CN104410075B - 一种谐波电流超前校正方法及其应用设备 - Google Patents

一种谐波电流超前校正方法及其应用设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种谐波电流超前校正方法及其应用设备，通过谐波电流检测模块检测非线性负载的输入电流，输出谐波指令电流信号；由超前校正模块根据谐波指令电流信号输出指令电流预测值；电流闭环控制模块根据逆变模块的输入电流信号及指令电流预测值，输出脉冲宽度调制信号；再由逆变模块根据输入电流信号及脉冲宽度调制信号，输出与谐波电流大小相等、方向相反的电流信号。所述谐波电流超前校正方法，采用指令电流预测值代替现有技术所采用的谐波指令电流信号，比现有技术准确性高；相比于现有技术针对各次谐波单独进行相位超前校正，本申请对各次谐波一起进行相位超前校正，计算量小，解决了现有技术中计算量大和精度低的问题。

Description

一种谐波电流超前校正方法及其应用设备
技术领域
本发明涉及有源电力滤波器及静止无功发生器技术领域，尤其涉及一种谐波电流超前校正方法及其应用设备。
背景技术
目前的有源电力滤波器或者静止无功发生器主要采用数字控制方式，由于采样和控制延时，使得不同频率下的谐波电流相位滞后不同，造成谐波电流补偿效果变差，甚至造成谐波电流放大。
现有技术针对谐波采样和控制带来的谐波电流相位滞后问题，通常对谐波指令电流进行超前校正，校正方法为针对各次谐波单独进行相位超前校正，这种方法计算量大，程序复杂，不适宜在全补偿情况下使用；其他校正方法如外推法在预测精度方面存在一定的误差，特别是采用频率相对于谐波成分频率不高的情况下。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种谐波电流超前校正方法及其应用设备，以解决现有技术中计算量大和精度低的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种谐波电流超前校正方法，应用于有源电力滤波器或者静止无功发生器，所述谐波电流超前校正方法包括：
谐波电流检测模块检测非线性负载的输入电流，生成并输出谐波指令电流信号；
超前校正模块接收所述谐波指令电流信号，根据所述谐波指令电流信号生成并输出指令电流预测值，所述指令电流预测值与所述谐波指令电流信号的幅值相同，所述指令电流预测值比所述谐波指令电流信号的相位超前N拍；其中，N为大于等于1的正整数；
电流闭环控制模块接收并根据所述有源电力滤波器或者静止无功发生器中逆变模块的输入电流信号及所述指令电流预测值，生成并输出脉冲宽度调制信号；
所述逆变模块接收所述输入电流信号及所述脉冲宽度调制信号，生成并输出与谐波电流大小相等、方向相反的电流信号。
优选的，所述超前校正模块根据所述谐波指令电流信号生成并输出指令电流预测值的步骤包括：
所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据所述外推预测法生成下一时刻的指令电流预测值；
所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据所述重复误差积累法生成下一时刻的累积误差；
所述超前校正模块根据所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差生成并输出所述指令电流预测值。
优选的，所述外推预测法采用的计算公式为：
iref(m+1)＝2*iref(m)-iref(m-1)；
其中，m为当前采样时刻，iref(m+1)为所述下一时刻的指令电流预测值，iref(m)为所述谐波指令电流信号值，iref(m-1)为所述上一时刻的指令电流值。
优选的，所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据所述重复误差积累法生成下一时刻的累积误差的步骤包括：
所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号与本周期该时刻电流预测值做差得到预测误差值；
所述超前校正模块将所述预测误差值和第一学习因子做积，得到第一学习误差；
所述超前校正模块将本周期所述第一学习误差与上一周期同一时刻的累积误差相加，得到新的累积误差；
所述超前校正模块将所述新的累积误差延迟N-1个采样周期，其中，N为一个周期内的采样点数，得到下一周期超前一个采样周期的累积误差；
所述超前校正模块将所述下一周期超前一个采样时刻的累积误差与第二学习因子做积，得到所述下一时刻的累积误差。
优选的，所述本周期该时刻电流预测值为所述指令电流预测值延迟1个采样周期得到的信号值。
优选的，所述超前校正模块根据所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差生成并输出所述指令电流预测值的步骤包括：
所述超前校正模块将所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差做和，生成并输出所述指令电流预测值。
优选的，所述第一学习因子与所述第二学习因子均小于1。
优选的，还包括：
所述超前校正模块建立一个长度为N的数组Δiref[m]，0≤m≤N-1，用于存储一个周期内的累积误差，其中，m为当前采样时刻，N为一个周期内的采样点数。
一种有源电力滤波器，包括：谐波电流检测模块、超前校正模块、电流闭环控制模块，及逆变模块；所述有源电力滤波器采用上述任一所述的谐波电流超前校正方法对谐波电流进行超前校正。
一种静止无功发生器，包括：谐波电流检测模块、超前校正模块、电流闭环控制模块，及逆变模块；所述静止无功发生器采用上述任一所述的谐波电流超前校正方法对谐波电流进行超前校正。
本申请提供一种谐波电流超前校正方法，通过谐波电流检测模块检测非线性负载的输入电流，生成并输出谐波指令电流信号；由超前校正模块接收所述谐波指令电流信号，根据所述谐波指令电流信号生成并输出指令电流预测值，所述指令电流预测值与所述谐波指令电流信号的幅值相同，所述指令电流预测值比所述谐波指令电流信号的相位超前N拍；然后电流闭环控制模块接收并根据所述有源电力滤波器或者静止无功发生器中逆变模块的输入电流信号及所述指令电流预测值，生成并输出脉冲宽度调制信号；再由逆变模块接收并根据所述输入电流信号及所述脉冲宽度调制信号，生成并输出与谐波电流大小相等、方向相反的电流信号。本申请提供的谐波电流超前校正方法，采用所述指令电流预测值代替现有技术所采用的所述谐波指令电流信号，比现有技术准确性高；同时，相比于现有技术针对各次谐波单独进行相位超前校正，本申请对各次谐波一起进行相位超前校正，计算量小，解决了现有技术中计算量大和精度低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种谐波电流超前校正方法流程示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种谐波电流超前校正方法流程示意图；
图3为本申请另一实施例提供的一种谐波电流超前校正方法流程示意图；
图4为本申请另一实施例提供的一种超前校正模块的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种谐波电流超前校正方法，应用于有源电力滤波器或者静止无功发生器，以解决现有技术中计算量大和精度低的问题。
具体的，如图1所示，所述谐波电流超前校正方法包括：
S101、谐波电流检测模块检测非线性负载的输入电流，生成并输出谐波指令电流信号；
所述谐波电流检测模块根据检测得到的所述非线性负载的输入电流，生成所述谐波指令电流信号，并输出至本实施例中的超前校正模块。
S102、所述超前校正模块接收所述谐波指令电流信号，根据所述谐波指令电流信号生成并输出指令电流预测值，所述指令电流预测值与所述谐波指令电流信号的幅值相同，所述指令电流预测值比所述谐波指令电流信号的相位超前N拍；其中，N为大于等于1的正整数；
所述超前校正模块与所述谐波电流检测模块及电流闭环控制模块相连，接收所述谐波指令电流信号并对其进行超前校正，具体为根据所述谐波指令电流信号进行预测生成所述指令电流预测值，使得所述指令电流预测值与所述谐波指令电流信号的幅值相同，所述指令电流预测值比所述谐波指令电流信号的相位超前N拍，并使所述指令电流预测值代替所述谐波指令电流信号输出至所述电流闭环控制模块。
其中，N根据所述有源电力滤波器或者静止无功发生器的控制特性来选择，可以选择为大于等于1的正整数，如1、2、4，或5等，此处不做具体限定。
S103、所述电流闭环控制模块接收并根据所述有源电力滤波器或者静止无功发生器中逆变模块的输入电流信号及所述指令电流预测值，生成并输出脉冲宽度调制信号；
现有技术中的所述电流闭环控制模块接收的是所述谐波电流检测模块输出的所述谐波指令电流信号，而本实施例接收的则是对所述谐波指令电流信号进行预测得到的所述指令电流预测值，电流预测误差会更小。
S104、逆变模块接收所述输入电流信号及所述脉冲宽度调制信号，生成并输出与谐波电流大小相等、方向相反的电流信号。
所述逆变模块接收所述输入电流信号及所述脉冲宽度调制信号，生成并输出与所述非线性负载的输入电流中的谐波电流大小相等、方向相反的电流信号，从而使电网侧电流波形正弦化，减小网侧谐波污染。
本实施例提供的所述谐波电流超前校正方法，通过上述步骤解决了传统有源电力滤波器或者静止无功发生器在谐波检测和控制方面产生的相位延时问题，同时所述超前校正模块采用外推预测法及重复误差积累法相结合生成并输出所述指令电流预测值，代替现有技术所采用的所述谐波指令电流信号，比现有技术准确性高，可以保证在重复性负载下超前校正的准确实施，而且相比于现有技术针对各次谐波单独进行相位超前校正，本申请对各次谐波一起进行相位超前校正，计算量小；也能及时响应快速变化的谐波负载，动态性响应效果优越，极大地改善了有源电力滤波器或者静止无功发生器的补偿效果及性能。
优选的，如图2所示，步骤S102包括：
S1021、所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据所述外推预测法生成下一时刻的指令电流预测值；
所述外推预测法实现了电流的预测。具体的，所述外推预测法采用的计算公式为：
iref(m+1)＝2*iref(m)-iref(m-1)；
其中，m为当前采样时刻，iref(m+1)为所述下一时刻的指令电流预测值，iref(m)为所述谐波指令电流信号值，iref(m-1)为所述上一时刻的指令电流值。
上述实施例中说明所述指令电流预测值比所述谐波指令电流信号的相位超前N拍，且N为根据所述有源电力滤波器或者静止无功发生器的控制特性进行选择的，可以选择为大于等于1的正整数，如1、2、4，或5等；本实施例以超前一拍为例来阐述具体实现方法，且超前一拍对应本实施例中的下一时刻。
S1022、所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据所述重复误差积累法生成下一时刻的累积误差；
采用外推预测法可以实现电流的预测，采用重复误差积累法得到的电流预测误差很小，重复误差预测作用会较小，在突变的负载情况下，具有更快的响应速度，动态响应更好；通过上述两个步骤分别得到了所述下一时刻的指令电流预测值iref(m+1)及所述下一时刻的累积误差，以备下一步骤将所述两个值进行处理。
S1023、所述超前校正模块根据所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差生成并输出所述指令电流预测值。
具体的，所述超前校正模块可以将所述下一时刻的指令电流预测值iref(m+1)及所述下一时刻的累积误差做加法运算，生成并输出所述指令电流预测值
优选的，如图3所示，步骤S1022包括：
S121、所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号与本周期该时刻电流预测值做差得到预测误差值；
其中，iref(m)为所述谐波指令电流信号；为本周期该时刻电流预测值；Δiref(m)为预测误差值。
具体的，本周期该时刻电流预测值i为所述指令电流预测值i延迟1个采样周期得到的信号值。
S122、所述超前校正模块将所述预测误差值和第一学习因子做积，得到第一学习误差；
所述第一学习误差为K1*Δiref(m)；其中，k1为所述第一学习因子。
S123、所述超前校正模块将本周期所述第一学习误差与上一周期同一时刻的累积误差相加，得到新的累积误差；
S124、所述超前校正模块将所述新的累积误差延迟N-1个采样周期，其中，N为一个周期内的采样点数，得到下一周期超前一个采样周期的累积误差；
S125、所述超前校正模块将所述下一周期超前一个采样时刻的累积误差与第二学习因子做积，得到所述下一时刻的累积误差。
优选的，所述外推预测法采用的计算公式为：
iref(m+1)＝2*iref(m)-iref(m-1)；
其中，m为当前采样时刻，iref(m+1)为所述下一时刻的指令电流预测值，iref(m)为所述谐波指令电流信号值，iref(m-1)为所述上一时刻的指令电流值。
如图4所示为所述超前校正模块的原理图，其中，k2为第二学习因子。
优选的，所述第一学习因子k1与所述第二学习因子k2均小于1。
所述第一学习因子k1与所述第二学习因子k2略小于1，即可在保证精度的情况下提高系统的稳定性；具体的，所述第一学习因子k1与所述第二学习因子k2均可以为0.98。
优选的，所述谐波电流超前校正方法还包括：
所述超前校正模块建立一个长度为N的数组Δiref[m]，0≤m≤N-1，用于存储一个周期内的累积误差，其中，m为当前采样时刻，N为一个周期内的采样点数。
然后所述谐波电流超前校正方法在进行步骤S102时即可通过所述数组进行所述累积误差的存储。
本发明另一实施例还提供了一种有源电力滤波器，包括：谐波电流检测模块、超前校正模块、电流闭环控制模块，及逆变模块；所述有源电力滤波器采用上述实施例任一所述的谐波电流超前校正方法对谐波电流进行超前校正。
具体原理与上述实施例相同，此处不再赘述。
本发明另一实施例还提供了一种静止无功发生器，包括：谐波电流检测模块、超前校正模块、电流闭环控制模块，及逆变模块；所述静止无功发生器采用上述实施例任一所述的谐波电流超前校正方法对谐波电流进行超前校正。
具体原理与上述实施例相同，此处不再赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种谐波电流超前校正方法，其特征在于，应用于有源电力滤波器或者静止无功发生器，所述谐波电流超前校正方法包括：
谐波电流检测模块检测非线性负载的输入电流，生成并输出谐波指令电流信号；
超前校正模块接收所述谐波指令电流信号，根据所述谐波指令电流信号生成并输出指令电流预测值，所述指令电流预测值与所述谐波指令电流信号的幅值相同，所述指令电流预测值比所述谐波指令电流信号的相位超前N拍；其中，N为大于等于1的正整数；
电流闭环控制模块接收并根据所述有源电力滤波器或者静止无功发生器中逆变模块的输入电流信号及所述指令电流预测值，生成并输出脉冲宽度调制信号；
所述逆变模块接收所述输入电流信号及所述脉冲宽度调制信号，生成并输出与谐波电流大小相等、方向相反的电流信号；
所述超前校正模块根据所述谐波指令电流信号生成并输出指令电流预测值的步骤包括：
所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据外推预测法生成下一时刻的指令电流预测值；
所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据重复误差积累法生成下一时刻的累积误差；
所述超前校正模块根据所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差生成并输出所述指令电流预测值。
2.根据权利要求1所述的谐波电流超前校正方法，其特征在于，所述外推预测法采用的计算公式为：
iref(m+1)＝2*iref(m)-iref(m-1)；
其中，m为当前采样时刻，iref(m+1)为所述下一时刻的指令电流预测值，iref(m)为所述谐波指令电流信号值，iref(m-1)为上一时刻的指令电流值。
3.根据权利要求1或2所述的谐波电流超前校正方法，其特征在于，所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号根据所述重复误差积累法生成下一时刻的累积误差的步骤包括：
所述超前校正模块将所述谐波指令电流信号与本周期同一时刻电流预测值做差得到预测误差值；
所述超前校正模块将所述预测误差值和第一学习因子做积，得到第一学习误差；
所述超前校正模块将本周期所述第一学习误差与上一周期同一时刻的累积误差相加，得到新的累积误差；
所述超前校正模块将所述新的累积误差延迟N-1个采样周期，其中，N为一个周期内的采样点数，得到下一周期超前一个采样周期的累积误差；
所述超前校正模块将所述下一周期超前一个采样时刻的累积误差与第二学习因子做积，得到所述下一时刻的累积误差。
4.根据权利要求3所述的谐波电流超前校正方法，其特征在于，所述本周期同一时刻电流预测值为所述指令电流预测值延迟1个采样周期得到的信号值。
5.根据权利要求1所述的谐波电流超前校正方法，其特征在于，所述超前校正模块根据所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差生成并输出所述指令电流预测值的步骤包括：
所述超前校正模块将所述下一时刻的指令电流预测值及所述下一时刻的累积误差做和，生成并输出所述指令电流预测值。
6.根据权利要求3所述的谐波电流超前校正方法，其特征在于，所述第一学习因子与所述第二学习因子均小于1。
7.根据权利要求1所述的谐波电流超前校正方法，其特征在于，还包括：
所述超前校正模块建立一个长度为N的数组Δiref[m]，0≤m≤N-1，用于存储一个周期内指令电流预测值的累积误差，其中，m为当前采样时刻，N为一个周期内的采样点数。
8.一种有源电力滤波器，其特征在于，包括：谐波电流检测模块、超前校正模块、电流闭环控制模块，及逆变模块；所述有源电力滤波器采用权利要求1至7中任一项所述的谐波电流超前校正方法对谐波电流进行超前校正。
9.一种静止无功发生器，其特征在于，包括：谐波电流检测模块、超前校正模块、电流闭环控制模块，及逆变模块；所述静止无功发生器采用权利要求1至7中任一项所述的谐波电流超前校正方法对谐波电流进行超前校正。
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