CN107732914B - 改善逆变器电流波形质量的控制方法 - Google Patents

改善逆变器电流波形质量的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107732914B
CN107732914B CN201710845598.8A CN201710845598A CN107732914B CN 107732914 B CN107732914 B CN 107732914B CN 201710845598 A CN201710845598 A CN 201710845598A CN 107732914 B CN107732914 B CN 107732914B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
harmonic
load
control
proportional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710845598.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107732914A (zh
Inventor
郭志超
陈杰
张华斌
王红鹃
安涛
牛士佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Electric Power Automatic Equipment Co Ltd
Original Assignee
Beijing Electric Power Automatic Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Electric Power Automatic Equipment Co Ltd filed Critical Beijing Electric Power Automatic Equipment Co Ltd
Priority to CN201710845598.8A priority Critical patent/CN107732914B/zh
Publication of CN107732914A publication Critical patent/CN107732914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107732914B publication Critical patent/CN107732914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

一种改善逆变器电流波形质量的控制方法，包括以下步骤步骤一，检测负载电流；步骤二，对负载电流做N次dq变换；步骤三，对N次dq变换后的信号，进行低通滤波处理以得到负载N次谐波电流；步骤四，对负载N次谐波电流进行N次dq反变换；步骤五，经过电流跟踪控制环节之后，输出电流；N为正整数；还包括步骤六，检测输出电流的N次谐波并在dq坐标系与检测到的负载N次谐波电流相减得到偏差，对于偏差进行比例积分控制；步骤七，在dq坐标系中，将负载N次谐波电流进行比例控制后与步骤六的比例积分控制结果相加作为该N次谐波的最终指令，输出至步骤四。本发明能基本消除电流跟踪控制环节带来的误差，使得APF输出电流更加接近指令电流。

Description

改善逆变器电流波形质量的控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器控制技术领域，特别涉及一种改善逆变器电流波形质量的控制方法。
背景技术
有源电力滤波器(Active power filter，简称APF)是一种新型的综合电能质量补偿设备，其本质为以电力电子器件为核心的电力变换器，一般的有源电力滤波器是一个电流模式控制的电压源逆变器。输出电流是通过逆变器输出的电压作用在输出电感上产生的，可实现谐波、无功、三相不平衡等多种电能质量问题的综合补偿，具有补偿范围宽、响应速度快等优点。
指令电流计算采用瞬时功率理论，该理论由日本学者赤木泰文最先提出，该理论的基本思路是：将abc三相系统电压、电流转换成αβ坐标系上的矢量，将电压、电流矢量的点积定义为瞬时有功功率；将电压、电流矢量的叉积定义为瞬时无功功率，然后再将这些功率逆变换为三相补偿电流。瞬时无功功率理论突破了传统功率理论在“平均值”基础上的功率定义，使谐波及无功电流的实时检测成为可能。这对于三相平衡系统的瞬变电流检测具有较好的实时性，有利于系统的快速控制，可以获得较好的补偿效果。瞬时无功功率理论在无功补偿和谐波检测等领域都得到了广泛的应用，以该理论为基础构成的APF可以实现对变化的无功与谐波电流进行实时检测。
如图1所示，常规的基于负载电流检测的APF开环补偿控制直接检测负载谐波电流并且作为指令输出，大致经过：N次dq变换、低通滤波、N次dq反变换、电流跟踪控制等环节。电流跟踪控制环节包括电流跟踪控制电路、驱动电路和逆变器，电流跟踪控制电路根据指令电流计算出逆变器各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于逆变器，使逆变器输出与负载谐波电流大小相等、方向相反的谐波电流。由于计算延时、最小脉宽、死区和死区补偿、电网背景谐波、锁相环(Phase Locked Loop，PLL)锁相误差的存在，导致输出电流发生畸变，APF实际输出电流与指令电流有一定偏差，输出电流中的谐波幅值和相角与指令不一致，并且还带出了指令中所没有的其他次数的谐波电流，导致开环补偿效果较差。
由于计算延时、最小脉宽、死区和死区补偿、电网背景谐波、PLL锁相误差的存在，导致输出电流发生畸变，APF实际输出电流与指令电流有一定偏差，输出电流中的谐波幅值和相角与指令不一致，并且还带出了指令中所没有的其他次数的谐波电流，导致开环补偿效果较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善逆变器电流波形质量的控制方法，以解决现有技术存在的开环补偿效果差的问题。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种改善逆变器电流波形质量的控制方法，包括以下步骤：步骤一，检测负载电流；步骤二，对负载电流做N次dq变换；步骤三，对N次dq变换后的信号，进行低通滤波处理以得到负载N次谐波电流；步骤四，对负载N次谐波电流，进行N次dq反变换；步骤五，经过电流跟踪控制环节之后，输出电流；N为正整数；其特征在于，还包括以下步骤：步骤六，检测输出电流的N次谐波并在dq坐标系与检测到的负载N次谐波电流相减得到偏差，对于偏差进行比例积分控制；步骤七，在dq坐标系中，将负载N次谐波电流进行比例控制后与步骤六的比例积分控制结果相加作为该N次谐波的最终指令，输出至步骤四。
优选地，步骤六具体为：对输出电流，依次进行N次dq变换、低通滤波处理之后，与检测到的负载N次谐波电流相减。
优选地，在步骤七中，比例控制环节的比例系数小于1，以避免补偿电流过冲。
优选地，还包括以下步骤：步骤八，增加第一负反馈通道，以通过输出电流闭环控制将由逆变器的干扰因素导致的输出电流中包含的谐波电流补偿到接近为0。
优选地，步骤八具体为：检测输出电流，依次进行M次dq变换、低通滤波处理之后，与一指令为0电流相减得到相减结果；并对相减结果依次进行比例积分控制、M次dq反变换之后，与步骤7的处理结果进行相加得到相加结果，以相加结果作为该N次谐波的最终指令，输出至步骤四；M为正整数，且不等于N。
优选地，在步骤一之后，对所有的负载谐波电流依次执行步骤二、步骤三、步骤六、步骤七、步骤八、步骤四和步骤五。
分析可知，本发明针对谐波，增加负反馈通道，加入输出电流闭环控制，能够基本消除电流跟踪控制环节带来的误差，使得APF输出电流更加接近指令电流。
附图说明
图1为现有技术的基于负载电流检测的APF开环补偿控制框图。
图2为本发明的基于负载电流检测的APF输出电流闭环补偿控制框图。
图3为本发明的基于负载电流检测的APF输出电流闭环补偿同时对于APF发出的其他次数谐波进行闭环补偿的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，针对基于负载电流检测的APF开环补偿控制方式中输出电流谐波幅值和相角与指令不一致的问题，本发明增加了一负反馈通道(或称为第二负反馈通道)，检测输出电流的对应次数谐波并在dq坐标系与检测到的负载对应次数谐波电流相减，对于偏差进行比例积分控制，将该负载谐波电流进行比例控制后与比例积分控制结果相加作为该次谐波的最终指令。负反馈通道的加入可以保证输出电流中该次谐波的幅值和相角与指令基本一致，比例环节保证了补偿的快速性。
具体地，与现有技术相同，本发明也包括以下步骤：
步骤1，检测负载电流，对负载电流做N次dq变换，例如图中所示的N＝5次。步骤2，对5次dq变换后的信号，进行低通滤波处理以得到负载N次谐波电流。步骤3，对低通滤波处理后的负载N次谐波电流，进行5次dq反变换。步骤4，经过电流跟踪控制环节之后，得到输出电流。电流跟踪控制环节用于将接收的电流的最终指令转换为实际输出电流。
与现有技术不同的是，本发明包括有负反馈通道(或称第二负反馈通道)，具体包括以下步骤：检测输出电流的N次谐波并在dq坐标系与检测到的对应次数的负载谐波电流相减，例如，以N＝5为例，对输出电流，依次进行5次dq变换(步骤S5)、低通滤波(步骤S6)处理之后，与检测到的负载5次谐波电流相减，对于偏差进行比例积分控制(步骤S8)。接着，在dq坐标系中，将负载N次谐波电流进行比例控制(步骤S7)后与(步骤S8)的比例积分控制结果相加作为该N次谐波的最终指令，输出至步骤4，例如，以N＝5为例，将负载5次谐波电流(即步骤S2的处理结果)进行比例控制后与比例积分控制结果(步骤S8的处理结果)相加作为该5次谐波的最终指令。
优选地，在步骤7中，比例控制环节的比例系数小于1，以避免补偿电流过冲。
如图3所示，针对现有的基于负载电流检测的APF开环补偿控制方式中输出电流带出了指令中所没有的其他次数谐波电流的问题，本发明还增加了虚线框中的环节，也即再增加一负反馈通道(或称第一负反馈通道)，主要的区别在于指令为0，通过输出电流闭环控制可以将因逆变器的各种干扰因素导致的输出电流中包含的其他次谐波电流补偿到接近为0，基本只剩下补偿负载所需要的谐波电流，降低电网侧整体的谐波畸变率。
具体而言，检测输出电流，依次进行M次(例如图中所示的3次)dq变换(步骤S9)、低通滤波处理(步骤S10)之后，与一指令为0电流相减；并对上述相减结果依次进行比例积分控制(步骤S11)、3次dq反变换(步骤S12)，M为正整数，且M不等于N。
与此相应地，还增加一步骤S13：谐波电流指令综合处理。步骤S3、步骤S12的处理结果均输入至步骤S13，经由步骤S13之后，输入步骤S4。在该步骤S13中，具体对步骤S3和步骤S12的处理结果进行相加。若相加结果在逆变器容量范围内，则将相加结果作为输出指令，输入至步骤S4；若相加结果超出逆变器容量范围，则将逆变器额定容量作为输出指令，输出至步骤S4。
需要额外指出的是，图3只是用于示意性说明本发明的技术方案，对应负载电流的5次谐波支路，还有类似的7次谐波、11次谐波、1M次谐波、17次谐波、19次谐波；虚线框中的负反馈通道支路也不仅仅有3次谐波，考虑到具体APF装置干扰因素不同，可能还有2次谐波、4次谐波、15次谐波、21次谐波等。所有的谐波指令经过谐波电流指令综合环节后作为最终指令进入电流跟踪控制环节，即在步骤一之后，对所有的负载谐波电流依次执行步骤二、步骤三、步骤六、步骤七、步骤八、步骤四和步骤五。此外，图2、图3所示的控制方法应用范围不止局限于APF，在类似拓扑电压源型逆变器输出电流控制中均可使用。
综上，本发明提供一种改善逆变器电流波形质量的控制方法，针对输出电流谐波幅值和相角与指令不一致的问题，增加负反馈通道，检测发出电流的对应次数谐波并在dq坐标系与检测到的负载电流谐波相减，对于偏差进行比例积分控制。针对输出电流带出了指令中所没有的其他次数谐波电流的问题，同样增加负反馈通道，主要的区别在于指令为0，通过输出电流闭环控制可以将各种干扰因素导致的输出电流中包含的其他次谐波电流补偿到接近为0。使得APF输出电流更加接近指令电流。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种改善逆变器电流波形质量的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，检测负载电流；
步骤二，对负载电流做N次dq变换；
步骤三，对N次dq变换后的信号，进行低通滤波处理以得到负载N次谐波电流；
步骤四，对负载N次谐波电流，进行N次dq反变换；
步骤五，经过电流跟踪控制环节之后，输出电流；
N为正整数；
其特征在于，还包括以下步骤：
步骤六，检测输出电流的N次谐波并在dq坐标系与检测到的负载N次谐波电流相减得到偏差，对于偏差进行比例积分控制；
步骤七，在dq坐标系中，将负载N次谐波电流进行比例控制后与步骤六的比例积分控制结果相加作为该N次谐波的最终指令，输出至步骤四。
2.根据权利要求1所述的改善逆变器电流波形质量的控制方法，其特征在于，步骤六具体为：
对输出电流，依次进行N次dq变换、低通滤波处理之后，与检测到的负载N次谐波电流相减。
3.根据权利要求1所述的改善逆变器电流波形质量的控制方法，其特征在于，在步骤七中，比例控制环节的比例系数小于1，以避免补偿电流过冲。
4.根据权利要求1所述的改善逆变器电流波形质量的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤八，增加第一负反馈通道，以通过输出电流闭环控制将由逆变器的干扰因素导致的输出电流中包含的谐波电流补偿到接近为0；
步骤八具体为：
检测输出电流，依次进行M次dq变换、低通滤波处理之后，与一指令为0电流相减得到相减结果；并对相减结果依次进行比例积分控制、M次dq反变换之后，与步骤七的处理结果进行相加得到相加结果，以相加结果作为该N次谐波的最终指令，输出至步骤四；M为正整数，且不等于N。
5.根据权利要求4所述的改善逆变器电流波形质量的控制方法，其特征在于，在步骤一之后，对所有的负载谐波电流依次执行步骤二、步骤三、步骤六、步骤七、步骤八、步骤四和步骤五。
CN201710845598.8A 2017-09-19 2017-09-19 改善逆变器电流波形质量的控制方法 Active CN107732914B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710845598.8A CN107732914B (zh) 2017-09-19 2017-09-19 改善逆变器电流波形质量的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710845598.8A CN107732914B (zh) 2017-09-19 2017-09-19 改善逆变器电流波形质量的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107732914A CN107732914A (zh) 2018-02-23
CN107732914B true CN107732914B (zh) 2020-02-18

Family

ID=61207163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710845598.8A Active CN107732914B (zh) 2017-09-19 2017-09-19 改善逆变器电流波形质量的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107732914B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100588071C (zh) * 2007-03-09 2010-02-03 中国科学院电工研究所 并网发电和电网电力有源滤波的统一控制方法
