CN109638834A - 一种串联lc型滤波器的主动阻抗补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，包括：功率主电路和控制模块；功率主电路包括两电平三相逆变桥H，直流侧并联一只支撑电容CD，交流侧连接由滤波电感L和滤波电容C串联构成的LC串联滤波电路三组，其中，串联的滤波电容C可以承受大部分公共连接点处的电压，进而使得主动阻抗补偿装置承受的端电压较小，避免在电压较高的系统中采用多电平结构，简化了控制；控制模块MC连接两电平三相逆变桥H，用于提供驱动信号；控制模块MC包括A/D采样模块、锁相环、谐波检测环路(HDU)和阻抗补偿环路(ZCL)，用以提供补偿阻抗，降低PCC处电网的等效阻抗，提升电网稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及逆变器并网系统技术领域，尤其涉及一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置。
背景技术
近些年来，随着电力电子技术的发展，大量新型电力电子设备被接入电网，如新能源并网逆变器，高速电力机车，由于这些电力电子设备的控制器复杂，开关频率高，因而具有极强的非线性特性和负电阻特性，带来了传统电网中不存在的新问题，如高次谐波谐振，谐波放大等，严重影响了电网系统的电能质量及稳定性，该问题已成为国内外学者的研究热点。
新型电力电子设备接入电力系统所带来的这一系列谐波谐振，谐波不稳定等问题的根源是由于电网阻抗和并网变流器系统阻抗不匹配造成的，这些问题常常会发生在弱电网，即电网阻抗较大的情况下，目前针对该类问题的解决方法主要有1)改善并网变流器的控制参数，进而改变并网并流器系统的阻抗特性，该方法会影响并网变流器原有的控制性能，限制较大；2)降低既有线路的阻抗，该方法投资较大；3)投入阻抗适配器用以改善并网变流器系统阻抗，然而，阻抗适配器的交流侧通常采用串联单电感，该拓扑表明适配装置需承受PCC处的全部电压，对于电压较高的系统，需采用多电平拓扑，而这种拓扑又将增加成本和控制复杂度。因此提供一种控制简单，即插即用型主动阻抗补偿装置，意义重大。
发明内容
本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其中主动阻抗补偿装置交流侧采用了串联LC型滤波器的拓扑结构，串联的滤波电容C可以承受大部分公共连接点处的电压，进而使得主动阻抗补偿装置承受的端电压较小，避免在电压较高的系统中采用多电平结构，简化了控制；主动阻抗补偿装置的控制模块MC包含了谐波检测环路(HDU)和阻抗补偿环路(ZCL)，可以有效的降低PCC处电网的等效阻抗，提升电网稳定性；并且，由于该装置的功率主电路均为无源元件，因此功率损耗极低。
本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，包括：功率主电路和控制模块；
功率主电路包括两电平三相逆变桥H，直流侧并联一只支撑电容CD，交流侧连接由滤波电感L和滤波电容C串联构成的LC串联滤波电路三组；
控制模块MC连接两电平三相逆变桥H，用于提供驱动信号；
控制模块MC包括A/D采样模块、锁相环、谐波检测环路和阻抗补偿环路；
A/D采样模块连接直流侧和交流侧PCC处，用于获取直流侧电压，交流侧PCC处电压及电流信号；
A/D采样模块的输出端连接谐波检测环路的输入端，谐波检测环路的输出端连接阻抗补偿环路，阻抗补偿环路输出驱动信号至两电平三相逆变桥H；
锁相环输入端连接所述A/D采样模块输出端，实时获取系统频率，所述锁相环输出端连接所述谐波检测环路和所述阻抗补偿环路，提供控制所需的系统频率信号。
优选地，谐波检测环路包括谐波电压检测子模块；谐波电压检测子模块包括第一abc-dq坐标变换单元、第一低通滤波器、第一dq-abc坐标变换单元和第一加法器；
第一abc-dq坐标变换单元的输入端连接A/D采样模块，第一abc-dq坐标变换单元的输出端连接第一低通滤波器的输入端；
第一低通滤波器的输出端连接第一dq-abc坐标变换单元的输入端；
第一dq-abc坐标变换单元的输出端连接第一加法器的输入端，第一加法器的输入端还连接A/D采样模块；
第一加法器的输出端连接阻抗补偿环路的输入端。
优选地，谐波检测环路包括谐波电流检测子模块，谐波电流检测子模块包括第二abc-dq坐标变换单元、第二低通滤波器、第二dq-abc坐标变换单元和第二加法器；
