一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法。内环(电压环)采用PI控制来实现直流侧母线电压的稳定控制，达到变流器两侧能稳定交换能量的目的。外环(电流环)采用比例积分PI和比例复数积分PCI以及比例谐振PR的复合控制算法，实现补偿电流的精确控制。当电网电压平衡时，只使用PI加PCI控制，稳定裕度大，动态响应较快。当电网电压不平衡时，通过全通滤波器将参考信号进行正负序分离，正序分量依然使用PI加PCI控制，负序分量使用PI加PR控制，解决单一PCI控制在电网电压不平衡时，稳定性能较差的问题。系统中引入锁频环，实时跟踪控制电网频率，提高电流控制精度，简化了控制算法的计算量。适用于其他三相逆变器控制系统中。器控制系统中。器控制系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法


[0001]本专利技术属于谐波电流控制
，具体涉及一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法。

技术介绍

[0002]电力系统中非线性负荷大量增加，如非线性的逆变器、整流器、开关电源等等，由此带来的谐波和无功问题愈来愈严重，俗称谐波污染，这对于电力系统的稳定性、通信安全性以及用电器安全是个必须要解决的挑战。有源电力滤波器概念的提出为解决谐波，提高电能质量，提供了一个新的起点。随着瞬时无功功率理论的谐波检测法的提出，治理谐波到达一个新的里程碑。如何快速准确地实现补偿电流对谐波电流的跟踪成为了众多学者研究的课题。
[0003]最为经典的电流控制算法为比例积分(proportion integral,PI)控制。PI控制算法简单，动态响应速度快，但只能用来消除直流稳态误差，对交流的效果不明显。故经常用来配合其他电流控制算法实现复合控制。陆续有学者对比例谐振(proportion resonance,PR)控制，无差拍控制，重复控制等复合控制算法进行了相关研究，效果都各有利弊。在并网逆变器的研究中有学者将比例复数积分(proportion complex integral,PCI)和其他控制算法进行了比较研究发现了其控制的优越性。故有学者尝试将比例复数积分PCI运用到了有源电力滤波器(Active power filter,APF)中。
[0004]但此学者是在理想情况下做的仿真研究，并未考虑到电网电压不平衡的条件下，比例复数积分对负序分量的抗扰特性不为0，导致谐波电流无法精确控制。且PCI算法的谐振带宽小于其他控制算法。当电网频率发生波动时，也无法保证控制器在谐振点增益足够大。也有学者从算法入手增大了控制器的谐振点的带宽，使得在电网基波频率发生偏移时，从而即使谐振点也发生了偏移，谐振点的增益依然足够大。但增加了算法的计算量。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法。利用全通滤波器进行谐波电流的正负序分离以此来在不同电网电压条件下进行稳定快速的电流控制。并引入了锁频环，能够实时检测电网频率，并进行反馈，从源头解决频率偏移问题，而无需再从算法入手增大计算量。
[0006]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法，包括以下步骤：
[0007]首先使用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法得到两相静止坐标系下的谐波电流分量；
[0008]其次将谐波电流分量通过全通滤波器，得到谐波电流分量的正序分量和负序分量；
[0009]然后使用PI控制和PCI控制相叠加的电流控制算法控制谐波电流正序分量；通过
检测电网电压是否平衡对谐波电流负序分量进行控制；
[0010]若电网电压平衡，则使用PI叠加PCI的电流控制算法控制谐波电流负序分量，若电网电压不平衡，则使用PR叠加PI的电流控制算法控制谐波电流负序分量；
[0011]最后使用基于二阶广义积分器的锁频环实时跟踪电网的基波频率，通过调整二阶广义积分器的谐振频率跟随电网实际频率，控制频率误差变为0，实现锁频。
[0012]进一步的，谐波电流的生成过程为：
[0013]将三相静止坐标系下的负载电流信号I
a
,I
b
,I
c
通过Clark变换转换到两相静止坐标系下的谐波电流分量，得到α轴分量I
α
和β轴分量I
β
；
[0014]通过锁相环得到Park变换所需的电网电压同相位的正余弦信号；再将I
α
和I
β
转换到两相旋转坐标系下有功分量I
d
和无功分量I
