CN108551169A - 用于三电平有源滤波器的电流控制方法 - Google Patents

用于三电平有源滤波器的电流控制方法 Download PDF

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于瑞龙
吴嘉望
江炳杰
蒋华凯
林之
叶文海
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Ningbo Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Xiangshan Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Ningbo Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Xiangshan Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
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    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

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Abstract

本发明提供用于三电平有源滤波器的电流控制方法，属于电工领域，包括提取三电平有源滤波器所处线路中的基波电流分量、谐波电流分量；对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量；对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量；基于第一处理电流分量和第二处理电流分量，完成对三电平有源滤波器的电流控制。对于谐波电流采用内同步旋转坐标下的PI和并联比例谐振控制控制器进行跟踪控制。一个谐振控制器可以控制相应的静止坐标下的两次谐波分量，提高了系统的效率，动态性能良好，跟踪精度高。

Description

用于三电平有源滤波器的电流控制方法
技术领域
本发明属于电工领域，特别涉及用于三电平有源滤波器的电流控制方法。
背景技术
目前，电力系统中消除谐波的一种有效的手段就是使用滤波器，无源滤波器和有源滤波器是两种常用的治理方法。无源电力滤波器虽结构简单，价格较低，但也存在其固有不足：易产生谐振危险、只能消除设计规定的谐波成分，通用性差、负载量过大时，可能引起无源电力滤波器自身过载而损坏等等。鉴于无源滤波器的缺点，提出了有源滤波技术。
针对有源滤波器目前尚无法对谐波电流进行有效的控制，谐波电流失常会导致控制系统的效率降低，动态性能也会受到较大影响。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了借助比例积分和谐振控制对谐波电流进行有效控制的用于三电平有源滤波器的电流控制方法。
为了达到上述技术目的，本实施例提供了用于三电平有源滤波器的电流控制方法，所述电流控制方法，包括：
提取三电平有源滤波器所处线路中的基波电流分量、谐波电流分量；
对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量；
对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量；
基于第一处理电流分量和第二处理电流分量，完成对三电平有源滤波器的电流控制。
可选的，所述对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量，包括：
确定如公式一所示的比例积分处理表达式
Gf(s)＝Kpf(1+1/τfs)公式一，
其中，Kpf为比例增益系数，τf为时间积分常数。
可选的，在所述电流控制方法中：
所述比例增益系数基于公式二确定
Kpf＝ωcLT/(Vdc/2)公式二，
其中，ωc为内环电流带宽的剪切频率，Vdc/2标幺化处理系数，LT为内环电流上的典型电感值。
可选的，所述对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量，包括：
确定如公式三所示的旋转坐标系下的第二处理电流分量表达式
其中，ωn为额定角频率，Kih为谐振增益系数，k为待补偿的最高次数；
根据公式三所示的处理方式对谐波电流分量进行增益处理，得到第二处理电流分量。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过对于谐波电流采用内同步旋转坐标下的PI和并联比例谐振控制(PI-RES)控制器进行跟踪控制。一个谐振控制器可以控制相应的静止坐标下的两次谐波分量，提高了系统的效率，动态性能良好，跟踪精度高，具有较强的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于三电平有源滤波器的电流控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本实施例提供了用于三电平有源滤波器的电流控制方法，如图1所示，所述电流控制方法，包括：
11、提取三电平有源滤波器所处线路中的基波电流分量、谐波电流分量；
12、对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量；
13、对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量；
14、基于第一处理电流分量和第二处理电流分量，完成对三电平有源滤波器的电流控制。
在实施中，电流控制是有源电力滤波器(Active power filter，APF简称有源滤波器)的核心，决定了系统的补偿效果。为了维持补偿效果的稳定，本实施例提出了采用dq旋转坐标系下的PI(比例、积分)和多并联谐振控制器组进行跟踪控制的方式。每一个谐振控制器可以控制相应的静止坐标系下的两次谐波分量，提高了系统效率，电压外环使用PI调节器维持电压稳定。
可选的，所述对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量，包括：
确定如公式一所示的比例积分处理表达式
Gf(s)＝Kpf(1+1/τfs)公式一，
其中，Kpf为比例增益系数，τf为时间积分常数。
在所述电流控制方法中：
所述比例增益系数基于公式二确定
Kpf＝ωcLT/(Vdc/2)公式二，
其中，ωc为内环电流带宽的剪切频率，Vdc/2标幺化处理系数，LT为内环电流上的典型电感值。
在实施中，对于基波电流分量采用基于公式一所示的PI跟踪：
Gf(s)＝Kpf(1+1/τfs)公式一，
Kpf决定了内环电流环的带宽，Kpf的值必须要进行合适的选择，以保证剪切频率ωc在需要补偿的谐波带宽内，Kpf选取可以参考式子:Kpf＝ωcLT/(Vdc/2),Vdc/2是为了标幺化处理。
τf的选择决定了基波稳态的追踪误差，因此要选取的相对较小。但过小也会影响系统的稳定性。综合考虑，本实施例通过选取相位裕度方法来选取合适的积分常数，参考公式如下：
可选的，所述对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量，包括：
确定如公式三所示的旋转坐标系下的第二处理电流分量表达式
其中，ωn为额定角频率，Kih为谐振增益系数，k为待补偿的最高次数；
根据公式三所示的处理方式对谐波电流分量进行增益处理，得到第二处理电流分量。
在实施中，同样的准谐振控制器可以在三相静止坐标下实现，但需要更多的环节。同步旋转坐标系下的一个谐振控制器更具效率，因为同步旋转坐标系下的一个控制器代表了两个静止坐标系下的谐振环节。5次负序谐波分量和7次正序谐波在dq旋转坐标系下是6次分量。同理11次负序和13次正序分量在dq旋转坐标系下是12次分量，k值的选取不能太大，以抑制谐振。
本发明提供用于三电平有源滤波器的电流控制方法，对于谐波电流采用内同步旋转坐标下的PI和并联比例谐振控制(PI-RES)控制器进行跟踪控制。一个谐振控制器可以控制相应的静止坐标下的两次谐波分量，提高了系统的效率，动态性能良好，跟踪精度高，具有较强的实用性。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于三电平有源滤波器的电流控制方法，其特征在于，所述电流控制方法，包括：
提取三电平有源滤波器所处线路中的基波电流分量、谐波电流分量；
对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量；
对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量；
基于第一处理电流分量和第二处理电流分量，完成对三电平有源滤波器的电流控制。
2.根据权利要求1所述的用于三电平有源滤波器的电流控制方法，其特征在于，所述对基波电流分量进行比例积分跟踪处理，得到第一处理电流分量，包括：
确定如公式一所示的比例积分处理表达式
Gf(s)＝Kpf(1+1/τfs) 公式一，
其中，Kpf为比例增益系数，τf为时间积分常数。
3.根据权利要求1所述的用于三电平有源滤波器的电流控制方法，其特征在于，在所述电流控制方法中：
所述比例增益系数基于公式二确定
Kpf＝ωcLT/(Vdc/2) 公式二，
其中，ωc为内环电流带宽的剪切频率，Vdc/2标幺化处理系数，LT为内环电流上的典型电感值。
4.根据权利要求1所述的用于三电平有源滤波器的电流控制方法，其特征在于，所述对谐波电流分量进行旋转坐标系下的谐振控制器并联处理，得到第二处理电流分量，包括：
确定如公式三所示的旋转坐标系下的第二处理电流分量表达式
其中，ωn为额定角频率，Kih为谐振增益系数，k为待补偿的最高次数；
根据公式三所示的处理方式对谐波电流分量进行增益处理，得到第二处理电流分量。
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