本發(fā)明涉及APF無諧波檢測控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為網(wǎng)側(cè)基波有功正序電流前饋APF直流電壓波動抑制方法。

背景技術(shù)：

有源電力濾波器(Active power filter，APF)是治理諧波、不平衡和無功等電能質(zhì)量問題的關(guān)鍵設(shè)備，其抑制方法分為諧波檢測法和無諧波檢測法兩大類，采用諧波檢測法需要同時測量負(fù)載側(cè)電流和APF電流，還需設(shè)計復(fù)雜的諧波檢測環(huán)節(jié)，而濾波設(shè)計還須折中動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；無諧波檢測法只需測量電源電流并可省去諧波檢測環(huán)節(jié)，避免了諧波檢測的誤差和延時對補償結(jié)果的影響，簡化了補償算法。但傳統(tǒng)無諧波檢測法的APF直流電壓受負(fù)荷波動影響嚴(yán)重，穩(wěn)定裕度小，特別是當(dāng)負(fù)荷頻繁波動時會導(dǎo)致APF交流輸出波動，影響補償效果。現(xiàn)有技術(shù)通過改變電壓抑制器零極點提高電壓環(huán)響應(yīng)速度，但抑制器的增益必須在穩(wěn)定性和跟蹤速度之間折中。通過構(gòu)造實時優(yōu)化函數(shù)和穩(wěn)定函數(shù)，對電壓環(huán)PI參數(shù)采用滑模抑制和穩(wěn)定區(qū)間判定，加快了電壓波動恢復(fù)過程，但變化的抑制參數(shù)不利于工程實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：利用網(wǎng)側(cè)基波正序有功電流前饋來提高無諧波檢測法下APF直流電壓的動態(tài)響應(yīng)特性，從而抑制直流電壓的波動，為簡化該方案在靜止坐標(biāo)系下的實現(xiàn)，選用并設(shè)計了級聯(lián)延遲信號對消(Cascaded Delayed Signal Cancellation，CDSC)濾波器來獲取基波正序電流信號；由于穩(wěn)態(tài)的網(wǎng)側(cè)電流與電壓相位相同，據(jù)此設(shè)計了有功逼近算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)有功電流計算方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

網(wǎng)側(cè)基波有功正序電流前饋APF直流電壓波動抑制方法包括4個步驟：步驟一，三相靜止坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實現(xiàn)；步驟二，網(wǎng)側(cè)電流前饋的濾波；步驟三，取網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值；步驟四，網(wǎng)側(cè)電流前饋信號加入到電壓環(huán)中；

步驟一，三相靜止坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實現(xiàn)：

采樣APF三相網(wǎng)側(cè)電流i_sa、i_sb、i_sc，然后用克拉克Clark變換將三相網(wǎng)側(cè)電流i_sa、i_sb、i_sc轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系下，得到兩相靜止坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流i_sα、i_sβ，其中，克拉克Clark變換公式為i_sα和i_sβ為i_sa、i_sb、i_sc對應(yīng)的在兩相靜止坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流；

步驟二，網(wǎng)側(cè)電流前饋的濾波：

將步驟一得到的兩相靜止坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流i_sα和i_sβ通過級聯(lián)延遲信號對消CDSC濾波器濾波后，得到相應(yīng)網(wǎng)側(cè)基波正序電流信號i_sα+、i_sβ+，CDSC濾波器濾波取DSC2～DSC6五級；

步驟三，取網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值：

在無諧波檢測法中，動態(tài)調(diào)節(jié)過程功率因數(shù)自動趨于1，利用無諧波檢測的動態(tài)調(diào)節(jié)來逼近有功電流,故網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值為i_sα+、i_sβ+的有效電流值I_sα+、I_sβ+的均方根，即網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值

步驟四，網(wǎng)側(cè)電流前饋信號加入到電壓環(huán)中：

將網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值I_sp和比例積分控制器PI的輸出結(jié)果相加合并為網(wǎng)側(cè)基波有功電流幅值，再將網(wǎng)側(cè)基波有功電流幅值和網(wǎng)側(cè)電壓相位作為網(wǎng)側(cè)基波有功電流信號i_p的幅值和相位，最后將網(wǎng)側(cè)基波有功電流信號i_p輸入到電流環(huán)中，作為電流環(huán)的新指令電流。

本發(fā)明的有益效果是首先，加入網(wǎng)側(cè)基波有功正序電流前饋后的無諧波檢測改進(jìn)抑制方法改善了APF直流電壓動態(tài)響應(yīng)特性，克服了傳統(tǒng)無諧波檢測法直流電壓易受負(fù)載波動影響的缺點，改進(jìn)方案減小了APF動態(tài)損耗，提高了電流不平衡的治理效果，其次CDSC濾波器運算簡單、跟蹤速度快，適用于獲取前饋所需基波正序電流；利用無諧波檢測抑制的動態(tài)調(diào)節(jié)逼近有功電流取代復(fù)雜的有功計算進(jìn)一步簡化了前饋環(huán)節(jié)的實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)無諧波檢測APF控制系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明的的APF控制系統(tǒng)框圖；

圖3為無APF時負(fù)載突變前后網(wǎng)側(cè)電流波形圖；

圖4為傳統(tǒng)無諧波檢測APF控制系統(tǒng)下負(fù)載突變時APF直流電壓和網(wǎng)側(cè)電流波形圖；

圖5為本發(fā)明負(fù)載突變時APF直流電壓和網(wǎng)側(cè)電流波形圖；

圖6為傳統(tǒng)無諧波檢測APF控制系統(tǒng)突減負(fù)載動態(tài)過程放大圖；

圖7為本發(fā)明突減負(fù)載的動態(tài)過程放大圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的優(yōu)勢和技術(shù)特征更加明了，下面結(jié)合實例與附圖為本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明是網(wǎng)側(cè)基波有功正序電流前饋APF直流電壓波動抑制方法。所述的APF直流電壓波動是指在采用傳統(tǒng)的無諧波檢測法控制的APF時，APF的直流電壓會產(chǎn)生嚴(yán)重波動。其中，傳統(tǒng)無諧波檢測APF控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1點劃線框中為電流環(huán)，虛線框中為電壓環(huán)，PI為比例積分控制器，C(s)為電流環(huán)傳遞函數(shù),U_dc直流側(cè)電容電壓，U_dc^*為直流側(cè)電容電壓參考值,C_dc為直流側(cè)電容,i_dc為直流側(cè)電容電流，e_s為網(wǎng)側(cè)電壓，E_m為網(wǎng)側(cè)電壓幅值，i_p為電壓環(huán)輸出電流，i_f為APF的輸出電流，i_s為網(wǎng)側(cè)電流，i_l為負(fù)載電流，k_p為i_f與i_dc的比例系數(shù),表示U_dc和I_dc的比例系數(shù)，表示比較器，表示乘法器，圖2中的表示取幅值運算。針對傳統(tǒng)無諧波檢測法APF直流電壓波動的缺點，本發(fā)明提出了改進(jìn)方案的控制系統(tǒng)框圖，如圖2所示。改進(jìn)方案較傳統(tǒng)方案添加了網(wǎng)側(cè)基波有功正序電流前饋環(huán)節(jié)，包含級聯(lián)延遲信號對消(CDSC)濾波器和取幅值運算兩部分，通過級聯(lián)延遲信號對消(CDSC)濾波器(取DSC2～DSC6五級)濾波后，得到相應(yīng)網(wǎng)側(cè)基波正序信號，再通過取幅值運算得到網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值I_sp，再將I_sp加入到電壓環(huán)中，并與比例積分控制器(PI)輸出的結(jié)果相加合并為網(wǎng)側(cè)基波有功電流幅值。具體控制過程步驟為：步驟一、三相靜止坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實現(xiàn)；步驟二、電流前饋的濾波；步驟三、取網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值；步驟四、網(wǎng)側(cè)電流前饋信號加入到電壓環(huán)中。

步驟一、三相靜止坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)的實現(xiàn)：

采樣APF三相網(wǎng)側(cè)電流i_sa、i_sb、i_sc，然后用克拉克Clark變換將三相網(wǎng)側(cè)電流i_sa、i_sb、i_sc轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系下，得到兩相靜止坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流i_sα、i_sβ，其中克拉克Clark變換公式為i_sα和i_sβ為i_sa、i_sb、i_sc對應(yīng)的在兩相靜止坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流；

步驟二、網(wǎng)側(cè)電流前饋的濾波：

將步驟一得到的兩相靜止坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)電流i_sα和i_sβ通過級聯(lián)延遲信號對消CDSC濾波器濾波后，得到相應(yīng)網(wǎng)側(cè)基波正序電流信號i_sα+、i_sβ+，CDSC濾波器濾波取DSC2～DSC6五級；(DSC為帶阻濾波器，DSC級數(shù)越高，所需延時越小，跟蹤時間越快，本步驟所用級聯(lián)延遲信號對消(CDSC)濾波器為將2～6級帶阻濾波器DSC級聯(lián)起來所形成的級聯(lián)濾波器)；

步驟三，取網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值：

在無諧波檢測法中，動態(tài)調(diào)節(jié)過程功率因數(shù)自動趨于1，利用無諧波檢測的動態(tài)調(diào)節(jié)來逼近有功電流,網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值為i_sα+、i_sβ+的有效電流值I_sα+、I_sβ+的均方根，即網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值

步驟四，網(wǎng)側(cè)電流前饋信號加入到電壓環(huán)中：

將網(wǎng)側(cè)電流前饋信號的幅值I_sp和比例積分控制器PI的輸出結(jié)果相加合并為網(wǎng)側(cè)基波有功電流幅值，再將網(wǎng)側(cè)基波有功電流幅值和網(wǎng)側(cè)電壓相位作為網(wǎng)側(cè)基波有功電流信號i_p的幅值和相位，最后將網(wǎng)側(cè)基波有功電流信號i_p輸入到電流環(huán)中，作為電流環(huán)的新指令電流。

本發(fā)明與傳統(tǒng)無諧波檢測法相比，具有明顯的先進(jìn)性。圖3為未投入APF時兩種負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)電流波形。圖4為采用傳統(tǒng)方案的APF投入后直流側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)電流波形，可見，突加和突減負(fù)載時其直流電壓有明顯的向下和向上波動，系統(tǒng)需要1s才能重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。圖5為改進(jìn)方案的APF所得直流電壓和網(wǎng)側(cè)電流波形，可見直流電壓波動明顯減小，系統(tǒng)僅需0.1s即達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

圖6、圖7分別為兩種抑制方案下突減負(fù)載動態(tài)過程時間軸放大波形，對比可知改進(jìn)方案電流已到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，其調(diào)整時間更短；也可看出傳統(tǒng)方案的網(wǎng)側(cè)電流值始終大于改進(jìn)方案下的網(wǎng)側(cè)電流值。由有效值的物理意義可知，改進(jìn)方案比傳統(tǒng)方案有更小的網(wǎng)側(cè)功率，因負(fù)載相同，故改進(jìn)方案APF自身損耗更小。本發(fā)明實施后，改善了APF直流電壓動態(tài)響應(yīng)特性，克服了傳統(tǒng)無諧波檢測法直流電壓易受負(fù)載波動影響的缺點，改進(jìn)方案減小了APF動態(tài)損耗，提高了電流不平衡的治理效果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。