q
；
[0015]将有功分量I
d
和无功分量I
q
经过二阶巴特沃斯低通滤波器，得到基波有功分量I
db
和基波无功分量I
qb
；
[0016]将有功分量I
d
减去基波有功分量I
db
再加上电压内环的输出值得到谐波电流有功分量I
dh
；将无功分量I
q
减去基波无功分量I
qb
得到谐波电流无功分量I
qh
；
[0017]最后将I
dh
和I
qh
通过Park反变换得到α
‑
β坐标系下的谐波电流分量I
αh
和I
βh
；将由逆变器产生的a
‑
b
‑
c坐标系下的补偿电流I
ca
,I
cb
,I
cc
经过Clark变换得到α
‑
β坐标系下的补偿电流Ic
α
和Ic
β
。
[0018]进一步的，通过全通滤波器实现谐波电流分量正负序分离过程为：
[0019]将α
‑
β坐标系下的谐波电流分量I
αh
,I
βh
与α
‑
β坐标系下的补偿电流Ic
α
,Ic
β
输入全通滤波器，使用全通滤波器相移90
°
的功能将I
αh
,I
βh
以及Ic
α
,Ic
β
进行正负序分离，得到正序分量I
αh+
,I
βh+
,Ic
α+
和Ic
β+
以及负序分量I
αh
‑
,I
βh
‑
,Ic
α
‑
和Ic
β
‑
；
[0020]两相静止坐标系下的正负序分量的分解公式为：
[0021][0022]其中q是时域中的相位滞后90
°
因子。
[0023]进一步的，电网电压不平衡条件下的电流控制算法步骤为：
[0024](1)正序分量I
αh+
和Ic
α+
相减得到误差值X
α+
，正序分量I
βh+
和Ic
β+
相减得到误差值X
β+
；负序分量I
αh
‑
和Ic
α
‑
相减得到误差值X
α
‑
，负序分量I
βh
‑
和Ic
β
‑
相减得到误差值X
β
‑
；X
α+
和X
β+
相互正交作为输入送入PCI控制器，得到正序控制信号Y<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：首先使用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法得到两相静止坐标系下的谐波电流分量；其次将谐波电流分量通过全通滤波器，得到谐波电流分量的正序分量和负序分量；然后使用PI控制和PCI控制相叠加的电流控制算法控制谐波电流正序分量；通过检测电网电压是否平衡对谐波电流负序分量进行控制；若电网电压平衡，则使用PI叠加PCI的电流控制算法控制谐波电流负序分量，若电网电压不平衡，则使用PR叠加PI的电流控制算法控制谐波电流负序分量；最后使用基于二阶广义积分器的锁频环实时跟踪电网的基波频率，通过调整二阶广义积分器的谐振频率跟随电网实际频率，控制频率误差变为0，实现锁频。2.根据权利要求1所述的电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法，其特征在于：谐波电流的生成过程为：将三相静止坐标系下的负载电流信号I
a
,I
b
,I
c
通过Clark变换转换到两相静止坐标系下的谐波电流分量，得到α轴分量I
α
和β轴分量I
β
；通过锁相环得到Park变换所需的电网电压同相位的正余弦信号；再将I
α
和I
β
转换到两相旋转坐标系下有功分量I
d
和无功分量I
q
；将有功分量I
d
和无功分量I
q
经过二阶巴特沃斯低通滤波器，得到基波有功分量I
db
和基波无功分量I
qb
；将有功分量I
d
减去基波有功分量I
db
再加上电压内环的输出值得到谐波电流有功分量I
dh
；将无功分量I
q
减去基波无功分量I
qb
得到谐波电流无功分量I
qh
；最后将I
dh
和I
qh
通过Park反变换得到α
‑
β坐标系下的谐波电流分量I
αh
和I
βh
；将由逆变器产生的a
‑
b
‑
c坐标系下的补偿电流I
ca
,I
cb
,I
cc
经过Clark变换得到α
‑
β坐标系下的补偿电流Ic
α
和Ic
β
。3.根据权利要求2所述的电网电压不平衡下具有频率自适应的APF控制方法，其特征在于：通过全通滤波器实现谐波电流分量正负序分离过程为：将α
‑
β坐标系下的谐波电流分量I
αh
,I
βh
与α
‑
β坐标系下的补偿电流Ic
α
,Ic
β
输入全通滤波器，使用全通滤波器相移90
°
的功能将I
αh
,I
βh
以及Ic
α
,Ic
β
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周岩，刘睿，李国荣，曹大友，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：