CN106487017B - 基于分布式正阻尼有源导纳的apf并机系统稳定性控制方法 - Google Patents

基于分布式正阻尼有源导纳的apf并机系统稳定性控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法，其特征在于：通过为每台APF均并联有源阻尼导纳，独立改善各自电流环导纳阻尼特性，使得叠加后的电流环导纳在谐振频次附近增益由负阻性变为正阻性，从而改善APF并机系统的稳定性。本发明所述方法，在不影响各台APF电流环性能的前提下，可明显改善电流环导纳谐振频次附近阻尼特性，并且相较于传统的APF并机系统稳定性间接控制方法，本发明无需额外增加无源器件、无需改动APF硬件设计方案，具有很好的可行性和实用价值。

Description

基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，特别是电力电子技术中一种基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法。
背景技术
有源电力滤波器(Active Power filter，APF)以其高度可控、快速响应的优势，逐渐成为治理谐波污染的首选设备。随着非线性负荷谐波污染的不断增多，采用模块化APF并机方案集中治理谐波成为近年来本领域的研究热点。模块化APF并机系统的稳定性分析及控制关系到整机系统的安全可靠运行，是需要克服的关键技术难题。
并机系统中APF电流环导纳频域增益在若干频段呈负阻性，当系统谐振频次在这些频段内即可能产生并机系统负阻尼谐振点，从而导致并机系统失稳。因此通过改变APF控制器设计(调整参数或增加控制环节)，提高电流环导纳频域增益阻值(实部值)，使并机系统所有谐振点均呈正阻尼，可直接解决并机系统失稳问题。相关文献提出了采用R-APF控制并机系统稳定性，其本质是增加全局有源阻尼，该方法虽然可以有效增加并机系统全局有源阻尼，但并机系统稳定性仅由1台R-APF集中控制，实际应用时存在可靠性问题，当该装置出现故障，可能造成并机系统失稳。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法，在不影响电流环性能的基础上，可以明显改善电流环导纳谐振频次附件的阻尼特性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法，并机系统中各台APF均增加有源阻尼导纳，所述有源阻尼导纳由各次有源阻尼导纳组成；
并且有：
Y′N(s)＝YN(s)+YadN(s)
YN_ad_n＝(1/RN_ad_n)HN_n(s)LN(s)
其中：Y′N为第N台APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳；YN为第N台APF增加有源阻尼导纳前的电流环导纳；YadN为第N台APF增加的有源阻尼导纳，是由各次有源阻尼导纳YN_ad_n求和而得，n为谐波频次，谐波源不同，此处的n就不同，设置m1为谐波最低频次、m2为谐波最高频次，即n取m1到m2的谐波频次；RN_ad_n为第N台APF的第n次有源阻尼电阻；FN(s)为第N台APF电流环扰动增益；PN(s)为第N台APF电流环被控对象；GN(s)PN(s)为第N台APF电流环开环支路；LN(s)为第N台APF电流环闭环传递函数；HN_n(s)为第N台APF的各次谐波检测单元传递函数。
所述基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法按如下步骤进行：
①绘制第N台APF电流环导纳模型；
②根据第N台APF电流环导纳模型，求得第N台APF的YN、LN(s)表达式；
③预估第N台APF的各次有源阻尼电阻，并根据求得的YN、LN(s)表达式以及第N台APF的各次谐波检测单元传递函数，得到第N台APF的各次有源阻尼导纳以及第N台APF有源阻尼导纳；
④通过绘制第N台APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳阻尼特性伯德图，验证增加的有源阻尼导纳对于第N台APF电流环频域特性的影响，并返回步骤③进一步调整第N台APF的各次有源阻尼电阻预估值，并重新计算该APF增加的有源阻尼导纳YadN，直至该APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳在谐振频次附近增益为正阻性；
⑤其余N-1台APF按上述步骤1-4执行。
有益效果：
(1)本发明所述的基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法，不影响各台APF电流环性能，可明显改善电流环导纳谐振频次附近阻尼特性，并且由于分布式有源阻尼导纳存在于多个APF装置，相对于集中式全局有源阻尼导纳，实际应用时具有明显的可靠性。
(2)相比较于传统的APF并机系统稳定性间接控制方法，本发明无需增加无源器件，无需改动APF硬件设计方案。
附图说明
图1为APF并机系统电流环导纳模型；
图2为本发明提出的分布式有源阻尼导纳实现策略框图；
