一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法，控制方法基于混合负载的有源电力滤波器系统电流双环控制系统以及该系统建立的谐波放大现象等效模型，方法包括补偿电流外环控制和阻尼内环控制，谐波电流控制器采用比例

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子控制领域，具体涉及一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法，适用于用电终端由非线性负载引起的电网电流波形畸变造成的谐波污染问题，所提出的基于改进型的比例
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矢量(P
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VR)谐振调节器的电流双环控制策略在混合型非线性负载背景下尤其适用。

技术介绍

[0002]随着电力电子变换器的广泛使用，整流器、并网电源、开关电源等非线性负载大量接入电网，随之引发的谐波污染现象带来了许多的电能质量问题，为了解决这些问题，并联型有源电力滤波器(shuntactivepowerfilter,SAPF)是有效的解决手段，因此被广泛运用。LCL型并网滤波器由于具有更小的体积和更强的高频纹波衰减能力，因此相比L型并网滤波器被更为广泛的应用。但是由于LCL滤波器在谐振频率处存在谐振尖峰，相位产生了
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180
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跳变，导致开环系统的右半平面存在一对极点导致系统不稳定，如果不对谐振进行抑制，将会使得SAPF的谐波补偿效果大大降低。传统的无源阻尼方法会带来较大的功率损耗，在装置容量达到千瓦甚至兆瓦级别时，将在阻尼电阻上产生巨大的损耗，严重影响系统效率。
[0003]传统的SAPF需要实时检测电网电压及有源电力滤波器的输出电流，然后通过采用锁相环提取电网电压的基波角频率，再经过谐波检测环节将提取的负载谐波电流成分和直流电压调节器的输出电流叠加，这样可以得到有源电力滤波器的输出参考电流。电流调节器根据有源电力滤波器反馈的输出电流和参考指令电流输出控制电压的实时给定值，最后经过调制模块输出相应的IGBT开关信号，控制有源电力滤波器输出与检测到的谐波电流大小相等，方向相反的补偿电流注入公共耦合点，使得电网电流不再含有谐波成分。为了使得LCL型的APF达到最佳的谐波补偿效果，通常将网侧电感电流作为控制变量，但是这种控制方式也会导致逆变器侧电感电流信息缺失，这对功率器件的保护不利，威胁装置的正常运行。并且这种方法的电流传感器数量过多，可靠性相对较差。
[0004]目前，对非线性负载的大多数讨论集中在不用整流桥串阻感性负载方面，缺少普遍性，有部分学者通过提取不同电流选取点的信息来进行反馈控制，本专利技术从数学模型构建角度出发，构建了混合谐波源的等效阻抗模型，定性及定量分析了谐波放大现象产生的原因。提出采用改进型的P
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VR控制方式，采用多个矢量调节器并联的方式，充分考虑了被控对象的信息，具有良好的选择特性。控制方式采用网侧电流双环控制方式，由电网电流环和基波电流环并联构成APF控制系统，补偿电流外环直接控制网侧电流形成闭环方式，将电网电流和逆变器侧电流作为反馈变量。电网电流环采用直接消除电网电流的谐波成分，不需要采用谐波分离算法。基波电流调节器采用改进型的P
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VR调节器，其调节器谐振频率为电网基波频率可实现对给定电流的无差跟踪。由于基波控制回路与谐波控制回路中的谐振调节器针对的电流成分的频率不同，可实现分频独立控制。因此，APF 的谐波补偿和直流母线电压控制实现了相互独立控制。电流内环利用已有的逆变器侧电流传感器，采用比例控制方式，形成LCL滤波器阻尼内环。通过以上的控制方法在不增加电容电流传感器的情况下实
现谐波电流补偿和谐振的阻尼。在保证谐波补偿效果的同时增强系统稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术的局限性，提出了基于电流双环控制的P
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VR控制技术，该技术可以在不采用谐波分离算法的情况下及实现对谐波放大现象负载的谐波补偿，减少了传感器的使用，也能实现对LCL谐振峰的抑制。
[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：一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法，其特征在于，控制方法基于混合负载的有源电力滤波器及电流双环控制系统以及该系统建立的谐波放大现象等效模型，方法包括补偿电流外环控制和阻尼内环控制，谐波电流控制器改进型的P
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VR调节器，其中，P
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VR表示比例
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矢量谐振控制器，基波电流控制器采用比例谐振控制器，直流电压控制器采用比例积分控制器，阻尼内环采用比例控制方式，其中，外环控制包括：步骤1：当并联型有源电力滤波器接入电网后，利用电压电流传感器采集电网电流i
s
、电网电压u
s
、直流母线电容电压u
dc
、逆变器侧电感电流i1、电网侧电感电流i2；步骤2：将直流母线电容电压参考值u
dc*
与电压传感器检测到的实际值u
dc
做差，得到直流母线电压的误差值，再经过PI控制器得到直流侧电压调节量，与电网电压之积共同构成调节量馈入基波电流控制器得到基波电流指令值；步骤3：将流入电源侧的电流目标值
‑
i
sh
*设置为0，直接控制电源侧电流的谐波分量为0，电流传感器将检测到的电网电流馈入谐波电流控制器，利用其在指定频率处具有很高的增益的特点﹐使得控制环路中在对应的谐波频率处具有较高的增益，以此抑制LCL滤波器的谐振峰，从谐波电流控制器输出端得到谐波电流指令值；步骤4：将从谐波电流控制器输出的谐波电流参考值I
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与基波电流控制器的输出I