第二abc-dq坐标变换单元的输入端连接A/D采样模块，第二abc-dq坐标变换单元的输出端连接第二低通滤波器的输入端；
第二低通滤波器的输出端连接第二dq-abc坐标变换单元的输入端；
第二dq-abc坐标变换单元的输出端连接第二加法器的输入端，第二加法器的输入端还连接A/D采样模块；
第二加法器的输出端连接阻抗补偿环路的输入端。
优选地，阻抗补偿环路包括直流电压控制环DVC、谐波电流参考信号发生环路HCR、谐波电压参考信号发生环路HVR和SPWM信号产生环路CSL；
直流电压控制环DVC的输入端连接A/D采样模块，直流电压控制环DVC的输出端连接SPWM信号产生环路CSL的输入端；
谐波电流参考信号发生环路HCR的输入端连接谐波检测环路的输出端，谐波电流参考信号发生环路HCR的输出端连接谐波电压参考信号发生环路HVR的输入端；
谐波电压参考信号发生环路HVR的输入端还连接谐波检测环路的输出端，谐波电压参考信号发生环路HVR的输出端连接SPWM信号产生环路CSL的输入端；
SPWM信号产生环路CSL输出驱动信号至两电平三相逆变桥H。
优选地，
第一abc-dq坐标变换单元用于获取A/D采样模块输出的以采样频率fs对交流侧PCC处的电压进行采样得到的三相电压信号ua(t)，ub(t)，uc(t)，并进行abc三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换后的电压信号记作uα(t)、uβ(t)，该变换公式为：
第一abc-dq坐标变换单元还用于根据锁相环得到电网的实时相位信息θ，对两相静止坐标系下的电压信号uα(t)、uβ(t)进行dq变换，变换后的电压信号记作ud(t)、uq(t)，dq变换公式为：
第一低通滤波器用于对电压信号ud(t)、uq(t)进行低通滤波，滤波后的电压信号记作udf(t)、uqf(t)；
第一dq-abc坐标变换单元用于对滤波后的电压信号进行dq反变换到两相静止坐标系，变换后的电压信号记作uαf(t)、uβf(t)，dq反变换公式为：
第一dq-abc坐标变换单元还用于对dq反变换后的电压信号进行两相静止坐标系到abc三相静止坐标系下的变换，输出的电压信号记作uaf(t)，ubf(t)，ucf(t)，该变换公式为：
第一加法器用于将A/D采样模块输出的三相电压信号ua(t)，ub(t)，uc(t)减去第一dq-abc坐标变换单元输出的电压信号uaf(t)，ubf(t)，ucf(t)，得到谐波电压uah(t)，ubh(t)，uch(t)，该减法公式为：
优选地，
第二abc-dq坐标变换单元用于获取A/D采样模块输出的以采样频率fs对交流侧PCC处的电流进行采样得到的三相电流信号ia(t)，ib(t)，ic(t)，并进行abc三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换后的电流信号记作iα(t)、iβ(t)，该变换公式为：
第二abc-dq坐标变换单元还用于根据锁相环得到电网的实时相位信息θ，对两相静止坐标系下的电流信号iα(t)、iβ(t)进行dq变换，变换后的电流信号记作id(t)、iq(t)，dq变换公式为：
第二低通滤波器用于对电流信号id(t)、iq(t)进行低通滤波，滤波后的电流信号记作idf(t)、iqf(t)；
第二dq-abc坐标变换单元用于对滤波后的电流信号进行dq反变换到两相静止坐标系，变换后的电流信号记作iαf(t)、uβf(t)，dq反变换公式为：
第二dq-abc坐标变换单元还用于对dq反变换后的电流信号进行两相静止坐标系到abc三相静止坐标系下的变换，输出的电流信号记作iaf(t)，ibf(t)，icf(t)，该变换公式为：
第二加法器用于将A/D采样模块输出的三相电流信号ia(t)，ib(t)，ic(t)减去第二dq-abc坐标变换单元输出的电流信号iaf(t)，ibf(t)，icf(t)，得到谐波电流iah(t)，ibh(t)，ich(t)，该减法公式为：
优选地，
直流电压控制环DVC用于将A/D采样模块输出的对直流侧采集的直流电压udc(t)与内置直流侧电压参考信号udc_ref进行相减后的差值信号输入PI控制器，其PI控制器的输出作为基波电压q轴参考信号uqfref(t)，将基波电压的d轴参考信号udfref设置为0，然后对dq旋转坐标系下的基波电压信号进行dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系的变换，获得基波电压参考信号uafref(t)，ubfref(t)，ucfref(t)；将基波电压参考信号输出至SPWM信号产生环路CSL。
