电力有源滤波器的双反馈环控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电力有源滤波器的双反馈环控制方法，它包括直流侧电压环控制方法和输出电流环控制方法。由于采用了两种新控制策略的技术方案，即采用了周期离散控制的新型直流侧电压环控制方法、输出电流环控制方法采用了平均电流补偿逆控制的新型电流环控制策略，显著提高了有源滤波器的响应速度和精度。其中直流侧电压环控制方法可以在实现有源滤波器直流侧电压线性化控制的同时获得负荷电流有功分量，该方法显著提高了有源滤波器补偿谐波的速度，能够有效地避免负荷变化时出现电流畸变现象。本发明专利技术中输出电流环控制方法利用直流侧电压与电源电压的测量值，并根据平均电流模型可得到下一周期补偿电流的校正值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动化产品及其电能质量检测控制
，具体地说是涉 及一种电力有源滤波器的控制方法。
技术介绍
电力有源滤波器(Active Power Filter，缩写为APF)是治理电力系统谐波、改善 电能质量的有效措施。与传统的无源滤波器(Passive Filter，缩写为PF)相比，电力有源 滤波器具有能补偿各次谐波、抑制闪变、补偿无功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势。 随着电力电子技术的快速发展，电力电子器件的导通容量、开关频率等性能大大提高，PWM 控制技术也日趋成熟，采用现代电力电子技术、数字信号处理技术和先进控制理论的电力 有源滤波器技术对电网谐波进行动态实时补偿，可视为现在解决谐波污染问题的最有效和 最具潜力的途径。目前，电力有源滤波器已成为电力电子
中的研究热点，许多国家 已将有源电力滤波器作为改善电能质量的一项关键技术和措施，在我国也具有非常广阔的 应用前景。电力有源滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生 电路，其中补偿电流发生电路主要由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成。指令电流运算电路的功能主要是从负载电流ijt)中分离出谐波无功电流iu(t) 和基波有功电流、(t)，然后将其反极性作用后发出补偿电流的指令信号i。(t) = iu(t)。 电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流ic，计算出主电路各开关器件的触 发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路，产生补偿电流i。(t)，is(t) = iL(t)-ic(t) = iLp(t)+ilq(t)-ic(t) = iLP(t)即电源电流is(t)中只含有基波的有功分量、(t)，从而达到消除谐波与进行无 功补偿的目的。但是有源滤波器电流谐波分量检测运算复杂，并且在负荷电流变化时，传统 的检测有功和无功电流分量的过程将更加繁琐，不易从电源电流中获取准确的谐波分量。 同时由于有源滤波器提供的补偿电流是非正弦的，含有的谐波分量远远大于基波成分，一 般采用的电流环控制算法往往不能很好满足动态响应的速度和补偿精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够显著提高有源滤波器响应速度和精度的电力有源 滤波器的双反馈环控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案本专利技术包括直流侧电压环控制方法和输出电流环控制方法；其中，直流侧电压环控制方法包括以下步骤①电力有源滤波器直接对直流侧电容电压进行控制，检测系统电压Us和负荷电流 iL ；②检测逆变器直流侧电容电压Ud (t)，在保持电容电压稳定的基础上，对IGBT进行对应控制，进行PWM调制；③逆变器综合系统电压、负荷电流和直流侧电容电压的检测，产生相应的PWM控 制信号，对谐波电流进行相应补偿；另外，输出电流环控制方法包括以下步骤a、对负荷电流k和补偿电流i。的检测；b、应用周期内的电流动态方程对平均电流进行预测计算，然后推导出其开 关时间I tdjk)，；C、应用上周期的实际补偿电流进行电流预测，并对平均电流“(0进行修正计算， 根据其推导出开关时间II td2(k)；d、对所述的开关时间I和开关时间II进行数学平均，得到最终的开关时间td(k)， 有源滤波器根据开关时间输出符合谐波电流的新补偿电流。需要指出的是，在直流侧电压环控制方法的步骤②中，采用周期离散控制技术保 持电容电压稳定。采用上述技术方案的本专利技术，采用了两种新控制策略的技术方案，即采用了周期 离散控制的新型直流侧电压环控制方法、输出电流环控制方法采用了平均电流补偿逆控制 的新型电流环控制策略，显著提高了有源滤波器的响应速度和精度。