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叠加，得到电流参考值给定给阻尼内环；其中，LCL型并网滤波器在谐振峰对应的频率以下具有和L型滤波器近似的特性，故LCL滤波器传递函数表示如下（1）和分别为进线电抗等效串联电阻和电感，且=L1+L2+L
s
，L1为逆变器侧电感，L2为电源侧电感，L
s
为等效电网阻抗，表示LCL滤波器的传递函数，表示LCL滤波器，表示拉普拉斯变换中的微分算子；VR调节器采用误差交叉控制，利用改进型P
‑
VR调节器的复零点将被控对象的复极点直接抵消；改进型P
‑
VR调节器的传递函数如下：（2）表示改进型P
‑
VR调节器的传递函数，为比例项系数，为谐波次数,
为基波角频率，、分别表示谐振系数，且=
×
(/)，表示谐振系数下标，表示谐振系数下标；采用基于静止坐标系下的改进型P
‑
VR调节器；在控制器中加入比例项将控制器整个幅值特性向上平移而不改变其在某一频次的增益，对单次制定谐波进行跟踪补偿,对电流实现精确控制；下面对改进型P
‑
VR调节器的谐振部分进行分析；改进型P
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VR调节器的传递函数可以看作（3）其中，表示虚数单位，表示正整数，为正整数，；改进型P
‑
VR调节器的传递函数第一项和第二项形式相同，第二项与PR控制器的谐振项相同，是一个二阶谐振项；内环控制包括：阻尼内环的比例控制器的输出值和电网前馈u
s
补偿做差得到的结果即为输出调制波信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合负载的有源电力滤波器电流双环控制方法，其特征在于，控制方法基于混合负载的有源电力滤波器及电流双环控制系统以及该系统建立的谐波放大现象等效模型，方法包括补偿电流外环控制和阻尼内环控制，谐波电流控制器改进型的P
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VR调节器，其中，P
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VR表示比例
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矢量谐振控制器，基波电流控制器采用比例谐振控制器，直流电压控制器采用比例积分控制器，阻尼内环采用比例控制方式，其中，外环控制包括：步骤1：当并联型有源电力滤波器接入电网后，利用电压电流传感器采集电网电流i
s
、电网电压u
s
、直流母线电容电压u
dc
、逆变器侧电感电流i1、电网侧电感电流i2；步骤2：将直流母线电容电压参考值u
dc*
与电压传感器检测到的实际值u
dc
做差，得到直流母线电压的误差值，再经过PI控制器得到直流侧电压调节量，与电网电压之积共同构成调节量馈入基波电流控制器得到基波电流指令值；步骤3：将流入电源侧的电流目标值
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i
sh
*设置为0，直接控制电源侧电流的谐波分量为0，电流传感器将检测到的电网电流馈入谐波电流控制器，利用其在指定频率处具有很高的增益的特点﹐使得控制环路中在对应的谐波频率处具有较高的增益，以此抑制LCL滤波器的谐振峰，从谐波电流控制器输出端得到谐波电流指令值；步骤4：将从谐波电流控制器输出的谐波电流参考值I
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与基波电流控制器的输出I
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叠加，得到电流参考值给定给阻尼内环；其中，LCL型并网滤波器在谐振峰对应的频率以下具有和L型滤波器近似的特性，故LCL滤波器传递函数表示如下
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（1）和分别为进线电抗等效串联电阻和电感，且=L1+L2+L
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，L1为逆变器侧电感，L2为电源侧电感，L
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为等效电网阻抗，表示LCL滤波器的传递函数，表示LCL滤波器，表示拉普拉斯变换中的微分算子；VR调节器采用误差交叉控制，利用改进型P
‑
VR调节器的复零点将被控对象的复极点直接抵消；改进型P
‑
VR调节器的传递函数如下：（2）表示改进型P
‑
VR调节器的传递函数，为比例项系数，为谐波次数,为基波角频率，、分别表示谐振系数，且=
×
(/)，表示谐振系数下标，表示谐振系数下标；采用基于ab静止坐标系下的改进型P
‑
VR调节器；在控制器中加入比例项将控制器整个幅值特性向上平移而不改变其在某一频次的增益，对单次制定谐波进行跟踪补偿,对电流实现精确控制；下面对改进型P
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VR调节器的谐振部分进行分析；改进型P
‑
VR调节器的传递函数可以看
作（3）其中， 表示虚数单位，表示正整数，为正整数，；改进型P
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VR调节器的传递函数第一项和第二项形式相同，第二项与PR控制器的谐振项相同，是一个二阶谐振项；内环控制包括：阻尼内环的比例控制器的输出值和电网前馈u
s
补偿做差得到的结果即为输出调制波信号，将该调制波信号输入驱动电路，并基于驱动模块对IGBT进行驱动。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，谐波放大现象等效模型的建立包括以下步骤：步骤1：基于补偿角度，将并联型APF等效为一谐波电流源，对有源电力滤波器接入电网前后的并联补偿系统进行建模；步骤2：基于负载电容两端的电压恒定，将电容等效为一电压源U
C
串联电阻，电感等效为一电流大小为的受控电流源并联一电阻，、、的大小与电感、电容、电阻的大小相关；受控电流源受电压源控制的控制系数为，则==，为APF的输出电流，为受控电流源电流，为非线性负载电流，表示非线性负载，为等效电容电压源电压；步骤3：定义电网电压u
s
不含谐波成分，对于谐波频次电流为短路，将并联型有源电力滤波器单相等效电路简化为单相单次谐波等效电路，，==/(+)；为等效电容阻抗，为非线性负载电阻，为电容阻抗和电阻并联简化后阻抗，为电网谐波电流，为受控电流源谐波电流，为非线性负载...

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