CN106532705A

CN106532705A - 多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制apf计算方法

Info

Publication number: CN106532705A
Application number: CN201611198535.XA
Authority: CN
Inventors: 尹陆军; 李瑜; 严良占
Original assignee: Anhui Onesky Power Quality Tech Co Ltd
Current assignee: Anhui Onesky Power Quality Tech Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: CN106532705B

Abstract

本发明公开了一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，属于APF类逆变器控制技术领域，该方法基于多同步旋转坐标系下将非3n次各次谐波电流单独处理，生成每次谐波坐标系下的参考电压，然后再经过向基波坐标系的旋转并进行叠加，并且将3n次的中线谐波电流进行前馈控制获得参考电压，将各参考电压相加，得到装置所发出的参考电压的方法。该方法理论上只需要半个谐波周期的时间即可达到像基波一样的治理效果；同时这种计算方法创造了多个类似基波ABC三相坐标系的旋转坐标系，可以很容易分离出各次谐波坐标系下有功无功分量，物理意义很明确。

Description

多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法

技术领域

本发明涉及的是APF类逆变器(电力有源滤波器)控制技术领域，尤其涉及的是一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法。

背景技术

民用系统为三相四线制系统，大部分负荷为单相负荷，各种家电的大规模应用，给电网带来了谐波电流，谐波不但有正负序成分，同时还会有较大的中线零序成分，谐波的存在不但影响电能质量，导致设备利用率低、噪声大、发热量增加等不良现象，对较敏感的电子设备造成的干扰会影响他们的正常工作，尤其是中线电流，可能会造成中线电流过大，从而烧坏中线，扩大事故范围。所以近年来形成了专门进行谐波治理的产业，其中关键的设备就是有源电力滤波器(APF)。APF的基础原理就是向电网输出与输出电流中谐波电流反向的谐波电流以中和系统中的谐波电流，而APF中关键环节是将负载中的谐波电流分离出来并且将其转换为电压源型逆变(VSR)装置的参考电压，业界经过多年研究，积累了几种不同的方法：FFT、瞬时无功IP-IQ法、基波分量消除法等不同方法，这些方法的共同特点是均在基波坐标系下进行计算，并且是基于基波周期平均的概念进行的，所以对于变化速度远远高于基波电流的谐波电流来讲，滞后严重，大大影响治理效果，对于较高次数的谐波，还可能因为相位滞后问题带来放大或振荡，带来系统安全问题。基于以上原因，有必要寻找一种物理意义明确、响应速度快，每次谐波可单独处理的算法以提高APF在高次谐波及波动型负载时的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，以解决现有的基波坐标系下APF计算方法的滞后性严重等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，包括以下步骤：

(1)对系统相电压进行相位变换和低通滤波处理后，得到直流滤波值，将直流滤波值进行锁相后获得系统相电压的相位，作为整个系统各环节所需要的角度基值；同时，将系统相电压经过基波前馈处理后，得到相电压的前馈值，作为系统基波前馈参考电压；

(2)基波电流的处理

首先，对装置的实际直流电压与给定直流电压相减作PI操作，以得到正序基波有功电流给定值，以备与装置输出的正序基波有功电流进行闭环操作；

然后，对装置输出电流进行相位变换后，获得的正负序坐标系下的有功无功直流分量；

最后，对正序坐标系下的直流分量进行解耦后与0进行PI闭环操作，对负序坐标系下的直流分量进行解耦后与0进行闭环操作后再进行Park转换，获得基波坐标系下的有功无功参考电压；

(3)正负序下的谐波处理，定义n＝6k+1(k＝1-8)次为正序谐波，定义m＝6k-1(k＝1-8)次为负序谐波：

对n次正序谐波的装置输出电流与负载电流分别在正方向的n倍速的旋转坐标系下进行取直流分量的计算，再进行闭环、LPF低通滤波和PI比例积分处理，得到在各次正序坐标系下的参考电压，以该参考电压直流量进行Park反变换，获得正序基波坐标系下针对本次谐波的有功无功参考电压；

对m次负序谐波的装置输出电流与负载电流分别在负方向的m倍速的旋转坐标系下进行取直流分量的计算，再进行闭环、LPF低通滤波和PI比例积分处理，得到在各次负序坐标系下的参考电压，对该参考电压直流量进行第二次Park变换，得到负序基波坐标系下针对本次谐波的有功无功参考电压；