其中直流侧电压环控 制方法可以在实现有源滤波器直流侧电压线性化控制的同时获得负荷电流有功分量，该方 法显著提高了有源滤波器补偿谐波的速度，能够有效地避免负荷变化时出现电流畸变现 象，并减轻负荷突变对电网的冲击。而输出电流环控制方法是有源滤波器控制的关键部分。 为了解决动态响应速度和精度问题，本专利技术中的基于平均电流补偿逆控制的输出电流环控 制方法利用直流侧电压与电源电压的测量值，并根据平均电流模型可得到下一周期补偿电 流的校正值。由校正值与滤波器输出电流测量值之和作为输出电流的反馈值。该方法充分 利用了直流侧电压与电源电压的信息，提高了补偿电流的补偿速度和精度。附图说明图1为电压型三相并联有源滤波器结构原理图；图2为本专利技术中APF系统控制原理图；图3为本专利技术中直流侧电压环控制方法的原理图；图4为本专利技术中前沿跟踪PWM图；图5为本专利技术中输出电流环控制方法的原理图；图6为本专利技术中单周期离散控制APF传递框图。具体实施例方式如图1所示，在实施本专利技术时，先将APF通过电感L1和L2与系统并联，其直流侧 采用电容C为储能元件，Ud。为变流器直流侧电容电压，Si、S2、S3、S44为四只IGBT管。在本 专利技术中，APF直接对直流侧电容电压控制，避开了传统的检测有功和无功电流分量的繁琐过 程，使得谐波检测的过程十分简单，从而有利于降低有源滤波器的控制成本，大大提高相应 速度。如图2所示，本专利技术中的“双反馈环”控制包括直流侧电压环控制方法和输出电 流环控制方法。其中，电压控制环所采用的周期离散控制计算简单，响应迅速，为最佳的实 施方式，它能在维持直流侧电压稳定的同时，得到负荷基波有功电流参考值。该控制方法能 消除负荷电流突变和电网电压畸变的影响。上述的电压控制环还可以采用其他的控制方 法。而电流环则根据直流侧电压与电源电压的测量值，并以平均电流模型和预测电流模块 得到下一周期补偿电流的校正值。由校正值与滤波器输出电流测量值之和作为输出电流的 反馈值。本专利技术充分利用了直流侧电压与电源电压的信息，提高了补偿电流的补偿速度和 精度。由此两环组成了本专利技术的主要核心系统，即双反馈环控制系统，具体地说，直流侧电压环控制方法包括以下步骤①电力有源滤波器直接对直流侧电容电压进行控制，检测系统电压Us和负荷电流 I。由于有源滤波器主要用于补偿负荷产生的谐波电流和基波无功电流，经有源滤波器的 补偿后，电源只向负荷输出有功功率A和APF的损耗功率pA。负荷需要的无功功率C^由 APF输出。认为电源电压为正弦波形，Sus(t) =Us sin( t)，负荷瞬时电流为OOiL (0 = Ipi sin(纽)+ Iq cos⑷ + YjIn sin(滅 + Gn)n=2负荷瞬时功率为Wl (0 = Us (t、iL (0 = pL + qLop= IpLUs sin2(ω ) + IqUs sin(iyr)cos(6>i) + ^ /^ ^\η{ω )Ιη η{ηω + θη)n=2电源输出功率为ws (t) = pL+pA = Ipl Us sin2 (cot)+Ipa Us sin2 (cot) = (IpL+IpA) sin (ω t) Us (t)有源滤波器输出功率为opκ、= IaUs sin(< i)cos(at) + ^YUs sm{at)I ^ιη{ηω + θ )~ IdaUs sin2(cot)= -Patioo·qL = IqUs sin(诚)cosO/) + ^Us η{ω )Ιη η{ηω + θη)无功功率％ —个周期内的积分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力有源滤波器的双反馈环控制方法，其特征在于：它包括直流侧电压环控制方法和输出电流环控制方法；所述的直流侧电压环控制方法包括以下步骤：①电力有源滤波器直接对直流侧电容电压进行控制，检测系统电压Ｕ↓［ｓ］和负荷电流ｉ↓［Ｌ］；②检测逆变器直流侧电容电压Ｕ↓［ｄ］（ｔ），在保持电容电压稳定的基础上，对ＩＧＢＴ进行对应控制，进行ＰＷＭ调制；③逆变器综合系统电压、负荷电流和直流侧电容电压的检测，产生相应的ＰＷＭ控制信号，对谐波电流进行相应补偿；所述的输出电流环控制方法包括以下步骤：ａ、对负荷电流ｉ↓［Ｌ］和补偿电流ｉ↓［ｃ］的检测；ｂ、应用周期内的电流动态方程对平均电流＊↓［ｃ］（ｋ）进行预测计算，然后推导出其开关时间Ｉｔｄ↓［１］（ｋ），；ｃ、应用上周期的实际补偿电流进行电流预测，并对平均电流＊↓［ｃ］（ｋ）进行修正计算，根据其推导出开关时间ＩＩｔｄ↓［２］（ｋ）；ｄ、对所述的开关时间Ⅰ和开关时间Ⅱ进行数学平均，得到最终的开关时间ｔｄ（ｋ），有源滤波器根据开关时间输出符合谐波电流的新补偿电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：楚金甫，彭晓华，龙翔，解大，杨宏钊，王志安，孟凡青，
申请(专利权)人：河南森源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：41