本发明专利技术涉及一种基于电压空间矢量法的中压CS-APF（级联式并联有源电力滤波器）双滞环容错型电流控制方法，解决CS-APF中存在的级联电路故障几率较大问题，并有效降低成本。非故障状态下，当电流跟踪误差较大时主要考虑电流跟踪的快速性，误差较小时主要考虑精确性；故障状态下，充分利用级联逆变器冗余电压矢量多，且位置经常重合的特性，选择最优的非故障电压矢量尽可能等效的替代故障电压矢量，使CS-APF的输出电流能在故障状态下较准确的跟踪参考值。与目前常用的N+1冗余容错方式相比，该法不需要增加附加的硬件冗余资源，节约成本，并可以推广至任意阶CS-APF中去，显著提高中压有源电力滤波器的工作可靠性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种基于电压空间矢量法的中压CS-APF（级联式并联有源电力滤波器）双滞环容错型电流控制方法，解决CS-APF中存在的级联电路故障几率较大问题，并有效降低成本。非故障状态下，当电流跟踪误差较大时主要考虑电流跟踪的快速性，误差较小时主要考虑精确性；故障状态下，充分利用级联逆变器冗余电压矢量多，且位置经常重合的特性，选择最优的非故障电压矢量尽可能等效的替代故障电压矢量，使CS-APF的输出电流能在故障状态下较准确的跟踪参考值。与目前常用的N+1冗余容错方式相比，该法不需要增加附加的硬件冗余资源，节约成本，并可以推广至任意阶CS-APF中去，显著提高中压有源电力滤波器的工作可靠性。【专利说明】基于电压矢量法的中压CS-APF双滞环容错控制方法
本专利技术涉及有源电カ滤波器
，尤其涉及一种基于电压空间矢量法的中压CS-APF双滞环容错型电流控制方法。
技术介绍
目前，我国中压电カ系统的滤波装置主要以无源滤波为主，包括无源电力滤波器FC、晶闸管投切电容器TSC和晶闸管控制电抗器TCR等。具有參数固定、补偿不灵活，只能滤除特定次谐波，容易产生谐振等缺点。因此，谐波的调节效果不佳，供电质量还有待进ー步提尚。有源电カ滤波器(简称APF)具有高度的可控性和响应的快速性，是治理谐波污染、改善电能质量的一种比较理想的滤波装置。现阶段，APF技术在400V配网等低压领域已经得到了成功应用；但受硬件限制，单台APF装置的容量一般较小，不能直接应用于中压大容量场合。由于我国的10kV、35kV中压配电网绝大部分属于中性点不接地系统，因此不太适合直接引进国外有源滤波设备。更适合在充分考虑我国特殊国情的前提下，自主研发中压有源电カ滤波器。例如，主电路拓扑结构适合采用三相三线制的联结方式。CS-APF具有容量大、开关频率低、结构灵活、更换方便、du/dt低、电流纹波小等优点，非常适合应用于中压大容量领域。但由于级联逆变器主电路中的器件较多，相比于传统的APF，CS-APF的故障几率会大很多。由于各级联H桥单元为串联，当任意一个级联单元发生故障时，如果不采取措施，将使得该故障単元所在相无法继续工作，会对电网造成很大冲击。因此，如何提高CS-APF系统的故障容错能力就很自然的摆在我们面前。现阶段，在高压电动机驱动领域，级联式变频器的容错控制已经屡见不鲜；在STATC0M领域级联逆变器容错技术的研究也有了明显进展；国内外一些企业也在进行CS-APF容错控制技术的研究，如我国的武新电气等。与电动机驱动相比，APF的三相输出电流没有严格对称的要求，尤其在电流滞环控制方式下，三相电流误差只要小于滞环宽度即可；与STATC0M相比，APF的器件开关频率要高很多。因此，CS-APF的容错控制技术不能完全照搬前两者的理论，需要结合自身特点进行设计。目前，级联式逆变器的容错控制技术主要有以下3种: (1)屏蔽发生故障的単元，并将另外两相中与故障単元相对应的非故障単元屏蔽，以保证三相输出相电压的对称，即降容量运行。此方法比较适合电机这类要求三相电源完全对称的负载，但是部分非故障级联单元的输出能力没能得到充分利用，存在资源的浪费； (2)基于中性点偏移的方法可以在仅旁路故障単元的情况下获得最大的对称线电压；但此方法多用于有调制波的控制系统，不适合电压矢量法； (3)充分利用系统的冗余资源，代替因故障而无法使用的开关状态或级联单元；冗余可分为系统冗余、単元冗余和开关状态冗余3种: ①系统冗余即增加一个与原系统的电路结构完全一致并联冗余结构，该法不适合级联结构，否则会造成资源的严重浪费； ②单元冗余即在原有N単元串联的基础上，每相再増加一个或两个备用単元，常用的是N+1冗余；一旦某些级联单元发生故障，立即旁路该故障単元，同时将冗余単元投入エ作，代替故障単元；但是，由于APF装置绝大多数情况下工作于非故障状态，因此该方法会造成冗余単元容量的浪费； ③开关状态冗余则不需要附加硬件冗余资源，是利用位置重叠或接近的冗余开关状态(即电压矢量)代替故障开关状态，从而实现容错控制，此方法最经济实惠；本专利技术涉及的中压CS-APF容错控制方法就是利用冗余开关状态来实现容错控制。