(4)零序下的谐波处理：

将装置输出电流相加后分别进行3、9、15、21次频率下的带通滤波处理，获得各次的装置输出电流的带通滤波值。

对负载电流进行3、9、15、21次频率下的带通滤波，同时将滤波值向前超前90度处理，获得各次的负载电流的带通滤波值，将各次的负载电流的带通滤波值依据其有效值进行限幅处理后，进入谐波前馈处理模块，与其对应的各次的装置输出电流的带通滤波值的有效值一起进行前馈处理，得到各次零序电压前馈值。

(5)将步骤(2)的基波坐标系下有功参考电压与步骤(3)的各次谐波的有功参考电压叠加得到所需要的装置输出有功参考电压；将步骤(2)的基波坐标系下无功参考电压与步骤(3)的各次谐波的有功参考电压叠加得到所需要的装置输出无功参考电压；将装置输出有功无功参考电压进行Park反变换和Clarke反变换后与步骤(1)的相电压的前馈值以及步骤(4)的各次零序电压参考分量分别相加，即得到装置输出的参考电压。

进一步地，所述步骤(1)的具体步骤包括：

步骤一：对系统相电压先进行Clarke变换，再进行Park变换，得到正序坐标系下的有功和无功直流分量，对正序无功直流分量进行LPF低通滤波处理，得到的直流滤波值进入锁相环模块，进行系统电压相位的锁相，PLL模块输出系统相电压的相位，作为整个系统各环节所需要的角度基值。

步骤二：将系统相电压输入基波前馈模块进行前馈处理后，得到相电压的前馈值，以作为系统基波前馈参考电压。

进一步地，所述步骤(2)中，对正序坐标系下的有功无功直流分量与负序坐标系下的有功无功直流分量分别通过有源低通滤波器LPF进行解耦操作，得到基波坐标系下有功无功电流解耦值，其中，对正序坐标系下的有功无功电流解耦值与0进行PI闭环操作，得到正序坐标系下有功无功参考电压，对负序坐标系下的有功无功电流解耦值分别与0进行PI闭环操作后，再进行Park，得到负序坐标系下有功无功参考电压，正负序坐标系下的有功无功参考电压构成基波坐标系的有功无功参考电压。

本发明的原理为：本发明参考对基波电流的处理方式，针对每一次谐波电流建立同步坐标系，并在这个坐标系下得到本次谐波的直流分量，得到在每次谐波坐标系下的直流分量后再转至基波坐标系下产生参考电压，就可以发出所需要谐波电流了。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，由于该计算方法是在谐波坐标系下进行直流分量的获取，所以只需要半个谐波周期的时间，大大地缩短了延时，响应速度会大幅度提高，理论上可以达到像基波一样的治理效果；同时这种计算方法创造了多个类似基波ABC三相坐标系的旋转坐标系，可以很容易分离出各次谐波坐标系下有功无功分量，物理意义很明确，所以很容易实现不同补偿目标，如：当现场某次谐波放大时，可将这次谐波的输出设为零，而这在其它的算法中实现是很困难的。

附图说明

图1为本发明的多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法的原理图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例提供了一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)采集系统相电压U_AN、U_BN、U_CN，对系统相电压U_AN、U_BN、U_CN先进行Clarke变换，再进行Park变换，得到正序坐标系下的有功和无功直流分量对正序无功直流分量进行LPF低通滤波处理，得到的直流滤波值进入锁相环模块，进行系统电压相位的锁相，PLL模块输出系统相电压的相位作为整个系统各环节所需要的角度基值；

同时，将系统相电压U_AN、U_BN、U_CN输入基波前馈模块进行处理后，得到相电压的前馈值V_{AN_B}、V_{BN_B}、V_{CN_B}，以作为SVPWM的基波前馈参考电压；

(2)基波电流的处理

首先，对装置的实际直流电压U_DC与给定直流电压相减作PI(比例积分)操作，以得到正序基波有功电流给定值以备与装置输出的正序基波有功电流进行闭环操作。

然后，采集装置的输出电流I_A、I_B、I_C，对输出电流I_A、I_B、I_C先通过三相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的有功无功直流分量与负序坐标系下的有功无功直流分量

具体的Clarke变换为：

正序Park变换为：

负序Park变换为：

对正序坐标系下的有功无功直流分量与负序坐标系下的有功无功直流分量分别通过有源低通滤波器LPF进行解耦操作，具体为：

得到解耦后的正序有功无功电流解耦值负序有功无功电流解耦值对正序有功无功电流解耦值与0进行PI闭环操作，得到正序坐标系下有功无功参考电压对负序有功电流解耦值和负序无功电流解耦值分别与0进行PI闭环操作后，再进行Park，得到负序坐标系下有功无功参考电压

(3)正负序下的谐波处理，定义n＝6k+1(k＝1-8)次为正序谐波，定义m＝6k-1(k＝1-8)次为负序谐波。

<3.1>正相序下：

对装置输出电流I_A、I_B、I_C先进行三相Clarke变换，然后分别在n(n＝7,13,19,25,31,37,43,49)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个正序坐标系下输出电流的有功与无功分量

同时，对负载电流IL_A、IL_B、IL_C进行三相Clarke变换，然后分别在n(n＝7,13,19,25,31,37,43,49)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个正序坐标系下输出电流的有功与无功分量

对装置输出电流和负载电流的有功与无功分量分别做闭环操作后，利用LPF低通滤波处理，输出值进行PI比例积分控制，得到各次正序坐标系下的参考电压将通过Inv_Park模块进行Park反变换，获得正序基波坐标系下针对本次谐波的有功无功参考电压

<3.2>负相序下：

对装置输出电流I_A、I_B、I_C先进行三相Clarke变换，然后分别在m(m＝5,11,17,23,29,35,41,47)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个负序坐标系下输出电流的有功与无功分量

同时，对负载电流IL_A、IL_B、IL_C进行三相Clarke变换，然后分别在m(m＝5,11,17,23,29,35,41,47)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个负序坐标系下输出电流的有功与无功分量

对装置输出电流和负载电流的有功与无功分量分别做闭环操作后，利用LPF低通滤波处理，输出值进行PI比例积分控制，得到各次负序坐标系下的参考电压将通过ParkⅡ模块进行第二次Park变换，得到负序坐标系下针对本次谐波的参考电压

(4)零序下的谐波处理：

对装置输出电流I_A、I_B、I_C相加后分别进行3、9、15、21次频率下的带通滤波处理，获得各次的装置输出电流的带通滤波值I_{N_n}。

对负载电流IL_A、IL_B、IL_C进行3、9、15、21次频率下的带通滤波，同时将滤波值向前超前90度处理，获得各次的负载电流的带通滤波值IL_{A_n}、IL_{B_n}、IL_{C_n}，将各次的带通滤波值IL_{A_n}、IL_{B_n}、IL_{C_n}依据其有效值分别进行限幅处理后，进入谐波前馈处理模块，与各次的装置输出电流的带通滤波值I_{N_n}的有效值一起进行前馈处理，得到各次零序电压前馈值

(5)将基波坐标系下有功参考电压与各次谐波的有功参考电压相叠加得到所需要的装置输出有功参考电压SV_q；将基波坐标系下无功参考电压与各次谐波的有功参考电压相叠加得到所需要的装置输出无功参考电压SV_d；将装置输出有功无功参考电压SV_q、SV_d进行Park反变换和Clarke反变换后与相电压的前馈值V_{AN_B}、V_{BN_B}、V_{CN_B}以及各次零序电压参考分量分别相加，即得到装置输出的参考电压。

以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims

1.一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)基波电流的处理

(4)零序下的谐波处理：

2.根据权利要求1所述的一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述的一种多同步旋转坐标系下分次谐波补偿的三相四线制APF计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对正序坐标系下的有功无功直流分量与负序坐标系下的有功无功直流分量分别通过有源低通滤波器LPF进行解耦操作，得到基波坐标系下有功无功电流解耦值，其中，对正序坐标系下的有功无功电流解耦值与0进行PI闭环操作，得到正序坐标系下有功无功参考电压，对负序坐标系下的有功无功电流解耦值分别与0进行PI闭环操作后，再进行Park，得到负序坐标系下有功无功参考电压，正负序坐标系下的有功无功参考电压构成基波坐标系的有功无功参考电压。