專利名稱：注入式混合有源電力濾波器的電流及直流側(cè)電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種注入式混合有源電力濾波器的電流及直流側(cè)電壓控制方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，電力負(fù)荷越來越復(fù)雜，形成了電力系統(tǒng)諧波的容量
大、時變的特點。傳統(tǒng)的LC無源濾波器越來越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用和電 力系統(tǒng)的要求，隨著有源電力濾波器(APF)的出現(xiàn)，為電網(wǎng)諧波治理提供 了一種重要的方式。有源電力濾波器通過向電網(wǎng)注入一定補(bǔ)償電流來抵消負(fù) 載所產(chǎn)生的諧波電流，其應(yīng)用克服了 LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制方法的一 些缺點，它既可補(bǔ)償非線性負(fù)荷產(chǎn)生的高次諧波，又能自動適應(yīng)電網(wǎng)阻抗和 頻率的快速變化，并且具有高可控性和快速響應(yīng)性。
單獨使用的APF諧波電流的控制一般是通過檢測出電網(wǎng)中的諧波含量， 根據(jù)一定的控制算法將其轉(zhuǎn)化為逆變器的開關(guān)量，從而使得逆變器發(fā)出與電 網(wǎng)諧波大小相等方向相反的諧波達(dá)到補(bǔ)償目的。然而對于并聯(lián)型有源電力濾 波器而言，有源部分發(fā)出的補(bǔ)償諧波電流在經(jīng)過輸出濾波器與注入支路注入 到電網(wǎng)之前幅值和相位都會產(chǎn)生一定的偏移，所以與單獨使用的APF不同的 是，需要對經(jīng)過注入電容的補(bǔ)償電流進(jìn)行控制，而不是直接對逆變器的輸出 電流進(jìn)行控制。此外，混合型有源濾波器的有源部分或者直接與一條或幾條 無源濾波支路相連，或者在電路中還并聯(lián)有其它無源支路以改善濾波效果并 兼作無功補(bǔ)償，因此，其有源部分若發(fā)出與PF諧振次數(shù)相同的諧波時，一 方面可能抵消PF的濾波效果，另一方面對于無源部分并聯(lián)的混合型有源濾 波器還可能導(dǎo)致PF過流而造成事故，這也就是說，就有源電力濾波器而言， 對某些次數(shù)的諧波進(jìn)行控制是沒有必要的，也容易造成補(bǔ)償容量的浪費。直
流側(cè)電壓作為有源濾波器的重要組成部分，其取值的適當(dāng)和穩(wěn)定性是裝置安 全可靠運行的基礎(chǔ)，同樣也是保證裝置濾波性能的基礎(chǔ)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生瞬時跌落或電網(wǎng)諧波電壓含量較高時，電網(wǎng)基波有功以及電網(wǎng)諧波電壓與APF發(fā)出 的諧波電流所產(chǎn)生的諧波有功功率將向APF直流側(cè)充電，引起直流側(cè)電壓的 飆升，嚴(yán)重影響APF工作的穩(wěn)定。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有有源電力濾波器的諧波控制及直流側(cè)電壓穩(wěn)定的技術(shù)問 題，本發(fā)明提供一種注入式混合有源電力濾波器的電流及直流側(cè)電壓控制方 法，采用此控制方法的諧振注入式有源電力濾波器不但能較好治理電網(wǎng)中的 諧波，補(bǔ)償大容量的無功功率，并具有很好的穩(wěn)定性。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是檢測有源電力濾波器的直流側(cè)電壓信號^"c ;計算直流側(cè)電壓參考信號"與直流側(cè)電壓信號的差值A(chǔ)^fcW ; 將差值A(chǔ)/7"c(t)用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過d-q變換將PI控制器調(diào)節(jié)后的差值轉(zhuǎn)化為基波無功電流信號； 檢測逆變器輸出電流中的基波電流^ ;計算基波電流^與基波無功電流信號的差值，對差值用遞推積分PI調(diào)節(jié) 得到控制信號f，；檢測有源濾波器和無源濾波器中間節(jié)點的諧波電流作為給定信號； 檢測注入支路的注入補(bǔ)償諧波電流信號； 計算注入補(bǔ)償諧波電流信號與給定信號的誤差； 采用遞推積分PI控制對誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到控制信號^'; 將控制信號"^、 ^'進(jìn)行調(diào)制得到PWM信號，再用此信號控制有源電力 濾波器。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明結(jié)合諧振注入式有源電力濾波器的結(jié)構(gòu) 特點，直流側(cè)電容能夠與電網(wǎng)產(chǎn)生能量交換，結(jié)合提出的基于基波無功電流
閉環(huán)調(diào)節(jié)的直流側(cè)電壓控制方法，保證了直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。采用遞推積分 方法將無源濾波器作用后電網(wǎng)諧波電流與注入支路補(bǔ)償電流進(jìn)行閉環(huán)比較控 制以獲得參考電流的方法，減小了系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)的控制精度，克服 了注入式混合有源濾波器中無源與有源部分補(bǔ)償效果疊加、補(bǔ)償諧波電流在 經(jīng)過注入支路和輸出濾波器之后會產(chǎn)生一定的相位和幅值偏差的缺點。