一种有源电力滤波器架构及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有源电力滤波器架构及控制方法，属于电力系统电磁兼容技术领域，有源电力滤波器包括功率输出模块、加法器模块、可变增益放大模块、正交信号生成模块、搜索算法模块、谐波抑制效果量化指标计算模块等，有源电力滤波器与电网连接的补偿电流注入点后布置电流传感器，用于有源电力滤波器开始工作前鉴别电网中的谐波频率成分，和将补偿之后的电流信号作为反馈量输入谐波抑制效果量化指标计算模块，该模块的输出作为搜索算法模块调整控制参数的依据，本发明专利技术将谐波抑制效果量化值作为控制器的反馈输入，使用搜索算法调整输出电流控制参数，实现控制参数自动调整，因使用了反馈控制方法，谐波抑制效果较传统前馈开环控制方法有较大提升。环控制方法有较大提升。环控制方法有较大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种有源电力滤波器架构及控制方法


[0001]本专利技术属于电力系统电磁兼容
，更具体地，涉及一种有源电力滤波器架构及其控制方法。

技术介绍

[0002]有源电力滤波器已在电力系统谐波治理领域获得了越来越广泛的应用。有源电力滤波器通常由布置于电网上的电流/电压传感器、控制器，功率输出部分等组成，其基本原理为：电流/电压传感器对电网的电流或电压进行实时监测，控制器以实时监测数据为输入，计算谐波电流或电压目标量，输入到功率输出模块，使其输出与干扰电流幅值相同、相位相反的补偿电流，从而达到削弱谐波干扰的目的。出于提升有源电力滤波器谐波抑制效果、拓展工作频段、提升系统对外部扰动的鲁棒性等目的，有源电力滤波器的控制方法一直是该领域的关键技术和研究热点。
[0003]以应用较为广泛的三相交流电力系统使用的前馈式有源电力滤波器为例，主要基于三相电流瞬时无功功率理论，生成目标量信号驱动功率输出模块输出补偿信号抑制电网谐波，但前馈式控制方式本质上是开环控制系统，当控制器中信号处理过程存在较大延时或功率输出模块的相位特性非线性严重时，其谐波抑制效果将大打折扣。常用的方法是在有源电力滤波器调试阶段通过实验，反复调整控制参数，补偿其谐波监测
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目标量计算
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功率输出全过程的幅度、相位影响，可以一定程度提高谐波抑制效果并且防止振荡产生，但这种方法存在参数整定困难的问题。
[0004]有源电力滤波器的基本工作原理是将监测到的电网电流中的基频分量滤除，得到谐波分量，其控制器模块以谐波分量作为输入，生成目标量，再以目标量作为有源电力滤波器内部功率输出模块的输入，使功率输出模块产生与谐波分量幅值相等，相位相反的补偿电流注入电网，达到抑制谐波的目的，常见的前馈式有源电力滤波器基本工作原理框图如图1所示。干扰源产生干扰电流I1，有源电力滤波器内控制器模块对I1的实时监测信号进行分析，并且驱动功率输出模块产生补偿电流I2，当I2＝
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I1时，则电流注入点之后的支路上的干扰电流I3＝I1+I2＝0。前馈式有源电力滤波器内的控制器模块，为了调整补偿电流I2，其控制方法主要包括：
[0005](1)使用模拟或数字滤波器对电流传感器送来的电流时域监测信号进行处理，筛选出基频分量以外的谐波信号；
[0006](2)使用傅里叶变换对电流传感器送来的电流时域监测信号进行处理，直接得到各次谐波分量的幅值。
[0007]以上两种方法均存在适用性有限的问题。若使用模拟或数字滤波器滤除基波成分，则滤波器自身相移特性会造成计算结果与实际谐波信号相位存在偏差，因此需要对滤波器的选频特性与相位特性进行折衷设计，难度很大；若使用傅里叶变换方法，则需要采集一定时间长度的数据再进行分析，存在实时性差的问题。
[0008]另一方面，即使得到了较精确的谐波目标量，将其作为有源电力滤波器功率输出
模块的输入信号，由于功率输出模块的幅度特性、相位特性影响，其实际输出的信号与目标量并不相等，会造成谐波抑制效果恶化，甚至增强谐波。综上，传统的前馈式有源电力滤波器控制方法需要综合考虑目标量计算实时性、准确性以及后续功率输出模块的幅频特性，精确理论计算非常困难，因此其设计时不能完全依赖理论计算，工程上通常需要通过实验，反复调整控制参数，补偿其谐波监测
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目标量计算
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功率输出全过程的幅度、相位影响。这种方法存在问题包括：(1)参数整定困难，耗时较长；(2)即使通过多次实验，将参数整定完毕，接入电网稳定工作时，由于缺乏反馈，其谐波抑制效果比较有限。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出一种有源电力滤波器架构及控制方法，将谐波抑制效果量化值作为控制器的反馈输入，使用搜索算法调整输出电流控制参数，从而实现控制参数自动调整，又因其使用了反馈控制方法，谐波抑制效果较传统的前馈开环控制方法有较大提升。
[0010]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种有源电力滤波器架构，有源电力滤波器内部包括功率输出模块、加法器模块、可变增益放大模块、正交信号生成模块、搜索算法模块及谐波抑制效果量化指标计算模块，其中，有源电力滤波器与电网连接的补偿电流注入点后布置一个电流传感器；
[0011]所述谐波抑制效果量化指标计算模块，用于在有源电力滤波器向电网馈送补偿电流前，对由电流传感器获取的电流监测信号进行分析，找出待抑制的目标谐波频率，得到对各目标谐波频率的谐波抑制量化指标，将谐波抑制量化指标作为所述搜索算法模块的输入，以由所述搜索算法模块判断是否达到迭代终止条件；
[0012]所述正交信号生成模块，用于为每一个目标谐波频率生成一组频率为目标谐波频率，幅值为1的正交参考信号，然后通过所述可变增益放大模块对各组正交参考信号的幅值进行调制；
[0013]所述加法器模块，用于以调制后的正交参考信号之和为目标量驱动功率输出模块输出补偿电流并注入电网，与干扰电流合成后，在补偿电流注入点之后形成补偿后的电流；
[0014]补偿后的电流的实时监测信号作为有源电力滤波器的反馈输入，由谐波抑制效果量化指标计算模块计算谐波抑制效果量化指标，结果输入搜索算法模块，搜索算法模块以迭代更新方式调整正交参考信号的幅值，从而持续改变补偿电流的幅值和相位，每次迭代更新正交参考信号的幅值后，都重新计算谐波抑制效果量化指标，作为下一次迭代过程的输入，循环反复，谐波抑制效果量化指标在数次迭代过程中不断得到优化，当满足搜索算法终止条件时，正交参考信号的幅值调整完毕，干扰得到抑制。
[0015]按照本专利技术的另一方面，提供了一种有源电力滤波器的控制方法，包括：
[0016](1)在有源电力滤波器向电网馈送补偿电流前，根据电流传感器获取的电流监测信号确定需要抑制的目标谐波频率f
k
，其中，目标谐波频率的个数大于等于1，k＝1,2......N，N目标谐波频率的个数；
[0017](2)由搜索算法模块执行第一次迭代时l＝1，相应的第一代种群A
jkl
和B
jkl
记为A
jk1
和B
jk1
，A
jk1
和B
jk1
的生成方法为在用户设定的区间内生成M
×
N个随机分布的二维数组，其中，M为算法种群规模，j为搜索算法种群中的个体索引，j＝1,2......M，l＝1,2......R，R
为算法最大迭代次数；
[0018](3)由正交信号生成模块对第1代种群中第1只个体生成N组正交信号P
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(t)和Q
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(t)；
[0019](4)将N组正交信号P
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(t)和Q
1k1
(t)之和作为目标量L
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(t)，以L
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(t)驱动功率输出模块输出补偿电流至电网，并采集电网上的谐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源电力滤波器架构，其特征在于，有源电力滤波器内部包括功率输出模块、加法器模块、可变增益放大模块、正交信号生成模块、搜索算法模块及谐波抑制效果量化指标计算模块，其中，有源电力滤波器与电网连接的补偿电流注入点后布置一个电流传感器；所述谐波抑制效果量化指标计算模块，用于在有源电力滤波器向电网馈送补偿电流前，对由电流传感器获取的电流监测信号进行分析，找出待抑制的目标谐波频率，得到对各目标谐波频率的谐波抑制量化指标，将谐波抑制量化指标作为所述搜索算法模块的输入，以由所述搜索算法模块判断是否达到迭代终止条件；所述正交信号生成模块，用于为每一个目标谐波频率生成一组频率为目标谐波频率，幅值为1的正交参考信号，然后通过所述可变增益放大模块对各组正交参考信号的幅值进行调制；所述加法器模块，用于以调制后的正交参考信号之和为目标量驱动功率输出模块输出补偿电流并注入电网，与干扰电流合成后，在补偿电流注入点之后形成补偿后的电流；补偿后的电流的实时监测信号作为有源电力滤波器的反馈输入，由谐波抑制效果量化指标计算模块计算谐波抑制效果量化指标，结果输入搜索算法模块，搜索算法模块以迭代更新方式调整正交参考信号的幅值，从而持续改变补偿电流的幅值和相位，每次迭代更新正交参考信号的幅值后，都重新计算谐波抑制效果量化指标，作为下一次迭代过程的输入，循环反复，谐波抑制效果量化指标在数次迭代过程中不断得到优化，当满足搜索算法终止条件时，正交参考信号的幅值调整完毕，干扰得到抑制。2.一种有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括：(1)在有源电力滤波器向电网馈送补偿电流前，根据电流传感器获取的电流监测信号确定需要抑制的目标谐波频率f
k
，其中，目标谐波频率的个数大于等于1，k＝1,2......N，N目标谐波频率的个数；(2)由搜索算法模块执行第一次迭代时l＝1，相应的第一代种群A
jkl
和B
jkl
记为A
jk1
和B
jk1
，A
jk1
和B
jk1
的生成方法为在用户设定的区间内生成M
×
N个随机分布的二维数组，其中，M为算法种群规模，j为搜索算法种群中的个体索引，j＝1,2......M，l＝1,2......R，R为算法最大迭代次数；(3)由正交信号生成模块对第1代种群中第1只个体生成N组正交信号P
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(t)和Q
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(t)；(4)将N组正交信号P
1k1
(t)和Q
1k1
(t)之和作为目标量L
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(t)，以L
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(t)驱动功率输出模块输出补偿电流至电网，并采集电网上的谐波电流，将采集的时域电流信号记为S
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(t),t∈[t1,t2]，其中，t1的取值是任意的，但t1时刻到t2时...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琛，臧涛，杨斌，华成超，杨鹏，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：