CN104300541A - 一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法，一，定义abc坐标系到 n 次（ n ≥1，正序或负序）SFR的变换公式：二， t _k时刻，采样三相负载电流 i _a、 i _b、 i _c，并运用将 i _a、 i _b、 i _c变换到 n 次SFR中；三，利用低通滤波器（LPF）滤除SFR中dq轴上的交流分量，获得直流分量、；四，计算电流线性误差值；五，计算 t _k+1时刻电流预测值， t _k+1 t _k= T _s， T _s为采样周期：六，SFR超前移相；七，运用，将、变换到abc坐标系中，实时获得 n 次谐波电流动态预测值 i _an、 i _bn、 i _cn；八，以 i _an、 i _bn、 i _cn作为指令电流，控制APF输出该次谐波补偿电流。

Description

一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法。

背景技术

目前，随着计算机控制技术的发展，数字控制技术由于具有抗干扰能力强、控制算法实现灵活便捷以及集成度高等诸多优点，而逐步取代了模拟控制技术成为有源电力滤波器（APF）控制系统的主要实现手段。但数字化控制系统的固有缺点是存在延时，在APF控制系统中，延时主要来自AD采样保持与转换、控制算法实现等，由于延时的存在降低了APF谐波补偿的动静态性能。针对上述问题，近几年来，人们进行了大量研究并发展了许多延时补偿方法，其中，基于灰色预测理论、重复预测原理以及自适应等理论的延时补偿方法算法复杂，在实际工程中很少采用；实际工程中应用较多的为基于相移控制的延时补偿方法，该算法实现简单，主要原理是通过同步旋转坐标系（Synchronous Reference Frame，SFR）的相位移动，实现对该次SFR上的同步谐波电流的预测补偿。该算法当负载电流处于稳定状态时，能够准确预测下个时刻（对应补偿相位）的谐波电流，而当负载电流动态变化时，所预测到的谐波电流就会存在误差。

发明内容

本发明提供了一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法，它利用APF控制延时动态预测补偿方法，在对SFR移相的同时，根据微变线性化原理，对SFR上同步谐波电流在dq轴上所呈现的直流量进行线性预测，从而实现对控制系统延时的动态预测补偿。该方法能够实时响应负载变化，精确补偿控制延时，且算法简单，易于工程实现。

本发明采用了以下技术方案：一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法，它包括以下步骤：

步骤一，定义abc坐标系到n次（n≥1，正序或负序）SFR的变换公式：

，

其中ω为基波角频率；

步骤二，t _k时刻，采样三相负载电流i _a、i _b、i _c，并运用将i _a、i _b、i _c变换到n次SFR中；

步骤三，利用低通滤波器（LPF）滤除SFR中dq轴上的交流分量，获得直流分量、；

步骤四，计算电流线性误差值：

，；

步骤五，计算t _k+1时刻电流预测值，t _k+1 t _k= T _s，T _s为采样周期：

，

步骤六，SFR超前移相，定义移相后n次（n≥1，正序或负序）SFR到abc坐标系的变换公式为：

；

步骤七，运用，将、变换到abc坐标系中，实时获得n次谐波电流动态预测值i _an、i _bn、i _cn：

；

步骤八，以i _an、i _bn、i _cn作为指令电流，控制APF输出该次谐波补偿电流。

本发明具有以下有益效果：采用了以上技术方案后，本发明在对SFR移相的同时，根据微变线性化原理，对SFR上同步谐波电流在dq轴上所呈现的直流量进行线性预测，从而实现对控制系统延时的动态预测补偿，该方法能够实时响应负载变化，精确补偿控制延时，且算法简单，易于工程实现。

附图说明

图1为本发明实施例一n次正序谐波电流控制延时动态预测补偿原理框图。

具体实施方式

本发明提供了一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法，它包括以下步骤：

步骤一，定义abc坐标系到n次（n≥1，正序或负序）SFR的变换公式：

，

其中ω为基波角频率；

步骤二，t _k时刻，采样三相负载电流i _a、i _b、i _c，并运用将i _a、i _b、i _c变换到n次SFR中；

步骤三，利用低通滤波器（LPF）滤除SFR中dq轴上的交流分量，获得直流分量、；

步骤四，计算电流线性误差值：

，；

步骤五，计算t _k+1时刻电流预测值，t _k+1 t _k= T _s，T _s为采样周期：

，

步骤六，SFR超前移相，定义移相后n次（n≥1，正序或负序）SFR到abc坐标系的变换公式为：

；

步骤七，运用，将、变换到abc坐标系中，实时获得n次谐波电流动态预测值i _an、i _bn、i _cn：

；

步骤八，以i _an、i _bn、i _cn作为指令电流，控制APF输出该次谐波补偿电流。

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例一，在图1中，下面以n次正序谐波电流控制延时补偿为例分析该发明方法原理及其实施方式，n次负序实现原理相同，其中为n次SFR同步旋转相位信息，为移相角度。

将三相三线制任意负载电流运用对称分量法表示为：

                                          （1）

式中：k=a、b、c，m为谐波次数（m≥1，这里将基波电流看成次数为1的谐波分量），、分别表示m次谐波电流正、负序分量。

将、展开如下式：

                              （2）

                               （3）

式中：、和、分别表示第m次谐波电流正、负序分量的幅值和初相角。

定义abc坐标系到n次（n≥1）正序SFR的变换公式：

            （4）

式中ω为基波角频率。

运用将（2）和（3）式表示的三相谐波电流变换到n次正序SFR中：

               （5）

               （6）

式中：、表示第m次正序电流在n次正序SFR中d、q轴上各分量； 、表示第m次负序电流在n次正序SFR中d、q轴上各分量。

分析式（5）、式（6）可见，在n次正序SFR中，只有n次正序谐波电流为直流量，其他都为交流量。

定义n次正序谐波电流在n次正序SFR中d、q轴上所呈现的直流量为、：

                                      （7）

利用低通滤波器（LPF）滤除dq轴上交流分量，检测出直流量、。

对SFR进行超前移相，即按照SFR旋转方向移相，移相角度为，T _s为采样周期。

定义移相后n次（n≥1）正序SFR到abc坐标系的变换公式为：

    （8）

设当前采样时刻t _k获得的dq轴上直流量为、，上一采样时刻t _k-1获得的dq轴上直流量为、，定义电流误差值为：

                                    （9）

根据微变线性化原理，在很小的变化范围内，非线性变化负载可以等效为线性变化负载，由于通常APF采样周期T _s较小，以10kHz采样频率为例，T _s仅为100us，因此在2T _s范围内，可对SFR中dq轴上直流量进行线性化等效。根据上述原则，可以预测t _k+1时刻dq轴上直流量：

                                  （10）

利用，对式（10）进行反变换，获得预测补偿后的n次三相正序谐波电流：

                              （11）

以该三相电流作为谐波补偿指令电流，采用合适的控制算法控制APF输出该次谐波补偿电流。

Claims (1)

1.一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法，它包括以下步骤：

步骤一，定义abc坐标系到n次（n≥1，正序或负序）SFR的变换公式：

，

其中ω为基波角频率；

步骤二，t _k时刻，采样三相负载电流i _a、i _b、i _c，并运用将i _a、i _b、i _c变换到n次SFR中；

步骤三，利用低通滤波器（LPF）滤除SFR中dq轴上的交流分量，获得直流分量、；

步骤四，计算电流线性误差值：

，；

步骤五，计算t _k+1时刻电流预测值，t _k+1 t _k= T _s，T _s为采样周期：

，

步骤六，SFR超前移相，定义移相后n次（n≥1，正序或负序）SFR到abc坐标系的变换公式为：

；

步骤七，运用，将、变换到abc坐标系中，实时获得n次谐波电流动态预测值i _an、i _bn、i _cn：

；

步骤八，以i _an、i _bn、i _cn作为指令电流，控制APF输出该次谐波补偿电流。