CN102005763B (zh) * 2010-11-05 2013-06-19 江南大学 无功负序谐波电流pi无静差解耦控制方法
CN102522749A (zh) * 2011-11-10 2012-06-27 中冶华天工程技术有限公司 H桥级联型有源滤波器及其控制方法
CN104795822B (zh) * 2015-03-26 2017-07-11 西南交通大学 兼具无功补偿的指定次谐波检测及其补偿方法
CN206481057U (zh) * 2017-02-10 2017-09-08 中冶华天南京电气工程技术有限公司 一种有源滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107732914A (zh) 2018-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9048726B1 (en) Power system having repetitive control in symmetric sequences with harmonics cancellation
CN110429603B (zh) 六开关七电平有源电力滤波器及补偿方法
Chebabhi et al. A new balancing three level three dimensional space vector modulation strategy for three level neutral point clamped four leg inverter based shunt active power filter controlling by nonlinear back stepping controllers
CN104836232A (zh) 一种有源电力滤波器的频率宽范围自适应重复控制方法
Zhou et al. Time delay compensation-based fast current controller for active power filters
Zhang et al. Study on PWM rectifier without grid voltage sensor based on virtual flux delay compensation algorithm
CN109406854B (zh) 单相有源滤波器的谐波指令电流获取方法、装置及设备
CN113612398B (zh) 电网畸变工况下高频链矩阵变换器非线性控制方法及系统
CN112103970B (zh) 一种并网变流器间谐波振荡抑制方法及装置
Zhou et al. Hybrid prediction-based deadbeat control for a high-performance shunt active power filter
CN105633964A (zh) 一种apf电流控制方法及系统
CN105610145B (zh) 一种功率可回馈的有源全谐波消弧控制方法及其系统
CN107732914B (zh) 改善逆变器电流波形质量的控制方法
EP3506474B1 (en) Single-phase converter control method and apparatus
Liu et al. Model predictive control of permanent magnet synchronous motor based on parameter identification and dead time compensation
CN110635677A (zh) 一种三相变流器的脉冲死区补偿系统
CN111756261B (zh) 一种pwm整流器控制方法和装置
Zhu et al. Interior permanent magnet synchronous motor dead-time compensation combined with extended Kalman and neural network bandpass filter
CN111049156B (zh) 一种无功及不平衡补偿控制方法
Wei et al. A dead-beat control method for APF based on mixed prediction
CN111030474B (zh) 一种高压级联的谐波电源装置及控制方法
CN108899906B (zh) 一种三相四线制apf内置重复无差拍控制方法
Chen et al. A novel adaptive sliding mode control of PWM rectifier under unbalanced grid voltage conditions based on direct power control
KR101322611B1 (ko) 엘리베이터 구동용 피더블유엠 컨버터의 전고조파 왜율 저감 방법
Odavic et al. A" Two Ahead" Predictive Controller for Active Shunt Power Filters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant