CN108110771A - 一种新型有源电力滤波器滤波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型有源电力滤波器滤波电路，其特征在于通过波特图详细分析了电阻和电容参数选取对APF电流内环的影响，设计了一种新型的RC滤波电路。针对延时问题，提出一种基于预测控制策略的电流控制方法，对采样的电网电压以及逆变器输出电流都作了超前一拍预测，减小了延时对系统影响，增强系统的鲁棒性。使用该新型有源电力滤波器滤波电路，能够有效地降低截止频率选取对电流内环的影响，对高次谐波的抑制效果很好，而且系统稳定高。本发明所提出的基于预测控制策略的电流控制方法，对采样的电网电压以及逆变器输出电流的稳定性有很大的提高，并且减小了延时对系统的影响，增强系统的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明属于电流预测控制领域，尤其涉及一种基于电流预测控制的新型有源电力滤波器滤波电路。
背景技术
近年来，随着越来越多的非线性负载接入电网，电力系统谐波污染日趋严重，谐波泛滥影响着电网的安全经济运行。为有效抑制电网中的谐波污染，提高电能质量，各种无源电力滤波器（PPF）和有源电力滤波器（APF）得到了高度关注。APF 通过向电网注入补偿电流来抵消负载所产生的动态谐波电流和无功电流，广泛应用于各种工业及民用场合。
在提高 APF 补偿精度方面，必须要解决以下两个问题:1)在 APF实际工作中，控制器通过高速模拟数字（AD）通道，采样输出电流作为电流内环的闭环反馈，使得输出电流能及时跟踪指令电流。而在反馈回路的滤波电路设计中，电阻、电容参数大小的选取直接决定着采样通道截止频率的高低。当截止频率选取不当时，会引入谐振峰值，在 APF 输出补偿次谐波的同时产生谐振频率附近的高次谐波，影响了APF的补偿性能，当高次谐波含量过高时，会致使整个控制系统不稳定。
2)控制器的延时在很大程度上也会影响 APF装置的补偿性能。在减小控制器的延时方面，国内外已有诸多研究。电流内环的设计是改善延时的关键所在，APF电流内环控制方法集中为以下几种：重复控制将上一个控制周期的偏差和这一个周期的偏差均加入到被控对象进行控制，提高了电流跟踪精度及系统的稳定性，但仍然存在控制周期滞后的延时问题；比例—谐振（PR）控制可理解为正弦信号的广义积分，在特定频率处拥有无穷大增益，从而使系统对该频率的稳态跟踪误差在理论上为零，该方法可实现选择谐波补偿，但对应不同频率的谐波，需采用不同的谐振控制器，其运算量依然较大；适用于逆变器的鲁棒预测控制，运用龙贝格观测器在第k时刻预测第k+1时刻的输出电流，并通过其在z域下的根轨迹图，详细分析了延时对系统稳定性的影响，但在实际的工程应用中，略显复杂。
发明内容
本发明就是针对上述问题，设计了一种基于电流预测控制策略的新型有源电力滤波器滤波电路，通过波特图详细分析了电阻和电容参数选取对APF电流内环的影响，设计了一种新型的RC滤波电路。针对延时问题，提出一种基于预测控制策略的电流控制方法，对采样的电网电压以及逆变器输出电流都作了超前一拍预测，减小了延时对系统影响，增强系统的鲁棒性。
本发明采用的技术方案是，一种新型有源电力滤波器滤波电路，包括RC滤波电路、主电路、电流预测控制。
所述的RC滤波电路，用于滤除APF输出的高频谐波分量，本发明所设计的滤波电路为三阶 RC 滤波电路，其主要特点是高频抑制效果好，系统稳定高。滤波电路分为调理电路和采样电路。
所述的主电路，功率器件采用英飞凌型号FF300R12ME4的IGBT，额定电压为1200V，额定电流为100A，采样频率和控制频率均为10kHz。
所述的电流预测控制，考虑到控制及硬件电路的延时和电感值变化对系统稳定性的影响，在第k个周期对APF采样的电网电压以及输出电流第k+1个周期的值进行预测，增强系统的鲁棒性。引入误差修正系数 km来折中控制环节的累积误差，消除电感值，在第k个周期所得到的采样值与实际值将出现一定的偏差，提高电流内环的跟踪效果。
本发明的有益效果是，该新型有源电力滤波器滤波电路，能够有效地降低截止频率选取对电流内环的影响，对高次谐波的抑制效果很好，而且系统稳定高。
本发明所提出的基于预测控制策略的电流控制方法，对采样的电网电压以及逆变器输出电流的稳定性有很大的提高，并且减小了延时对系统的影响，增强系统的鲁棒性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图 1 是本发明电路原理框图。
图2是本发明滤波电路的结构图。
具体实施方式
如图所示，本发明的新型有源电力滤波器滤波电路，包括RC滤波电路、主电路、电流预测控制。所述的RC滤波电路，用于滤除APF输出的高频谐波分量，本发明所设计的滤波电路为三阶 RC 滤波电路，其主要特点是高频抑制效果好，系统稳定高。
滤波电路分为调理电路和采样电路。前级调理电路通过电阻将传感器送入的电流信号转换为之间的电压信号，通过，C1滤除部分高频毛刺，接着在采样电路中通过 R2，C 2进行两次滤波。本发明中：；。
所述的主电路，功率器件采用英飞凌型号FF300R12ME4的IGBT，额定电压为1200V，额定电流为100A，采样频率和控制频率均为10kHz，该型号IGBT功率小而饱和压降低，并且控制电路简单，在各种电力变换中获得了广泛应用。
所述的电流预测控制，考虑到控制及硬件电路的延时和电感值变化对系统稳定性的影响，在第k个周期对APF采样的电网电压以及输出电流第k+1个周期的值进行预测，增强系统的鲁棒性。引入误差修正系数 km来折中控制环节的累积误差，消除电感值，在第k个周期所得到的采样值与实际值将出现一定的偏差，提高电流内环的跟踪效果。随着km取值的增大，系统允许的延时逐渐减小，系统鲁棒性变差，当km增大到一定值时，系统将不稳定。所以km的最佳取值范围为。
以上关于本发明的具体描述，没有局限性，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种新型有源电力滤波器滤波电路，包括滑模变结构控制器、控制芯片、非线性负载，其特征在于该方法的电压外环采用滑模变结构控制，在电流内环，当系统电流偏差被控制在一定范围内时，开关状态的选择以提高系统的控制精度为目标；当系统电流偏差较大时，开关状态的选择以提高暂态响应速度为目标。
2.根据权利要求 1所述的新型有源电力滤波器滤波电路，其特征在于，所述的RC滤波电路，用于滤除APF输出的高频谐波分量，本发明所设计的滤波电路为三阶 RC 滤波电路，其主要特点是高频抑制效果好，系统稳定高；滤波电路分为调理电路和采样电路。
3.根据权利要求 1所述的新型有源电力滤波器滤波电路，其特征在于，所述的主电路，功率器件采用英飞凌型号FF300R12ME4的IGBT，额定电压为1200V，额定电流为100A，采样频率和控制频率均为10kHz。
4.根据权利要求 1所述的新型有源电力滤波器滤波电路，其特征在于，所述的电流预测控制，考虑到控制及硬件电路的延时和电感值变化对系统稳定性的影响，在第k个周期对APF采样的电网电压以及输出电流第k+1个周期的值进行预测，增强系统的鲁棒性；引入误差修正系数 km来折中控制环节的累积误差，消除电感值，在第k个周期所得到的采样值与实际值将出现一定的偏差，提高电流内环的跟踪效果。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180601 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |