CN101127441A - 注入式混合有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种注入式混合有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制方法。包括以下步骤：计算实际直流侧电压与给定值之间的误差，对误差进行PI调节，通过d－q变换将其转化为基波无功电流作为逆变器调制信号的一部分；检测有源滤波器和无源滤波器中间节点的谐波电流，并将其作为给定信号，计算给定信号与注入支路的注入补偿谐波电流的差值，采用递推积分方法对其差值进行调节，得到电流调制控制信号。本发明方法克服了现有有源电力滤波器无源与有源部分补偿效果叠加、补偿谐波电流在经过注入支路和输出滤波器之后会产生一定的相位和幅值偏差问题，并保证了直流侧电压的稳定。

Description

注入式混合有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种注入式混合有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制方法。
背景技术
随着现代工业发展，电力负荷越来越复杂，形成了电力系统谐波的容量大、时变的特点。传统的LC无源滤波器越来越不能满足现代工业应用和电力系统的要求，随着有源电力滤波器(APF)的出现，为电网谐波治理提供了一种重要的方式。有源电力滤波器通过向电网注入一定补偿电流来抵消负载所产生的谐波电流，其应用克服了LC滤波器等传统的谐波抑制方法的一些缺点，它既可补偿非线性负荷产生的高次谐波，又能自动适应电网阻抗和频率的快速变化，并且具有高可控性和快速响应性。
单独使用的APF谐波电流的控制一般是通过检测出电网中的谐波含量，根据一定的控制算法将其转化为逆变器的开关量，从而使得逆变器发出与电网谐波大小相等方向相反的谐波达到补偿目的。然而对于并联型有源电力滤波器而言，有源部分发出的补偿谐波电流在经过输出滤波器与注入支路注入到电网之前幅值和相位都会产生一定的偏移，所以与单独使用的APF不同的是，需要对经过注入电容的补偿电流进行控制，而不是直接对逆变器的输出电流进行控制。此外，混合型有源滤波器的有源部分或者直接与一条或几条无源滤波支路相连，或者在电路中还并联有其它无源支路以改善滤波效果并兼作无功补偿，因此，其有源部分若发出与PF谐振次数相同的谐波时，一方面可能抵消PF的滤波效果，另一方面对于无源部分并联的混合型有源滤波器还可能导致PF过流而造成事故，这也就是说，就有源电力滤波器而言，对某些次数的谐波进行控制是没有必要的，也容易造成补偿容量的浪费。直流侧电压作为有源滤波器的重要组成部分，其取值的适当和稳定性是装置安全可靠运行的基础，同样也是保证装置滤波性能的基础。当电网发生瞬时跌落或电网谐波电压含量较高时，电网基波有功以及电网谐波电压与APF发出的谐波电流所产生的谐波有功功率将向APF直流侧充电，引起直流侧电压的飙升，严重影响APF工作的稳定。
发明内容
为了解决现有有源电力滤波器的谐波控制及直流侧电压稳定的技术问题，本发明提供一种注入式混合有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制方法，采用此控制方法的谐振注入式有源电力滤波器不但能较好治理电网中的谐波，补偿大容量的无功功率，并具有很好的稳定性。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
检测有源电力滤波器的直流侧电压信号Udc；
计算直流侧电压参考信号Udc *与直流侧电压信号Udc的差值ΔUdc(t)；
将差值ΔUdc(t)用PI控制器进行调节；
通过d-q变换将PI控制器调节后的差值转化为基波无功电流信号；
检测逆变器输出电流中的基波电流iof；
计算基波电流iof与基波无功电流信号的差值，对差值用递推积分PI调节得到控制信号iRef2；
检测有源滤波器和无源滤波器中间节点的谐波电流作为给定信号；
检测注入支路的注入补偿谐波电流信号；
计算注入补偿谐波电流信号与给定信号的误差；
采用递推积分PI控制对误差进行调节，得到控制信号iRef1；
将控制信号iRef2、iRef1进行调制得到PWM信号，再用此信号控制有源电力滤波器。
本发明的技术效果在于：本发明结合谐振注入式有源电力滤波器的结构特点，直流侧电容``能够与电网产生能量交换，结合提出的基于基波无功电流闭环调节的直流侧电压控制方法，保证了直流侧电压的稳定。采用递推积分方法将无源滤波器作用后电网谐波电流与注入支路补偿电流进行闭环比较控制以获得参考电流的方法，减小了系统误差，提高了系统的控制精度，克服了注入式混合有源滤波器中无源与有源部分补偿效果叠加、补偿谐波电流在经过注入支路和输出滤波器之后会产生一定的相位和幅值偏差的缺点。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为谐振注入式有源电力滤波器的系统结构。
图2为本发明中的电流及直流侧电压控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，谐振注入式有源电力滤波器包括有源电力滤波器和注入支路，注入支路由两部分组成：L1和C1等组成的多组无源谐振支路，目的在于给有源部分提供低阻抗注入通道；与有源部分并联的C2取值较大，目的在于降低APF投入时刻的冲击电压，减小有源部分两端的分压，此处不用电感的原因是防止电网谐波电压存在时APF分压过高，注入支路的主要作用是：给谐波提供一条低阻抗的通道，阻隔电网电压和补偿一定的无功。有源滤波器的作用主要有：改善整个滤波系统的滤波性能和滤波效果，抑制电网背景谐波电压对负载供电电压的影响，抑制无源滤波器和电网电感形成的串并联谐振，弥补无源电力滤波器存在的缺陷和不足等。谐振注入式有源电力滤波器运行特点是：只由无源部分补偿无功功率，有源部分和无源部分共同抑制谐波。
参见图2，图2为谐振式有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制流程图。通过d-q变换检测图1中a、b、c三点电流ia，b，c中的谐波分量，并将其作为参考电流值，对其与注入支路注入谐波电流icah，icbh，icch的差进行控制，采用适合于控制周期量的递推积分方法使icah，icbh，icch精确的跟踪电网谐波电流以获得调制信号之一iRef1，选取a、b、c三点的目的在于克服无源与有源部分补偿效果叠加、补偿谐波电流在经过注入支路和输出滤波器之后会产生一定的相位和幅值偏差的缺陷。
图2中基于基波无功电流闭环调节的直流侧电压控制方法中，对实际直流侧电压vdc与给定值vdc *之间的误差进行控制，通过d-q变换将其转化为控制直流侧电压稳定的基波无功电流作为逆变器调制信号的一部分iRef2，以PWM整流的方式由电网向直流侧电容充电，在提供直流侧电压的同时保证其稳定。为减小有源部分上电时刻逆变器输出侧的冲击电流需对该电流进行控制，具体方式为采用递推积分算法对逆变器输出电流中的基波电流iof与d-q变换后的控制直流侧电压的给定电流信号之间的误差进行控制。
传统PI控制器由于其算法简单和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，但常规的PI对正弦的参考电流，比如在交流驱动中，难以达到理想的控制效果。本发明针对系统跟踪控制的量是一个周期为20ms的量，采用递推积分PI分别对误差e每个周期内相应的各采样点进行积分，相当于有N个PI并行工作(假设e每个周期内的采样点数为N)实现对系统快速无静差控制，如式(1)所示：
u ( K ) = K P · e ( K ) + Σ i = 0 C K r · e ( K - iN ) - - - ( 1 )
式中 C = int K N ，u为控制器的输出；e为控制器的输入；KP为比例增益；KI为积分常数；N为每个周期的采样数；K为采样时刻。

Claims (1)

1.一种注入式混合有源电力滤波器的电流及直流侧电压控制方法，包括以下步骤：
检测有源电力滤波器的直流侧电压信号Udc；
计算直流侧电压参考信号Udc *与直流侧电压信号Udc的差值ΔUdc(t)；
将差值Δdc(t)用PI控制器进行调节；
通过d-q变换将PI控制器调节后的差值转化为基波无功电流信号；
检测逆变器输出电流中的基波电流iof；
计算基波电流iof与基波无功电流信号的差值，对差值用递推积分PI调节得到控制信号iRef2；
检测有源滤波器和无源滤波器中间节点的谐波电流作为给定信号；
检测注入支路的注入补偿谐波电流信号；
计算注入补偿谐波电流信号与给定信号的误差；
采用递推积分PI控制对误差进行调节，得到控制信号iRef1；
将控制信号iRrf2、iRef1进行调制得到PWM信号，再用此信号控制有源电力滤波器。
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