一种任意电网电压下有源电力滤波器补偿电流控制模型和方法技术

一种任意电网电压下有源电力滤波器补偿电流控制方法，本发明专利技术在电网电压畸变和不对称条件下，利用外推拉格朗日插值推导出无差拍指令电压预测模型，并利用检测的补偿电流对指令电压预测值进行实时校正，实现对输出补偿电流的闭环无差拍控制；在对指令电压进行空间矢量调制过程中简化传统的矢量定位方法，用简单规则优化开关矢量的作用时序，降低了计算量和开关器件的工作频率，提高了控制精度。在电网电压不对称且存在畸变条件下，本发明专利技术能有效跟踪指令电流的变化，谐波总畸变达到１０．４％以上时负载稳定后补偿电流与指令电流的归一化互相关系数达到０．９８８，补偿后的电源电流与检测到的基波正序有功电流的归一化互相关系数达到０．９９９。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术的目的在于提供一种在非理想电压条件下并联电压5型有源电力滤波器补偿电流的数字化控制策略。该策略控制精度高，结构简 单，实时性强，降低了有源电力滤波器数字化控制中计算延迟和预测误差的 影响。在畸变不对称的电压条件下，补偿电流仍然能够准确跟踪指令电流的 变化，稳态精度高，并适用于负载发生突变的环境。本专利技术的特征在于结合了无差拍控制的实时性和空间电压矢量的精确性，将无差拍指令电压预测值作为空间电压矢量PWM的输入进行PWM调制，并利用补偿电流来校正指令电压的预测值，提高了系统的预测精度，利用简单规则简化空间电压矢量的定位过程和优化固定开关矢量的作用时序，提高了系统的实时性。该控制方法包括以下步骤(1) 建立有源电力滤波器的电路模型并得出三相回路方程。根据检测 到的指令电流《.,J、"Ac，通过回路方程得出有源电力滤波器的理 论输出电压":。表达式。其中 表示三相电源电压。(2)对理论输出电压表达式进行离散化，设当前时刻为A时刻，根据离散化的电压表达式得出A+1时刻的电压表达式。(3)以W寸刻检测到的指令电流和实际输出补偿电流之间的静态偏差 为依据，得到有源电力滤波器输出电压的校正因子气。("，对hl 时刻的电压表达式进行校正，实现对补偿电流的闭环控制。将校 正后电压表达式中A + 1时刻的参考电压和电流变量进行一阶拉格 朗日插值，得到的修正输出电压，将其作为有源电力滤波器当前 控制周期的三相指令电压《(A + 1)。";+1) = 2 - .(A: -1) + 7 ⑨—("1) 一 2。 (A) + ,'》(A: -1) + ^(4)对三相指令电压《OUl)进行空间矢量调帝lj，包括矢量定位和开关 时刻的计算两个过程。在矢量定位过程中，省略了传统的空间矢(fc +1)=由& +1) - (/t +1)量调制算法中复杂的坐标变换和反三角变换。引入畸变不对称的 电压因子，采用伏秒等效原理计算出开关器件在当前控制周期内 相对的开通和关断时刻。依据在一个控制周期内的每组开关器件 只开关一次的原则对固定开关矢量作用时序进行优化，最终得到 控制有源电力滤波器的PWM波形。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1) 在空间矢量调制过程中引入了闭环预测控制，消除了计算延迟误 差，避免了各控制周期内补偿电流与指令电流静态偏差的累积， 提高了控制精度，负载稳定后补偿电流与指令电流的归一化互相关系数达到0.988，补偿后的电源电流与检测到的基波正序有功电 流的归一化互相关系数达到0.999。(2) 简化了空间电压矢量的定位运算，减小了计算量和预测周期。(3) 对固定开关矢量的作用时序进行优化，有效降低了开关器件的工 作频率。(4) 在计算开关矢量作用时间时考虑了畸变不对称的电压因素，使得 该控制系统能够用于非理想的电压环境，具有较强的适用性。(5) 在负载发生突变情况下，经过一个工频周期后，补偿电流仍然能 够准确的跟踪指令电流的变化，具有较快的动态响应。(6) 结构简单，成本低，易于实现。附图说明图1为并联电压型三相三线制有源电力滤波器拓扑结构； 图2为本专利技术自校正无差拍预测控制模型图； 图3为各扇区线电压极性分布图； 图4为开关矢量作用时序图。 [具体实施方式1)基于自校正的指令电压预测模型图1中， 为非理想的三相电源电压，/ ^和^分别为三相电源 和负载电流，^为有源电力滤波器输出补偿电流，",。