CN107579523A - 一种阻性有源滤波器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统的滤波技术，具体涉及一种可以有效抑制电力系统中谐波谐振的阻性有源滤波器的控制方法。该阻性有源滤波器的控制方法，包括全桥变流器、直流电容、交流侧滤波电感‑电容串联支路、交流电流采样电路、直流侧电压采样电路和控制电路。本发明阻性有源滤波器的控制方法的控制方法省略了电网电压采样环节的同时，实现阻性有源滤波器对电力系统中谐波谐振的阻尼，不仅有效降低阻性有源滤波器的成本，而且降低阻性有源滤波器的复杂度，具有很强的工程实现价值。

Description

一种阻性有源滤波器的控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统的滤波技术，具体涉及一种可以有效抑制电力系统中谐波谐振的阻性有源滤波器的控制方法。
背景技术
目前，电力系统中谐波污染问题日益严重，大量的谐波极易引起电力系统的谐振，导致电力系统产生故障。
人们发现，通过接入无源电阻的方式可以有效的抑制谐波谐振问题，但是无源电阻会造成有功能量的损耗，产生发热等问题。
近年来，随着电力电子技术的发展，阻性有源滤波器的概念被提出。阻性有源滤波器是通过对电力电子变流器的控制，使其在若干谐波频率上模拟无源电阻的伏安特性，实现阻尼谐振的目的。阻性有源滤波器可以避免有功能量的消耗，相比于无源电阻更加的节能，在未来电力系统谐振阻尼领域有非常广泛的应用前景。
但是，传统的阻性有源滤波器，需要采集电网侧的电压，然后提取出其中的谐波成份，利用伏安定理得到变流器输出谐波电流指令，最后闭环控制变流器输出的谐波电流，使其模拟出谐波电阻的特性。这种方法需要大量的电压、电流采样元件，提高了实现成本，限制了阻性有源滤波器的推广使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种阻性有源滤波器的控制方法，该控制方法可使阻性有源滤波器在无需电网电压采样环节的情况下实现阻尼谐振的目的，有效地降低了使用阻性有源滤波器的成本及复杂度。
本发明解决上述问题的技术方案是，一种阻性有源滤波器的控制方法，其特殊之处在于：
采样得到的变流器输出电流，一方面经过电网电压生成器得到电网电压；另一方面经过谐波电阻控制器，得到谐波电压指令；
直流电容电压给定值和直流电容电压实际值相减，其差值经过PI控制器后，得到变流器电压指令的基波分量的幅值，该变流器电压指令的基波分量的幅值乘以电网电压得到基波电压指令；
所述基波电压指令和谐波电压指令的加和构成变流器输出电压指令，通过变流器输出电压指令控制全桥变流器的运行。
进一步地，谐波电压指令的生成如下式：
Voh＝-Ig·(G(s)KC+R) (1)
其中，Ig为阻性有源滤波器输出电流，R为期望实现的谐波电阻值，G(s)和KC的表达式如下：
公式(2)、(3)中，ω0表示谐波的角频率，s表示s域的变量，ω表示角频率，Ca表示电容，La表示电感。
进一步地，基波电压指令的生成环节中，电网电压信息采用开环方式获取，其实现方法如下式：
VPOC＝VO-IgZLC (4)
式中，VPOC表示阻性有源滤波器接入电网点电压，VO表示变流器输出电压，Ig为阻性有源滤波器输出电流，ZLC为滤波电感电容串联支路的阻抗，其值等于：
式中，j表示复数平面的虚轴单位。
本发明的优点：
本发明一种阻性有源滤波器的控制方法，在省略了电网电压采样环节的同时，还实现了阻性有源滤波器对电力系统中谐波谐振的阻尼，不仅能有效降低阻性有源滤波器的成本，而且可以降低阻性有源滤波器的复杂度，具有很强的工程实现价值。
附图说明
图1是本发明阻性有源滤波器的电路拓扑；
图2是本发明阻性有源滤波器的控制策略图；
图3是本发明阻性有源滤波器的谐波电阻控制器控制策略图。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明进行详述：
参见图1，一种阻性有源滤波器电路拓扑，包括全桥变流器、直流电容、滤波电感-电容串联支路、交流电流采样电路、直流电压采样电路和控制电路。
全桥变流器的直流侧与直流电容和直流电压采样电路连接，全桥变流器的交流侧与滤波电感-电容串联支路和交流电流采样电路连接，直流电压采样电路的输出和交流电流采样电路的输出分别连接到控制电路，控制电路计算得到变流器输出电压指令，控制全桥变流器的运行。该装置可以在谐波频率上模拟出电阻的特性，实现对电力系统中谐振的抑制。
参见图2，一种阻性有源滤波器的控制方法：
采样得到的变流器输出电流，一方面经过电网电压生成器得到电网电压；另一方面经过谐波电阻控制器，得到谐波电压指令；
直流电容电压指令值(即直流电容电压给定值)和反馈值(即直流电容电压实际值)相减，其差值经过PI控制器后，得到变流器电压指令的基波分量的幅值，该变流器电压指令的基波分量的幅值乘以电网电压得到基波电压指令；
基波电压指令和谐波电压指令的加和构成变流器输出电压指令，通过变流器输出电压指令控制输出电流，最后实现稳定直流电容电压和谐波谐振阻尼的功能。
其中的电网电压生成器，是利用开环方式获取电网电压信息的。其获取方法如下式：
VPOC＝VO-IgZLC (4)
式中，VPOC表示阻性有源滤波器接入电网点电压，VO表示变流器输出电压，Ig为阻性有源滤波器输出电流，ZLC为滤波电感电容串联支路的阻抗，其值等于：
式中，j表示复数平面的虚轴单位，ω表示角频率，Ca表示图1中的电容，La表示图1中的电感。
图3为谐波电阻控制器的结构，0和变流器输出电流的差值，经过比例环节和控制环节。其中比例环节的系数R表示期望的谐波电阻值。控制环节的表达式如下：
谐波电压指令的生成如下式：
Voh＝-Ig·(G(s)KC+R) (1)
上式中，Ig为阻性有源滤波器输出电流，ω0表示谐波的角频率，s表示s域的变量，ω表示角频率，Ca表示电容，La表示电感。