经查阅国内外文献，尚未发现“利用级联逆变器冗余开关状态实现容错控制的中压CS-APF容错控制技术”的研究。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题 为了解决中压CS-APF故障几率较大的问题，并尽可能的降低硬件成本，本专利技术提供了一种中压CS-APF双滞环容错控制方法，充分利用级联逆变器的冗余电压矢量实现容错控制，使CS-APF能在故障状态下较准确补偿谐波电流，从而提高我国中压电カ系统的供电质量。(二)技术方案 为了达到上述目的，本专利技术涉及方法包括如下步骤: (1)通过电流双滞环确定有源滤波器输出补偿电流的实际值i。与參考值じ之间的误差A i，其中电流双滞环的外环保证电流跟踪的快速性，内环保证精确性，并作为选择电压矢量的依据； (2)非故障状态下控制方法: ①当电流跟踪误差IAil大于外环宽度112时(§卩I Ai| >h2)，不考虑參考电压空间矢量位置，选择使电流误差下降速度最快的电压矢量，即其对应的d Ai / dt具有与电流误差矢量Ai方向相反的最大分量，使I Ail以最快的速度逼近内环，从而实现对參考电流的快速跟踪； ②当电流误差处于内环和外环之间时(即h2>I Ai Sh1),选择对应误差电流微分幅值最小的电压矢量，以稳定误差，并降低开关频率； ③当误差电流小于内环宽度Ii1时(即Ill> I Ai≥0)，输出电压矢量将维持不变，以降低平均开关频率，简化算法； (3)当CS-APF的某个或几个级联单元发生故障时，会引起该相电平数減少，上述方法选定的电压矢量可能由于故障而无法使用，成为故障电压矢量；此时，首先迅速短接故障単元，并充分利用级联逆变器冗余电压矢量多，且位置经常重合的特性，选择最优的非故障电压矢量替换故障电压矢量，即选择位置重合或效果最接近的非故障矢量进行替代，使CS-APF的输出电流i。能在故障状态下较准确的跟踪參考值。根据上述步骤选出最优的电压矢量，使得CS-APF的输出电流在非故障状态和故障状态下都能够准确的跟踪參考值，即实现谐波的有效补偿。另外，为保持各级联单元的直流侧电压均衡，需要对直流侧进行闭环控制。特别是，步骤(3)当某些级联单元发生故障时，会引起该相电平数減少。当原算法选出的电压矢量Uk为非故障电压矢量时，则计算结束，该矢量即为最后选定的电压矢量。若Uk为故障矢量，则选择与其作用效果最接近的其它非故障电压矢量进行替代，优先选择位置重合的非故障矢量，如果所有位置重合的矢量都为故障矢量，则选择位置和效果最接近的其它矢量代替uk。具体矢量替代步骤如下: 在N阶级联逆变器的电压矢量图中，由中点向外共有2N个正六边形(不包括中点)，分别命名为六边形1、2 …2N,以级联逆变器a相中有m (0 < m < N)个级联单元发生故障为例: ①当Uk= (x，y，z)位于电压矢量图中最外侧的m个六边形吋，此时无位置重合的非故障矢量可选择，矢量替代方法如下: 当參考电压矢量位于扇区本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电压空间矢量法的中压CS?APF双滞环容错控制方法，其特征在于，所述控制方法的步骤包括：(1)通过电流双滞环确定有源滤波器输出补偿电流的实际值ic与参考值ic*之间的误差△i，其中电流双滞环的外环保证电流跟踪的快速性，内环保证精确性，并作为选择电压矢量的依据；(2)非故障状态下控制方法：①当电流跟踪误差|△i|大于外环宽度h2时（即|△i|≥h2），不考虑参考电压空间矢量位置，选择使电流误差下降速度最快的电压矢量，即其对应的d△i／dt具有与电流误差矢量△i方向相反的最大分量，使|△i|以最快的速度逼近内环，从而实现对参考电流的快速跟踪；②当电流误差处于内环和外环之间时（即h2＞|△i|≥h1），选择对应误差电流微分幅值最小的电压矢量，以稳定误差，并降低开关频率；③当误差电流小于内环宽度h1时（即h1＞|△i|≥0），输出电压矢量将维持不变，以降低平均开关频率，简化算法；(3)当CS?APF的某个或几个级联单元发生故障时，会引起该相电平数减少，上述方法选定的电压矢量可能由于故障而无法使用，成为故障电压矢量；此时，首先迅速短接故障单元，并充分利用级联逆变器冗余电压矢量多，且位置经常重合的特性，选择最优的非故障电压矢量替换故障电压矢量，即选择位置重合或效果最接近的非故障矢量进行替代，使CS?APF的输出电流能在故障状态下较准确的跟踪参考值。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李国华，汪玉凤，宋雪萍，高小朋，张立，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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