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1為諧振注入式有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖2為本發(fā)明中的電流及直流側(cè)電壓控制流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，諧振注入式有源電力濾波器包括有源電力濾波器和注入支 路，注入支路由兩部分組成L1和C1等組成的多組無源諧振支路，目的在于給有源部分提供低阻抗注入通道；與有源部分并聯(lián)的C2取值較大，目的 在于降低APF投入時刻的沖擊電壓，減小有源部分兩端的分壓，此處不用電 感的原因是防止電網(wǎng)諧波電壓存在時APF分壓過高，注入支路的主要作用 是給諧波提供一條低阻抗的通道，阻隔電網(wǎng)電壓和補(bǔ)償一定的無功。有源濾波器的作用主要有改善整個濾波系統(tǒng)的濾波性能和濾波效果，抑制電網(wǎng)背景諧波電壓對負(fù)載供電電壓的影響，抑制無源濾波器和電網(wǎng)電感形成的串 并聯(lián)諧振，彌補(bǔ)無源電力濾波器存在的缺陷和不足等。諧振注入式有源電力濾波器運行特點是只由無源部分補(bǔ)償無功功率，有源部分和無源部分共同 抑制諧波。參見圖2，圖2為諧振式有源電力濾波器的電流及直流側(cè)電壓控制流程 圖。通過d-q變換檢測圖1中a、 b、 c三點電流".c中的諧波分量，并將其 作為參考電流值，對其與注入支路注入諧波電流"'"'"的差進(jìn)行控制，采 用適合于控制周期量的遞推積分方法使"，"'"精確的跟蹤電網(wǎng)諧波電流以 獲得調(diào)制信號之一'賴，選取a、 b、 c三點的目的在于克服無源與有源部分補(bǔ) 償效果疊加、補(bǔ)償諧波電流在經(jīng)過注入支路和輸出濾波器之后會產(chǎn)生一定的
相位和幅值偏差的缺陷。圖2中基于基波無功電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的直流側(cè)電壓控制方法中，對實際直 流側(cè)電壓&與給定值《之間的誤差進(jìn)行控制，通過d-q變換將其轉(zhuǎn)化為控制 直流側(cè)電壓穩(wěn)定的基波無功電流作為逆變器調(diào)制信號的一部分、2 ，以PWM 整流的方式由電網(wǎng)向直流側(cè)電容充電，在提供直流側(cè)電壓的同時保證其穩(wěn)定。 為減小有源部分上電時刻逆變器輸出側(cè)的沖擊電流需對該電流進(jìn)行控制，具 體方式為采用遞推積分算法對逆變器輸出電流中的基波電流^與d-q變換后 的控制直流側(cè)電壓的給定電流信號之間的誤差進(jìn)行控制。傳統(tǒng)PI控制器由于其算法簡單和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控 制，但常規(guī)的PI對正弦的參考電流，比如在交流驅(qū)動中，難以達(dá)到理想的 控制效果。本發(fā)明針對系統(tǒng)跟蹤控制的量是一個周期為20ms的量，采用遞 推積分PI分別對誤差e每個周期內(nèi)相應(yīng)的各采樣點進(jìn)行積分，相當(dāng)于有N 個PI并行工作(假設(shè)e每個周期內(nèi)的采樣點數(shù)為N)實現(xiàn)對系統(tǒng)快速無靜差控制，如式(l)所示c<formula>formula see original document page 6</formula>式中 <formula>formula see original document page 6</formula> ， U為控制器的輸出;e為控制器的輸入；KP為比例增益; KI為積分常數(shù)；N為每個周期的采樣數(shù)；K為采樣時刻。
權(quán)利要求
1、一種注入式混合有源電力濾波器的電流及直流側(cè)電壓控制方法，包括以下步驟檢測有源電力濾波器的直流側(cè)電壓信號Udc；計算直流側(cè)電壓參考信號Udc*與直流側(cè)電壓信號Udc的差值ΔUdc(t)；將差值Δdc(t)用PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過d-q變換將PI控制器調(diào)節(jié)后的差值轉(zhuǎn)化為基波無功電流信號；檢測逆變器輸出電流中的基波電流iof；計算基波電流iof與基波無功電流信號的差值，對差值用遞推積分PI調(diào)節(jié)得到控制信號iRef2；檢測有源濾波器和無源濾波器中間節(jié)點的諧波電流作為給定信號；檢測注入支路的注入補(bǔ)償諧波電流信號；計算注入補(bǔ)償諧波電流信號與給定信號的誤差；采用遞推積分PI控制對誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到控制信號iRef1；將控制信號iRrf2、iRef1進(jìn)行調(diào)制得到PWM信號，再用此信號控制有源電力濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種注入式混合有源電力濾波器的電流及直流側(cè)電壓控制方法。包括以下步驟計算實際直流側(cè)電壓與給定值之間的誤差，對誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，通過d-q變換將其轉(zhuǎn)化為基波無功電流作為逆變器調(diào)制信號的一部分；檢測有源濾波器和無源濾波器中間節(jié)點的諧波電流，并將其作為給定信號，計算給定信號與注入支路的注入補(bǔ)償諧波電流的差值，采用遞推積分方法對其差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到電流調(diào)制控制信號。本發(fā)明方法克服了現(xiàn)有有源電力濾波器無源與有源部分補(bǔ)償效果疊加、補(bǔ)償諧波電流在經(jīng)過注入支路和輸出濾波器之后會產(chǎn)生一定的相位和幅值偏差問題，并保證了直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。
文檔編號H02J3/01GK101127441SQ20071003548
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者孫賢大, 帥智康, 安 羅, 適 舒, 偉 趙 申請人:湖南大學(xué)