优选地，
谐波电流参考信号产生环路HCR用于将谐波检测环路输出的谐波电压信号除以设置的阻尼电阻Rd，获得谐波电流参考信号iahref(t)，ibhref(t)，ichref(t)并输出至谐波电压参考信号发生环路HVR。
优选地，
谐波电压参考信号发生环路HVR用于将谐波电流参考信号产生环路HCR输出的谐波电流参考信号与谐波检测环路输出的谐波电流信号相减得到的差值信号输入比例控制器P，比例控制器的输出结果即为谐波电压参考信号uahref(t)，ubhref(t)，uchref(t)，比例控制器P的参数为Kp。
优选地，
SPWM信号产生环路CSL用于将谐波电压参考信号发生环路HVR输出的谐波电压参考信号减去直流电压控制环DVC输出的基波电压参考信号，得到PWM调制参考信号并输入PWM调制模块，PWM调制模块调制后产生SPWM信号控制两电平三相逆变桥H。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，包括：功率主电路和控制模块；功率主电路包括两电平三相逆变桥H，直流侧并联一只支撑电容CD，交流侧连接由滤波电感L和滤波电容C串联构成的LC串联滤波电路三组；控制模块MC连接两电平三相逆变桥H，用于提供驱动信号；控制模块MC包括A/D采样模块、锁相环、谐波检测环路和阻抗补偿环路；A/D采样模块连接直流侧和交流侧PCC处，用于获取直流侧电压，交流侧PCC处电压及电流信号；A/D采样模块的输出端连接谐波检测环路的输入端，谐波检测环路的输出端连接阻抗补偿环路，阻抗补偿环路输出驱动信号至两电平三相逆变桥H；锁相环连接A/D采样模块、谐波检测环路和阻抗补偿环路。本申请通过控制模块输出驱动信号至两电平三相逆变桥H，使得功率主电路输出可控的主动阻抗补偿，可以有效的降低PCC处电网的等效阻抗，提升电网稳定性；串联的滤波电容C可以承受大部分公共连接点处的电压，进而使得主动阻抗补偿装置承受的端电压较小，避免在电压较高的系统中采用多电平结构，简化了控制；并且，由于该装置的功率主电路均为无源元件，因此功率损耗极低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中功率主电路的电路图；
图2为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中控制模块MC的电路图；
图3a为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中谐波检测环路的电路图之一；
图3b为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中谐波检测环路的电路图之二；
图4为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中阻抗补偿环路的电路图；
图5为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中端口等效模型的电路图；
图6为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中应用例的电路图；
图7a为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中未投入主动阻抗补偿装置时公共连接点(PCC)处的电压波形；
图7b为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中未投入主动阻抗补偿装置时公共连接点(PCC)处的A相电压频谱；
图8a为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中投入主动阻抗补偿装置后公共连接点(PCC)处的电压波形；
图8b为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中投入主动阻抗补偿装置后公共连接点(PCC)处的A相电压频谱；
其中，附图标记为：
1、逆变器；2、弱电网；3、主动阻抗补偿装置；31、A/D采样模块；32、锁相环；33、谐波检测环路；34、阻抗补偿环路；331、谐波电压检测子模块；332、谐波电流检测子模块；3311、第一abc-dq坐标变换单元3311；3312、第一低通滤波器；3313、第一dq-abc坐标变换单元；3321、第二abc-dq坐标变换单元；3322、第二低通滤波器；3323、第二dq-abc坐标变换单元。
