一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法，步骤１、来自电网的充电电流对直流侧电容进行预充电；步骤２、所述不控整流桥下桥臂的开关在控制器发出的开关脉冲信号控制下开启，该开关脉冲信号的占空比从０线性地增加到一个固定值；步骤３、将下桥臂的开关与上桥臂的开关同时关断；步骤４、将电流环中ＰＩ控制器置于ｄ－ｑ同步坐标系下，并设置ＰＩ控制器初始输出值；步骤５、将电网电压的采样值经Ｇｎ（ｓ）计算后与所述电流环中ＰＩ控制内环中ＰＩ控制器的输出值相加；步骤６、位于电流环中重复控制外环内设置重复控制器。本发明专利技术保证大容量有源滤波器装置在启动，并网和负载切换等动态过程中直流母线电容电压能保持很高的稳定度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是针对大容量并联型有源滤波器装置。本专利技术专利的技术主要用于大容量有源滤波器装置启动，并 网和负载切换等动态过程中对直流母线电压稳定度要求较高的场合。属于有源电力滤波器

技术介绍
近年随着现代电力电子技术的飞速发展和电网中非线性负载的激增，电网电压和 电流波形畸变严重，导致电网中的谐波水平不断升高。由于并联型有源电力滤波器非常适 合补偿电网中的谐波和无功电流，因此近年来得到了广泛地研究和使用。 三相三线并联型有源滤波器(SAPF)系统的结构图如图1所示。其中带有串联电 阻和电感的三相二极管整流桥作为非线性负载；一个电压源型的逆变器(voltage source inverter, VSI)通过输出滤波器连接到电网，二者构成并联型有源滤波器。图中Ug为电源 相电压，Lg为电源侧内感，Li为负载侧进线电感，Cd。为直流母线电容，RL为阻感负载，Lp1^ 和C构成LCL输出滤波器，Rd为阻尼电阻，i。 i2分别为负载电流和补偿电流，us为电网电 压，udc为直流电压。 在实际应用中，无论并联型APF工作于启动过程或是正常运行过程，直流电压控 制都是非常重要的。 一方面，由于大容量并联型APF的交流侧滤波电感通常很小，因此在启 动过渡过程中将产生很大的冲击电流，同时引起直流电容电压的大幅过冲或跌落。另一方 面，在正常运行过程中，由于直流侧和交流侧的能量交换将导致直流侧电压波动，特别在负 载切换时将导致直流电压大幅波动，严重时将威胁开关器件的安全。因此，在启动，并网和 负载切换等动态过程中对直流母线电压的控制是十分必要的。 对电压环进行软启动最常用的方法有直流电压指令缓增法，恒定有功电流充电法，变PI参数法和模糊控制法。然而，这些方法通常都比较复杂且需要电流环和电压环的同时工作。另外，在电压环软启动后通常没有并网冲击抑制措施。通常因此有必要设计一 种简单有效的软启动和冲击抑制方法。 在正常运行过程中，传统的直流侧电容电压调节采用不控整流桥进行稳压，然而 这种方法将导致直流电压跟随电网电压波动而且大大增加了系统成本。现在采用最多的方 法是反馈直流电压，利用PI控制器对其进行调节。这种方法能获得很好的稳态跟踪性能， 但是在负载切换过程中的动态性能不够理想，直流电压波动过大。而且，由于PI控制器无 法有效抑制直流侧的电压谐波，这些电压谐波将干扰电流内环的正常工作，恶化补偿效果。 有的文献提出了一种模糊控制策略，该控制策略能获得比PI控制器更好的稳态性能且易 于设计，然而其动态性能也不能令人满意。其他的一些控制策略如自适应滤波器、非线性 PID控制器等在实际应用中非常难于设计。中国专利技术专利(专利号为02153872. 7，名称为 "有源电力滤波器的变流器直流侧电压闭环控制方法和系统")公开的一种直流侧电压控制 方法，能够克服数字式控制器延时对直流电压控制的影响，但并未解决动态过程中直流电3压控制的一些核心问题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供，其目的 是提供一种动态直流母线电压控制方法能保证大容量有源滤波器装置在启动，并网和负载 切换等动态过程中对直流母线电容电压都保持很高的稳定度。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种并联型有源电力滤波器动态直 流电压的控制方法，其特征在于 步骤1、来自电网的充电电流经接触器、限流电阻、网侧电感、变流器侧电感、不控 整流桥对直流侧电容进行预充电； 步骤2、所述不控整流桥下桥臂的开关由控制器发出的脉冲信号关断，该不控整流 桥上桥臂的开关在控制器发出的开关脉冲信号控制下开启，该开关脉冲信号的占空比从O 线性地增加到一个固定值；然后以该固定值对直流电容持续充电； 步骤3、将下桥臂的开关与上桥臂的开关同时关断，充电电流流在电网电压和所述 网侧电感、变流器侧电感共同作用下，将存储在所述网侧电感、变流器侧电感中的能量通过 所述不控整流桥的反并二极管以充电电流形式向直流侧电容转移，直到直流侧电容的电压 达到期望电压值； 步骤4、将电流环中PI控制器置于d-q同步坐标系下，并设置PI控制器初始输出 值； 步骤5、将电网电压的采样值经Gn(s)计算后与所述电流环中PI控制内环中PI控 制器的输出值相加，相加后的值通过d-q反变换形成一组调制信号，该调制信号与控制器 内部的三角波调制信号相比较得出一组P丽脉冲信号，该P丽脉冲信号控制不控整流桥中 的开关，从而输出与电网电压大小和相位基本相同用于抑制直流侧电容电压波动的三相交 流电压;Gn(S)公式如下 G ——-^- 由系统参数Li为电感，单位为mH;C为电容，单位为uF;Rd阻尼电阻，单位为Q ; 步骤6、位于电流环中重复控制外环内设置重复控制器，并在该重复控制外环中将 该重复控制器延迟一定的特征时间以推迟该重复控制器的投入时间，该特征时间应该大于 并网冲击的持续时间且大于半个基波周期时间。 步骤7、在电压环内通过一个低通滤波器消除电网内的电压谐波。 上述技术方案中的有关内容解释如下 1、上述方案中，所述步骤一进一步包括以下步骤 步骤1-1、预充电次接触器闭合且主接触器断开，在电网电压的作用下，充电电流先后经过预充电次接触器、限流电阻、网侧电感、变流器侧电感、不控整流桥，最后流入到直流电容，直流电压不断上升，直至充电电流接近于零，直流电压达到一个稳定值。 步骤l-2、充电稳定后，主接触器合闸闭合，限流电阻Rs和预充电次接触器被主接触器短路，充电电流先后经过预充电主接触器、网侧电感、变流器侧电感、不控整流桥，最后流入到直流电容，直流电压不断上升，直至充电电流接近于零，直流电压达到一个稳定值Udc2。 2、上述方案中，所述期望电压值为700V。 3、上述方案中，所述不控整流桥由主开关管和反并二极管组成。 4、上述方案中，述PI控制器初始输出值为_35或27。 本专利技术优点是可提高并联型有源电力滤波器直流侧电压在动态过程中的性能， 基于260kVA三相三线并联型有源电力滤波器采用软启动和并网冲击抑制方式，以保证在 启动和并网过程中直流侧电压没有过冲和跌落。另外，基于交流侧和直流侧的功率平衡方 程导出的小信号模型提出了一种新型的直流电压调节器。与传统的PI调节器相比，该调节 器在保证良好的稳态谐波电流的补偿精度条件下，能大大改善负载切换时直流侧电压的动 态性能。附图说明 附图1为现有并联型有源滤波器结构图； 附图2为并联型有源滤波器预充电示意图； 附图3a为斩波升压过程； 附图3b为斩波升压过程； 附图4为电压前馈的电流环控制框图； 附图5为复合电流环控制器； 附图6为直流侧电压环开环控制框图； 附图7为直流侧电压环闭环控制框图； 附图8a为不带控制器和带PI控制器时M(s)的伯德图； 附图8b为带一阶和二阶滤波器时M(s)的伯德图； 附图9为电压环工作原理图； 附图10为采用不同控制器时直流侧电压动态波形比较； 附图11采用不同控制器时控制器输出和补偿后电网电流波形比较 附图12为无冲击抑制策略时的直流电压侧波形； 附图13为带冲击抑制策略时的直流电压侧波形； 附图14为启动过程中补偿电流和电网电流波形； 附图15为采用PI控制器时动态直流电压波形； 附图16为采用一阶滤波器时动态直流电压波形； 附图17为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法，其特征在于：步骤１、来自电网的充电电流经接触器、限流电阻、网侧电感、变流器侧电感、不控整流桥对直流侧电容进行预充电；步骤２、所述不控整流桥下桥臂的开关由控制器发出的脉冲信号关断，该不控整流桥上桥臂的开关在控制器发出的开关脉冲信号控制下开启，该开关脉冲信号的占空比从０线性地增加到一个固定值；然后以该固定值对直流电容持续充电；步骤３、将下桥臂的开关与上桥臂的开关同时关断，充电电流流在电网电压和所述网侧电感、变流器侧电感共同作用下，将存储在所述网侧电感、变流器侧电感中的能量通过所述不控整流桥的反并二极管以充电电流形式向直流侧电容转移，直到直流侧电容的电压达到期望电压值；步骤４、将电流环中ＰＩ控制器置于ｄ－ｑ同步坐标系下，并设置ＰＩ控制器初始输出值；步骤５、将电网电压的采样值经Ｇｎ（ｓ）计算后与所述电流环中ＰＩ控制内环中ＰＩ控制器的输出值相加，相加后的值通过ｄ－ｑ反变换形成一组调制信号，该调制信号与控制器内部的三角波调制信号相比较得出一组ＰＷＭ脉冲信号，该ＰＷＭ脉冲信号控制不控整流桥中的开关，从而输出与电网电压大小和相位基本相同用于抑制直流侧电容电压波动的三相交流电压；Ｇ↓［ｎ］（ｓ）公式如下：Ｇ↓［ｎ］（ｓ）＝（Ｌ↓［１］Ｃｓ↑［２］＋ＣＲ↓［ｄ］ｓ＋１）／Ｌ↓［１］Ｃｓ↑［２］／１０＋（ＣＲ↓［ｄ］＋Ｌ↓［１］／１０Ｒ↓［ｄ］）ｓ＋１）由系统参数：Ｌ↓［１］为电感，单位为ｍＨ；Ｃ为电容，单位为ｕＦ；Ｒ↓［ｄ］阻尼电阻，单位为Ω；步骤６、位于电流环中重复控制外环内设置重复控制器，并在该重复控制外环中将该重复控制器延迟一定的特征时间以推迟该重复控制器的投入时间，该特征时间应该大于并网冲击的持续时间且大于半个基波周期时间；步骤７、在电压环内通过一个低通滤波器消除电网内的电压谐波。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国柱，王智强，谢川，戴民孝，戴隽文，陈啸宇，
申请(专利权)人：苏州华辰电气有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]