有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法技术

本发明专利技术涉及一种有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法，该方法如下：利用公式求解电网电压傅里叶系数和非线性负载电流傅里叶系数，在此基础上求解补偿电压傅里叶系数建立数学补偿模型，最后求解补偿模型得到开关角度，依据求得的开关角度产生对应宽度的控制脉冲。采用此种方法可以避免比较法PWM APF系统中具有高干扰能量的载频带谐波，保证补偿效果的前提下，在源头消除单相并联型APF传导EMI，实现智能电网EMC标准条件下的电能质量净化。量净化。量净化。

【技术实现步骤摘要】
有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子设备有源滤波
，涉及一种有源电力滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲宽度调制控制方法。

技术介绍

[0002]在绿色节能意识的驱动下，作为电网技术必然发展趋势的智能电网成为世界各国竞相发展的一个热点领域。保障电能质量是实现智能电网建设的重要基础，但是随着电力系统中越来越多大功率非线性负载和冲击性负荷的使用，智能电网的电能质量问题继续存在，并且严重性日益增加。APF作为解决电能质量中谐波污染问题的主要手段，广泛应用于智能电网建设。APF可以通过串联或并联的形式接入智能电网，与串联型APF相比，并联型APF因具有效率高、成本低、易控制等优点而成为研究重点。常规单相并联型APF通过控制比较法PWM变换器完成整流和逆变功能输出补偿电流以中和非线性负载电流中的无功与谐波分量，保障智能电网的电能质量。
[0003]但是，受比较法PWM脉冲包含与调制波周期及载波周期两个相关时间变量的固有特性的影响，导致APF变换器交流侧脉冲电压中包含具有高能量干扰的整数倍载频带谐波，同时，功率开关器件的高频动作会将这些高能量干扰谐波转移到传导EMI的频率范围(9kHz
‑
30 MHz)，致使APF这一净化电网的有益过程产生有害影响的载频带传导EMI，威胁智能电网的安全稳定运行。目前，国内外针对APF传导EMI抑制研究主要集中在基于硬件的终端滤除手段及基于软件的源头抑制方法研究。硬件实现的EMI滤波器，可有效滤除变换器输出波形中的高次谐波，但增加了系统成本和复杂性。软件实现的扩频调制技术，一定程度上可以通过扩展APF的载频谐波频谱来减弱EMI，但并没有实现消除EMI。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法，该方法在保证补偿效果的前提下，能够从源头消除单相并联型APF传导EMI，实现智能电网EMC标准条件下的电能质量净化。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法如下：先分别求解出电网电压傅里叶系数非线性负载傅里叶系数结合电网电压傅里叶系数和非线性负载傅里叶系数求解出APF补偿电压傅里叶系数；再依据APF补偿电压傅里叶系数建立APF SHEPWM补偿模型并求解，得到控制需要的开关角度，依据求得的开关角度产生对应宽度的控制脉冲。
[0006]利用式(1)求解电网电压傅里叶系数；
[0007][0008]其中，为电网电压的傅里叶系数；n为谐波次数；u
s
(t
m
)为电网电压信号u
s
(t)在t
m
时刻的采样值，t
m
＝mT/M，m＝1,2,
…
,M；T为被测量信号周期；M为被测量信号周期T的等分份数。
[0009]利用式(2)非线性负载电流傅里叶系数；
[0010][0011]其中，为非线性负载电流的傅里叶系数；i
l
(t
m
)为非线性负载电流信号i
l
(t)在t
m
时刻的采样值。
[0012]利用式(3)求解APF补偿电压傅里叶系数；
[0013][0014]其中，L为APF储能电感；R
L
为APF储能电感内阻，ω＝2π/T为角速度。
[0015]所述APF SHEPWM补偿模型如下：
[0016][0017]求解APF SHEPWM补偿模型得到开关角度
[0018]依据开关角度产生控制脉冲，控制功率变换器产生补偿电流i
c
，即可滤除由非线性负载引入的任意次谐波电流。
[0019]上述有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法通过SHEPWM APF补偿系统实现；所述SHEPWM APF补偿系统包括电网电源、控制系统、隔离驱动模块、APF储能电感Lc、非线性负载；控制系统；控制系统求解电网电压傅里叶系数非线性负载傅里叶系数结合电网电压傅里叶系数和非线性负载傅里叶系数求解出APF补偿电压傅里叶系数；再依据APF补偿电压傅里叶系数建立APF SHEPWM补偿模型并求解，得到控制需要的开关角度；隔离驱动模块依据开关角度产生控制脉冲。
[0020]所述的非线性负载为5次谐波源，控制系统根据下式求解开关角度α1、α3、α5；
[0021][0022]本专利技术的主要优点在于：
[0023](1)功率开关器件控制脉冲生成过程中不需要引入高频载波，可以消除具有高干扰能量的整数倍载频带谐波。
[0024](2)基于SHEPWM技术的开关角度个数依赖于被控频域信息数量的本质特征，可以有效降低变换器功率元件开关频率以减少开关损耗。
[0025](3)能够准确计算出变换器中功率元件的开关角度，控制变换器产生补偿电流以滤除由非线性负载引入的任意次谐波电流，实现智能电网电能质量的改善。
[0026](4)依据智能算法原理设计求解过程软件资源共享的组合求解方法实现APF SHEPWM脉冲实时输出，控制功率变换器产生补偿电流，可中和由非线性负载引入的无功与谐波电流。
附图说明
[0027]图1是SHEPWM APF补偿系统结构示意图；
[0028]图2是本专利技术中求解开关角度流程图；
[0029]图3是对基于步骤S5得到的开关角度进行验证补偿电流仿真图；
[0030]图4是补偿电流的时域信息变化；
[0031]图5是补偿电流的频域信息变化；
[0032]图6是利用Matlab Simulink搭建的SHEPWM APF开环控制系统模型；
[0033]图7是仿真结果中对电网第3次谐波及前9次谐波补偿后得到的时域波形；
[0034]图8是仿真结果中对电网第3次谐波及前9次谐波补偿后得到的频域波形。
具体实施方式
[0035]如图1所示，SHEPWM APF补偿系统包含电网电源u
s
、非线性负载及SHEPWM APF，其中SHEPWM APF又包含控制系统、隔离驱动模块和功率变换器。控制系统根据待补偿的谐波、电源等信息产生对应的SHEPWM控制信号，通过隔离驱动模块来控制功率变换器产生补偿电流i
c
，实现对待补偿电流的补偿。
[0036]如图2所示，本专利技术的有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法如下：先分别求解出电网电压傅里叶系数和非线性负载傅里叶系数，结合电网电压傅里叶系数和非线性负载傅里叶系数求解出APF补偿电压傅里叶系数；再依据APF补偿电压傅里叶系数建立APF SHEPWM补偿模型并求解，得到控制需要的开关角度，依据求得的开关角度产生对应宽度的控制脉冲。
[0037]本专利技术具体包括以下步骤：
[0038]S1：利用式(1)求解电网电压傅里叶系数，如表1所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法，其特征在于该方法如下：先分别求解出电网电压傅里叶系数非线性负载傅里叶系数结合电网电压傅里叶系数和非线性负载傅里叶系数求解出APF补偿电压傅里叶系数；再依据APF补偿电压傅里叶系数建立APF SHEPWM补偿模型并求解，得到控制需要的开关角度，依据求得的开关角度产生对应宽度的控制脉冲。2.根据权利要求1所述的有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法，其特征在于利用式(1)求解电网电压傅里叶系数；其中，为电网电压的傅里叶系数；n为谐波次数；u
s
(t
m
)为电网电压信号u
s
(t)在t
m
时刻的采样值，t
m
＝mTM，m＝1,2,
…
,M；T为被测量信号周期；M为被测量信号周期T的等分份数。3.根据权利要求1所述的有源滤波器补偿电压选择性谐波消除脉冲调制控制方法，其特征在于利用式(2)非线性负载电流傅里叶系数；其中，为非线性负载电流的傅里叶系数；i
l
(t
m
)为非线性负载电流信号i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈楠，傅程昌，刘丹威，高丽辉，陈仁辉，姜春霞，唐溧克，刘永康，郭宪亭，
申请(专利权)人：吉林省博安消防设备有限公司吉林省博安智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：