图3为所提分布式有源阻尼导纳对电流环导纳频域特性影响分析的伯德图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为APF并机系统电流环导纳模型。图1中，PCC为电网公共连接点；E′为PCC点电压；APFN为第N台APF单元，N＝1，2，3…；IL为谐波负载电流；ILh为谐波电流源；YL为谐波负载的无源阻抗；YN为第N台APF单元的电流环导纳；YhN为第N台APF单元的谐波控制环导纳；I'hN为第N台APF单元的谐波补偿电流源；IhN为第N台APF单元的输出电流。
图2为本发明提出的分布式有源阻尼导纳实现策略框图，I为输出电流；I*为指令电流。该系统采用典型谐波源，谐波次数是6k±1，k取1、2、3……，即谐波次数为5、7、11、13、17、19……以此类推，故取并机系统中各台APF均增加有源阻尼导纳，所述有源阻尼导纳由各次有源阻尼导纳组成，并且有：
Y′N(s)＝YN(s)+YadN(s)
YadN(s)＝YN_ad_5+YN_ad_7......+YN_ad_n
YN_ad_n＝(1/RN_ad_n)HN_n(s)LN(s)
其中：Y′N为第N台APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳；YN为第N台APF增加有源阻尼导纳前的电流环导纳；YadN为第N台APF增加的有源阻尼导纳，控制器根据谐波源类型(此处设定为典型谐波源)，设置针对这些频次的谐波检测及电流控制环节，取n＝6k±1,k＝1,2,3……；FN(s)为第N台APF电流环扰动增益；PN(s)为第N台APF电流环被控对象；GN(s)PN(s)为第N台APF电流环开环支路；RN_ad_n为第N台APF的第n次有源阻尼电阻；YN_ad_n为第N台APF的各次有源阻尼导纳；LN(s)为第N台APF电流环闭环传递函数；HN_n(s)为第N台APF的各次谐波检测单元传递函数。
所述基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法按如下步骤进行：
①绘制第N台APF电流环导纳模型；
②根据第N台APF电流环导纳模型，求得第N台APF的YN、LN(s)表达式；
③预估第N台APF的各次有源阻尼电阻，并根据求得的YN、LN(s)表达式以及第N台APF的各次谐波检测单元传递函数，得到第N台APF的各次有源阻尼导纳以及第N台APF有源阻尼导纳；
④通过绘制第N台APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳阻尼特性伯德图，验证增加的有源阻尼导纳对于第N台APF电流环频域特性的影响，并进一步调整第N台APF的各次有源阻尼电阻预估值；
⑤其余N-1台APF按上述步骤1-4执行。
图3为本文所提分布式有源阻尼导纳对电流环导纳频域特性影响分析的波特图，各谐振频次有源阻尼设置相同(Rad＝0.2Ω)，左侧的(a)图中Y(s)为电流环导纳，Yad(s)为有源阻尼导纳，Y’(s)为叠加有源阻尼后的电流环导纳，右侧的(b)为(a)在谐振频次附近细节。可以看出有源阻尼在各谐振频次附近增益为正阻性，叠加至电流环导纳后，使电流环导纳在谐振频次由原先的负阻性变为正阻性，即电流环导纳阻尼特性在谐振频次得到明显改善。由于有源阻尼导纳在谐振频次外增益很小，因此对电流环导纳谐振频次外阻尼特性无改善作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于分布式正阻尼有源导纳的APF并机系统稳定性控制方法，其特征在于：在并机系统中每台APF均增加有源阻尼导纳，所述有源阻尼导纳由各次有源阻尼导纳组成；每台APF分别按照如下步骤进行相应的有源阻尼导纳的计算：
①对待处理的编号为N的APF，绘制其电流环导纳模型；
②根据该台APF电流环导纳模型，求得该APF增加有源阻尼导纳前的电流环导纳YN以及该APF电流环闭环传递函数LN表达式：
③预估该APF的各次有源阻尼电阻，并根据求得的YN、LN表达式以及该APF的各次谐波检测单元传递函数，得到该APF的各次有源阻尼导纳以及该APF增加的有源阻尼导纳YadN：
YN_ad_n＝(1/RN_ad_n)HN_n(s)LN(s)
④该APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳为Y′N(s)＝YN(s)+YadN(s)，通过绘制该APF增加有源阻尼导纳YadN后的电流环导纳阻尼特性伯德图，验证增加的有源阻尼导纳YadN对于该APF电流环频域特性的影响，若该APF增加有源阻尼导纳后的电流环导纳在谐振频次附近增益为正阻性，则结束该APF的相关计算并获得相应的有源阻尼导纳，否则返回步骤③重新预估APF的各次有源阻尼电阻并进行相应计算；
其中：
FN(s)为编号为N的APF电流环扰动增益；
PN(s)为编号为N的APF电流环被控对象；
GN(s)PN(s)为编号为N的APF电流环开环支路；
n为谐波频次，m1为谐波最低频次，m2为谐波最高频次；
YN_ad_n为编号为N的APF的第n次有源阻尼导纳；
RN_ad_n为编号为N的APF的第n次有源阻尼电阻；
HN_n(s)为编号为N的APF的第n次谐波检测单元传递函数；
LN(s)为编号为N的APF电流环闭环传递函数。
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