Claims (3)

1.一种阻性有源滤波器的控制方法，其特征在于：
采样得到的变流器输出电流，一方面经过电网电压生成器得到电网电压；另一方面经过谐波电阻控制器，得到谐波电压指令；
直流电容电压给定值和直流电容电压实际值相减，其差值经过PI控制器后，得到变流器电压指令的基波分量的幅值，该变流器电压指令的基波分量的幅值乘以电网电压得到基波电压指令；
所述基波电压指令和谐波电压指令的加和构成变流器输出电压指令，通过变流器输出电压指令控制全桥变流器的运行。
2.根据权利要求1所述的一种阻性有源滤波器的控制方法，其特征在于：所述谐波电压指令的生成如下式：
Voh＝-Ig·(G(s)KC+R) (1)
其中，Ig为阻性有源滤波器输出电流，R为期望实现的谐波电阻值，G(s)和KC的表达式如下：
<mrow> <mi>G</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1.414</mn> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <msup> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mn>1.414</mn> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;omega;</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;omega;L</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>&amp;omega;C</mi> <mi>a</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
公式(2)、(3)中，ω0表示谐波的角频率，s表示s域的变量，ω表示角频率，Ca表示电容，La表示电感。
3.根据权利要求1或2所述的一种阻性有源滤波器的控制方法，其特征在于：所述基波电压指令的生成环节中，电网电压信息采用开环方式获取，其实现方法如下式：
VPOC＝VO-IgZLC (4)
式中，VPOC表示阻性有源滤波器接入电网点电压，VO表示变流器输出电压，Ig为阻性有源滤波器输出电流，ZLC为滤波电感电容串联支路的阻抗，其值等于：
<mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>C</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>j&amp;omega;C</mi> <mi>a</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>j&amp;omega;L</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，j表示复数平面的虚轴单位。
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