实时反应，通常会产生一个参考周期的延迟。此外，广义积分控制、滑模控制以及多种控制方法的复合控制越来越受到学者的广泛关注。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要是为了克服系统中LCL滤波器谐振的难题，解决现有技术中存在的阻尼损耗较大，影响系统的安全运行的实际情况；提出一种新型无源接口的LCL型有源电力滤波器系统及方法，应用无源接口能够有效地降低系统中无源阻尼环节的阻尼损耗，并起到抑制谐振尖峰的效果，采用了PI控制结合重复控制的双环控制方式，显著提高了系统的稳态精度，谐波跟踪速度，实现了SAPF基波与谐波的控制。
[0006]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,其特征在于,包括:主电路:采集脉冲信号，通过三相逆变器制造大小相等，相位相反的谐波电流注入电网，补偿电网畸变电流，使电源电流中只含有基波分量；
控制系统: 用于检测谐波电流，根据检测的电网电流，得到补偿的谐波电流指令，根据检测的直流母线电容电压，得到基波指令电流，谐波指令电流加上基波指令电流得到要补偿的指令电流，结合指令电流与逆变器实际输出电流比较，得到误差值进行双闭环控制，控制方式采用比例控制结合重复控制，最后进行驱动电路调制得到调制波。
[0007]在上述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,主电路包括：三相逆变器:用于接受脉冲信号产生一个与负载谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流来抵消负载电流中的谐波成分，输入接储能原件,输出接输出滤波器；输出滤波器: 用于实现较理想的开关纹波滤除效果，输入接三相逆变器,输出接入三相电网；储能原件: 用于为有源电力滤波器提供稳定直流，输出接入三相逆变器。
[0008]在上述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,所述三相逆变器为三相电压型逆变器，储能原件为直流电容, 所述三相电压型逆变器经过脉冲信号产生补偿电流与输出滤波器连接；三相电压型逆变器与输出滤波器串联之后与非线性负载并联接入电网。
[0009]在上述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,所述输出滤波器为高阶滤波器， 采用LCL型滤波器结合无源端口的方式，LCL滤波器采用星形连接的方式，L1为逆变器侧滤波电感，L2为电网侧滤波电感，C为滤波支路上的滤波电容，无源接口由电阻R
d
、电容C
d
、电感L
d
三个无源器件并联组成，与滤波电容C串联在滤波支路上；LCL滤波器输入接三相逆变器，输出接入三相电网。
[0010]在上述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,控制电路包括谐波电流检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于检测负载中的谐波电流成分；直流侧电容电压检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于实现电压的稳定性控制；锁相环电路：与直流侧电压检测电路连接，用于实现电网相角、频率信息的准确、快速提取；电网侧电感电流检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于准确跟踪谐波电流指令；逆变器侧电感电流检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于增加系统阻尼；电流跟踪控制电路：与驱动电路连接，用于实现补偿谐波电流的无拍差跟踪；驱动电路：与三相逆变器连接，用于生成对应的调制信号。
[0011]一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统的控制方法，其特征在于：包括步骤1：获取并联型有源电力滤波器的状态信息，利用电压电流传感器采集负载电流i
L
、电网电压u
g
、直流母线电容电压v
dc
、滤波器逆变器侧电感电流i1、滤波器电网侧电感电流i2；步骤2：以直流母线电容电压为参考值u
dc*
减去其检测到的实际值u
dc
，得到直流母线电压的误差值，经过PI控制器得到直流侧电压的调节量，再乘以检测得到的电网a相的相位信息得到基波电流指令；步骤3：利用谐波检测电路，将检测到的负载电流经过abc/dq变换后进行低通滤波,得到基波电流分量，再与负载电流相减得到要补偿的谐波电流指令；步骤4：将基波电流指令加上谐波电流指令得到要补偿的电流指令，结合电流指令
对有源电力滤波器的逆变器侧电感电流和电网侧电感电流进行双闭环反馈控制，电流跟踪控制电路采用比例控制结合重复控制的方式得到调制波，控制功率器件开关动作，生成与负载侧谐波及无功电流相反的补偿电流；实现对电网输出电流的无功与谐波补偿。
[0012]在上述的控制方法，通过约束条件建立不等式组,根据不等式求解出满足约束条件的综合性能评价指标的取值范围;具体是选取满足约束条件的L1、L2、C、L
d
、C
d
，进而推导求解出阻尼电阻值R
d
和比例增益值K的值，步骤4中电流跟踪控制电路的参数选取具体方法如下：步骤1：内环稳定性分析，根据单相无源接口滤波器等效电路建立逆变器输出电压到电网侧电流的传递函数并由传递函数得到该系统的特征方程，并求出逆变器输出电压到电网侧电流的传递函数开环传递函数最后绘制其内环开环波特图和内环闭环波特图，在LCL谐振处，即内环系统波特图相频穿越
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,其特征在于,包括:主电路:采集脉冲信号，通过三相逆变器制造大小相等，相位相反的谐波电流注入电网，补偿电网畸变电流，使电源电流中只含有基波分量；控制系统: 用于检测谐波电流，根据检测的电网电流，得到补偿的谐波电流指令，根据检测的直流母线电容电压，得到基波指令电流，谐波指令电流加上基波指令电流得到要补偿的指令电流，结合指令电流与逆变器实际输出电流比较，得到误差值进行双闭环控制，控制方式采用比例控制结合重复控制，最后进行驱动电路调制得到调制波。2.根据权利要求1所述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,其特征在于,主电路包括：三相逆变器:用于接受脉冲信号产生一个与负载谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流来抵消负载电流中的谐波成分，输入接储能原件,输出接输出滤波器；输出滤波器: 用于实现较理想的开关纹波滤除效果，输入接三相逆变器,输出接入三相电网；储能原件: 用于为有源电力滤波器提供稳定直流，输出接入三相逆变器。3.根据权利要求2所述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,其特征在于,所述三相逆变器为三相电压型逆变器，储能原件为直流电容, 所述三相电压型逆变器经过脉冲信号产生补偿电流与输出滤波器连接；三相电压型逆变器与输出滤波器串联之后与非线性负载并联接入电网。4.根据权利要求3所述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,其特征在于, 所述输出滤波器为高阶滤波器， 采用LCL型滤波器结合无源端口的方式，LCL滤波器采用星形连接的方式，L1为逆变器侧滤波电感，L2为电网侧滤波电感，C为滤波支路上的滤波电容，无源接口由电阻R
d
、电容C
d
、电感L
d
三个无源器件并联组成，与滤波电容C串联在滤波支路上；LCL滤波器输入接三相逆变器，输出接入三相电网。5.根据权利要求4所述的一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统,其特征在于,控制电路包括谐波电流检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于检测负载中的谐波电流成分；直流侧电容电压检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于实现电压的稳定性控制；锁相环电路：与直流侧电压检测电路连接，用于实现电网相角、频率信息的准确、快速提取；电网侧电感电流检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于准确跟踪谐波电流指令；逆变器侧电感电流检测电路：与电流跟踪控制电路连接，用于增加系统阻尼；电流跟踪控制电路：与驱动电路连接，用于实现补偿谐波电流的无拍差跟踪；驱动电路：与三相逆变器连接，用于生成对应的调制信号。6.一种无源接口的LCL型有源电力滤波器系统的方法，采用如权利要求1至5任意一项所述的无源接口的LCL型有源电力滤波器系统，其特征在于：包括步骤1：获取并联型有源电力滤波器的状态信息，利用电压电流传感器采集负载电流i
L
、电网电压u
g
、直流母线电容电压v
dc
、滤波器逆变器侧电感电流i1、滤波器电网侧电感电流i2；步骤2：以直流母线电容电压为参考值u
dc*
减去其检测到的实际值u
dc
，得到直流母线电压的误差值，经过PI控制器得到直流侧电压的调节量，再乘以检测得到的电网a相的相位信
息得到基波电流指令；步骤3：利用谐波检测电路，将检测到的负载电流经过abc/dq变换后进行低通滤波,得到基波电流分量，再与负载电流相减得到要补偿的谐波电流指令；步骤4：将基波电流指令加上谐波电流指令得到要补偿的电流指令，结合电流指令对有源电力滤波器的逆变器侧电感电流和电网侧电感电流进行双闭环反馈控制，电流跟踪控制电路采用比例控制结合重复控制的方式得到调制波，控制功率器件开关动作，生成与负载侧谐波及无功电流相反的补偿电流；实现对电网输出电流的无功与谐波补偿。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：通过约束条件建立不等式...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋云昊，伍科，胡睿，孙俊晖，李若萱，袁雷，徐岸非，丁稳房，席自强，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：