CN103532127A

CN103532127A - 面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法

Info

Publication number: CN103532127A
Application number: CN201310519945.XA
Authority: CN
Inventors: 骆素华; 吴凤江; 骆林松; 张陆捷; 冯帆
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-01-22

Abstract

面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法，本发明涉及面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法。它为了解决解决直流微电网带动非线性负载时电能质量恶化的问题。本发明在包含电容和双向变换器的直流有源滤波器中，获取直流负载的电流扰动值，并与电容电压的闭环调节器的输出值相加作为所述直流有源滤波器的输出电流的给定值，输出电流闭环采用比例积分结合重复控制器，根据重复控制器的输出极性决定双向变换器的工作模式和占空比。本发明能够很好地抑制非线性负载对直流微电网的影响，提高直流微电网的电能质量。本发明适用于电能变换领域，用于滤除联入直流微电网的负载电流的谐波。

Description

面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法

技术领域

本发明涉及电能变换领域。

背景技术

直流微电网是近几年刚刚兴起的一种发电源集成供电形式，特别适合于具有直流输出特性的发电源的互联，例如光伏发电系统，蓄电池充放电系统，超级电容充放电系统等。

在直流微电网中，当带动单相直流-交流逆变器等非线性负载时，直流侧的电流具有典型的非线性和周期波动性，由于现有直流微电网中的直流母线电压由各个直流发电源共同作用来维持恒定，由于直流发电源系统大多采用比例积分控制器，对于非线性负载造成的周期性扰动无法完全消除，造成在这种情况下直流微电网的直流母线电压将受到非线性负载的影响存在周期性波动，造成供电质量恶化，严重影响系统的稳定性。

发明内容

本发明为了解决直流微电网带动非线性负载时电能质量恶化的问题，从而提出了面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法。

面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法，所述的直流有源滤波器包括电容C1、电容C2、电感、第一功率开关和第二功率开关，电容C1的一端连接电感的一端，电感的另一端同时连接第一功率开关的功率输入端和第二功率开关的功率输出端，第二功率开关的功率输入端连接电容C2的一端，所述的电容C2的一端作为直流有源滤波器的正极输出端与非线性负载的正极连接，电容C2的另一端同时连接第一功率开关的功率输出端和电容C1的另一端，所述的电容C1的另一端作为有源滤波器的负极输入端与非线性负载的负极相连；

该方法包括如下步骤：

步骤一、通过负载电流采集电路采集非线性负载的电流，将采集的非线性负载电流发送至有限冲击响应滤波器，通过有限冲击响应滤波器滤波获得非线性负载电流的平均值，将所述的非线性负载电流的平均值减去非线性负载电流获得电流差值，将所述的电流差值作为非线性负载电流的谐波值；

步骤二、设定电容C1电压给定值，通过电容电压采集电路采集电容C1的电压，将电容C1的电压输入至低通滤波器，通过低通滤波器滤波获得电容C1电压的平均值，将电容C1电压给定值减去电容C1电压的平均值获得电压差值，将获得的电压差值发送至第一比例积分调节器，经第一比例积分调节器计算获得直流有源滤波器输出电流的平均给定值；

步骤三、将步骤一获得的非线性负载电流的谐波值加上步骤二获得的直流有源滤波器输出电流的平均给定值获得电流值，将获得的电流值作为直流有源滤波器输出电流的给定值，通过输出电流采集电路采集所述的直流有源滤波器的输出电流，获得直流有源滤波器输出电流的实际值，将直流有源滤波器输出电流的给定值减去直流有源滤波器输出电流的实际值获得电流差值，将获得的电流差值同时输入至第二比例积分调节器和重复控制器，将第二比例积分调节器的输出电压值与重复控制器的输出电压值相加获得电压和值，将获得的电压和值作为直流有源滤波器的输出电压的给定值；

步骤四、判断步骤三中所获得的直流有源滤波器的输出电压的给定值是否大于零，

若是，则所述的直流有源滤波器工作于降压模式，第一功率开关关断，将所述的直流有源滤波器的输出电压的给定值与高频锯齿波相减获得差值，判断所述的差值是否大于零，若是，则第二功率开关导通；若否，则第二功率开关关断；

若否，则所述的直流有源滤波器工作于升压模式，第二功率开关关断，将直流有源滤波器的输出电压的给定值的绝对值与高频锯齿波相减获得差值，判断所述的差值是否大于零，若是，则第一功率开关导通；若否，则第一功率开关关断。