为有源电力滤波器的输 出电压；丄为APF的等效电感，t^为直流侧电容电压，S, &代表可关断器 件。由图l可以写出回路方程为<formula>formula see original document page 8</formula>设《为补偿电流的指令值，《为有源电力滤波器输出电压的理想值，由(l)式可得r《设控制周期为 ;，对(2)式离散化可得";。w=*+由(3)式可得下一个控制周期开始时刻的理想输出电压为:<formula>formula see original document page 8</formula>式中，《。(yt+l)和《("l)分别为下一个周期的理想输出电压和指令电流。根据(4)式，可以实现对补偿电流开环控制，但无法消除指令电流与实际 输出补偿电流之间的静态偏差。为了实现对补偿电流/。的闭环控制，需要对 《("l)进行修正，设^时刻指令电流与实际输出补偿电流之间差值为A^("， 将式(2)和(1)相减并离散化后可得修正量A^。W为、。0)=会 ("=会[''(5)修正":。("i)得到o+i)O +1) = w;。(A +1) + +1) = M# +1) + 7 +1) - (6)由于;CA:)、("，《.(6 + l), + lH》("l)，代入(6)式可得 《("1)= +1) + * (7)式中，《(&+1)为* + 1时刻的指令电流，！;("和~(* + 1)分别表示*时刻和*+1时刻的负载电流，。+1)表示* +1时刻负载电流中的基波正序有功电流分量。将(7)式中的 (fe + l)^("l)，。("l)进行一阶拉格朗日外推插值并化简可得";("i)=2 w— ("i)+* w -!), (" i) - 2。 w+!; (")+⑨] (8)以0 + l)作为指令电压矢量即可实现对APF闭环无差拍控制。 2)电压矢量的扇区定位方法定义开关量、(/ = ",6,。为逆变电路的三相开关状态，当桥臂上管导通时 、为1，下管导通时、为0。开关组合矢量(H"的8种开关状态分别用 r。 ^表示，包括两个零矢量r。、 「7和6个非零开关矢量。这些非零开关矢 量构成了六边形的三条对角线，分别对应&=0,^=0,^=0三种状态。例如，三 相开关矢量(1,0,0)和(0,1,1)对应^=0状态，以该矢量为分界线，上下两边分别 对应^ >0状态和^ <0状态，因此可以定性的得出各个扇区内三个线电压的 极性，如图3所示。根据式(8)求得的指令电压《(A + 1)，求出线电压 《("1)，0 + 1)，0 + 1)并判断其极性，即可根据图3确定指令电压所在扇 区。3)开关矢量作用时序优化及功率器件开关时刻的确定 根据对开关量、的假设，由图l可得 " "tfc(9)式中， 表示逆变器交流侧相对于图1中"点的输出电压。 由于三相电源电压不对称且存在幅值畸变，则满足"sa+"S6+"sC(,) (10) z =0 (11)式中，m。(/)表示电源电压基波和各次谐波零序分量之和，代表了畸变和不对称的合成因素。代入(l)式可得联立(9)式和(12)式可得 。+ &+、) +附0(0 (13)将(13)式代入(9)式可得:"a。 = i (—、 + - &) + w。 (0(14)根据特定时刻的三相开关矢量(H&)，由(14)式即可求出APF对应的输 出电压。采用上述方法确定指令电压矢量所在的扇区之后，基于伏秒平衡的原则， 利用指令电压矢量所在三角形区域内两相邻的非零矢量和两个零矢量对其合 成。例如，当指令电压矢量位于第一扇区时，相邻的两个非零矢量和零矢量 分别为^K和r。,K，其余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种任意电网电压下的有源电力滤波器电流控制模型，其特征在于：将无差拍指令电压预测值作为空间电压矢量ＰＷＭ的输入进行ＰＷＭ调制，并利用补偿电流来校正指令电压的预测值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：桂卫华，何多昌，胡锰洋，胡志坤，孙克辉，阳春华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]