本发明的有益效果：本发明通过对所连入直流微电网的非线性负载进行有源滤波控制，保证直流微电网侧的负载输入电流为直流量，从而保证直流微电网的供电质量，降低对其它负载的影响，并能够有效提高系统的稳定性和拓宽对负载的适应性。与现有技术相比直流微电网直流母线电压的控制精度提高5%以上。

附图说明

图1为本发明的直流有源滤波器的控制方法的原理结构图；

图2为本发明所涉及的直流微电网结构图；

图3为本发明所涉及的直流有源滤波器的电气结构图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法的原理结构图如图1所示，所述的直流有源滤波器包括电容C1、电容C2、电感L1、第一功率开关S1和第二功率开关S2，电容C1的一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端同时连接第一功率开关S1的功率输入端和第二功率开关S2的功率输出端，第二功率开关S2的功率输入端连接电容C2的一端，所述的电容C2的一端作为直流有源滤波器的正极输出端与非线性负载1的正极连接，电容C2的另一端同时连接第一功率开关S1的功率输出端和电容C1的另一端，所述的电容C1的另一端作为有源滤波器的负极输入端与非线性负载1的负极相连；

该方法包括如下步骤：

步骤一、通过负载电流采集电路2采集非线性负载1的电流，将采集的非线性负载1电流发送至有限冲击响应滤波器4，通过有限冲击响应滤波器4滤波获得非线性负载1电流的平均值，将所述的非线性负载1电流的平均值减去非线性负载1电流获得电流差值，将所述的电流差值作为非线性负载1电流的谐波值；

步骤二、设定电容C1电压给定值，通过电容电压采集电路9采集电容C1的电压，将电容C1的电压输入至低通滤波器8，通过低通滤波器8滤波获得电容C1电压的平均值，将电容C1电压给定值减去电容C1电压的平均值获得电压差值，将获得的电压差值发送至第一比例积分调节器7，经第一比例积分调节器7计算获得直流有源滤波器输出电流的平均给定值；

步骤三、将步骤一获得的非线性负载1电流的谐波值加上步骤二获得的直流有源滤波器输出电流的平均给定值获得电流值，将获得的电流值作为直流有源滤波器输出电流的给定值，通过输出电流采集电路3采集所述的直流有源滤波器的输出电流，获得直流有源滤波器输出电流的实际值，将直流有源滤波器输出电流的给定值减去直流有源滤波器输出电流的实际值获得电流差值，将获得的电流差值同时输入至第二比例积分调节器5和重复控制器6，将第二比例积分调节器5的输出电压值与重复控制器6的输出电压值相加获得电压和值，将获得的电压和值作为直流有源滤波器的输出电压的给定值；

若是，则所述的直流有源滤波器工作于降压模式，第一功率开关S1关断，将所述的直流有源滤波器的输出电压的给定值与高频锯齿波相减获得差值，判断所述的差值是否大于零，若是，则第二功率开关S2导通；若否，则第二功率开关S2关断；

若否，则所述的直流有源滤波器工作于升压模式，第二功率开关S2关断，将直流有源滤波器的输出电压的给定值的绝对值与高频锯齿波相减获得差值，判断所述的差值是否大于零，若是，则第一功率开关S1导通；若否，则第一功率开关S1关断。

本发明所涉及的直流微电网结构如图2所示，包括光伏发电系统和蓄电池储能系统，带动单相直流-交流逆变负载，实现的功能为通过对光伏发电系统和蓄电池储能系统的协调控制，从而保证在不同光伏发电功率的情况下保持直流母线电压的稳定。本发明所涉及的直流有源滤波器的正极输出端与负载的正极相连后共同接入到直流微电网的正极，直流有源滤波器的负极输入端与负载的负极相连后共同接入到直流微电网的负极。

所述直流有源滤波器的控制方法的原理如图1所示。直流有源滤波器的功能为提供负载的谐波电流，使直流微电网只为负载提供平稳的直流功率，也就避免了使直流微电网受负载谐波电流的影响。而为了保证直流有源滤波器能够安全可靠工作，要求其内部的电容C1两端电压保持恒定，因此直流有源滤波器需要两个闭环，一个负载电流的谐波闭环，另一个是内部电容C1两端电压闭环。为了实现为负载提供谐波电流，通过有限冲击响应滤波器将负载电流的谐波含量滤除掉，剩余直流分量，再用该直流分量减去实际的负载电流，即可获得直流有源滤波器所需提供的谐波电流的给定值。其中有限冲击响应滤波器简称为FIR，在现有文献中已有成熟的实现方案，在本发明中直接应用即可。

对于内部的电容C1两端电压的控制，利用比例积分控制器对其进行闭环控制，该控制器的输出与前述的直流有源滤波器所需提供的谐波电流的给定值相加获得直流有源滤波器输出电流的给定值。本发明采用比例积分控制器结合重复控制器的方案对直流有源滤波器的输出电流进行控制。重复控制器的基本原理是以负载谐波电流的周期为基准，在每个控制周期将重复控制器的输入值加上一个负载谐波电流周期对应的重复控制器的输出值，并作为新的重复控制器的周期值。由上述原理可知，重复控制器实际上是以输入量的周期为时间常数的积分器，通过对输入量的整周期的不断叠加，起到误差积累的作用，在输入量为零，即被控量无静差时，重复控制器的输出保持不变，从而实现对被控量的控制。在现有文献中同样已有重复控制器的实现方案。上述输出电流闭环的输出值即作为直流有源滤波器的输出电压的给定值。

直流有源滤波器中采用的是双向变换器结构，在直流有源滤波器的输出电压的给定值大于零时，双向变换器工作于降压模式，功率开关S1关断，直流有源滤波器的输出电压的给定值与高频的锯齿波相减，如果差值大于零，则第二功率开关S2导通；若否，则第二功率开关S2关断；如果直流有源滤波器的输出电压的给定值小于或者等于零，所述的直流有源滤波器工作于升压模式，功率开关S2关断，所述的直流有源滤波器的输出电压的给定值的绝对值与高频锯齿波相减，如果差值大于零，则第一功率开关S1导通；若否，则第一功率开关S1关断。从而实现对整个直流有源滤波器的控制。

Claims

1.面向直流微电网的直流有源滤波器的控制方法，所述的直流有源滤波器包括电容C1、电容C2、电感（L1）、第一功率开关（S1）和第二功率开关（S2），电容C1的一端连接电感（L1）的一端，电感（L1）的另一端同时连接第一功率开关（S1）的功率输入端和第二功率开关（S2）的功率输出端，第二功率开关（S2）的功率输入端连接电容C2的一端，所述的电容C2的一端作为直流有源滤波器的正极输出端与非线性负载（1）的正极连接，电容C2的另一端同时连接第一功率开关（S1）的功率输出端和电容C1的另一端，所述的电容C1的另一端作为有源滤波器的负极输入端与非线性负载（1）的负极相连；

其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、通过负载电流采集电路（2）采集非线性负载（1）的电流，将采集的非线性负载（1）电流发送至有限冲击响应滤波器（4），通过有限冲击响应滤波器（4）滤波获得非线性负载（1）电流的平均值，将所述的非线性负载（1）电流的平均值减去非线性负载（1）电流获得电流差值，将所述的电流差值作为非线性负载（1）电流的谐波值；

步骤二、设定电容C1电压给定值，通过电容电压采集电路（9）采集电容C1的电压，将电容C1的电压输入至低通滤波器（8），通过低通滤波器（8）滤波获得电容C1电压的平均值，将电容C1电压给定值减去电容C1电压的平均值获得电压差值，将获得的电压差值发送至第一比例积分调节器（7），经第一比例积分调节器（7）计算获得直流有源滤波器输出电流的平均给定值；

步骤三、将步骤一获得的非线性负载（1）电流的谐波值加上步骤二获得的直流有源滤波器输出电流的平均给定值获得电流值，将获得的电流值作为直流有源滤波器输出电流的给定值，通过输出电流采集电路（3）采集所述的直流有源滤波器的输出电流，获得直流有源滤波器输出电流的实际值，将直流有源滤波器输出电流的给定值减去直流有源滤波器输出电流的实际值获得电流差值，将获得的电流差值同时输入至第二比例积分调节器（5）和重复控制器（6），将第二比例积分调节器（5）的输出电压值与重复控制器（6）的输出电压值相加获得电压和值，将获得的电压和值作为直流有源滤波器的输出电压的给定值；

若是，则所述的直流有源滤波器工作于降压模式，第一功率开关（S1）关断，将所述的直流有源滤波器的输出电压的给定值与高频锯齿波相减获得差值，判断所述的差值是否大于零，若是，则第二功率开关（S2）导通；若否，则第二功率开关（S2）关断；

若否，则所述的直流有源滤波器工作于升压模式，第二功率开关（S2）关断，将直流有源滤波器的输出电压的给定值的绝对值与高频锯齿波相减获得差值，判断所述的差值是否大于零，若是，则第一功率开关（S1）导通；若否，则第一功率开关（S1）关断。