具体实施方式
本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其中主动阻抗补偿装置交流侧采用了串联LC型滤波器的拓扑结构，串联的滤波电容C可以承受大部分公共连接点处的电压，进而使得主动阻抗补偿装置承受的端电压较小，避免在电压较高的系统中采用多电平结构，简化了控制；主动阻抗补偿装置的控制模块MC包含了谐波检测环路(HDU)和阻抗补偿环路(ZCL)，可以有效的降低PCC处电网的等效阻抗，提升电网稳定性；并且，由于该装置的功率主电路均为无源元件，因此功率损耗极低。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1和图2，本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置的一个实施例，包括：功率主电路和控制模块；
功率主电路包括两电平三相逆变桥H直流侧并联一只支撑电容CD，交流侧连接由滤波电感L和滤波电容C串联构成的LC串联滤波电路三组；
控制模块MC连接两电平三相逆变桥H，用于提供驱动信号；
控制模块MC包括A/D采样模块31、锁相环32、谐波检测环路33和阻抗补偿环路34；
A/D采样模块31连接直流侧和交流侧PCC处，用于获取直流侧电压，交流侧PCC处电压及电流信号；
A/D采样模块31的输出端连接谐波检测环路33的输入端，谐波检测环路33的输出端连接阻抗补偿环路34，阻抗补偿环路34输出驱动信号至两电平三相逆变桥H；
锁相环32连接A/D采样模块31、谐波检测环路33和阻抗补偿环路34。
本申请通过控制模块输出驱动信号至两电平三相逆变桥H，使得功率主电路输出可控的主动阻抗补偿，可以有效的降低PCC处电网的等效阻抗，提升电网稳定性；并且，由于该装置的功率主电路均为无源元件，因此功率损耗极低。
以上是对本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置的一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供了一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置的另一个实施例进行详细的描述。
请参阅图1至图5，本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置的另一个实施例，包括：功率主电路和控制模块；
功率主电路包括两电平三相逆变桥H，直流侧并联一只支撑电容CD，交流侧连接由滤波电感L和滤波电容C串联构成的LC串联滤波电路三组；
控制模块MC连接两电平三相逆变桥H，用于提供驱动信号；
控制模块MC包括A/D采样模块31、锁相环32、谐波检测环路33和阻抗补偿环路34；
A/D采样模块31连接直流侧和交流侧PCC处，用于获取直流侧电压，交流侧PCC处电压及电流信号；
A/D采样模块31的输出端连接谐波检测环路33的输入端，谐波检测环路33的输出端连接阻抗补偿环路34，阻抗补偿环路34输出驱动信号至两电平三相逆变桥H；
锁相环32连接A/D采样模块31、谐波检测环路33和阻抗补偿环路34。
图1为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中功率主电路的电路图，如图1所示，功率主电路包括直流侧支撑电容(CD)，两电平三相逆变桥(H),三组由滤波电感(L)和滤波电容(C)串联构成的LC串联滤波电路组成，通过搭建的硬件电路实现。
图2为本申请提供的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置中控制模块MC的电路图，如图2所示，控制模块MC包括A/D采样模块31、锁相环32、谐波检测环路33和阻抗补偿环路34；可以通过DSP芯片来实现，DSP芯片可以采用TMS320F28335芯片。图2中输入A/D采样模块31的三个箭头从上至下分别表示PCC点交流电压、PCC点交流电流和直流侧直流电压。
进一步地，请参阅图3a，谐波检测环路33包括谐波电压检测子模块331；谐波电压检测子模块331包括第一abc-dq坐标变换单元3311、第一低通滤波器3312、第一dq-abc坐标变换单元3313和第一加法器；
第一abc-dq坐标变换单元3311的输入端连接A/D采样模块31，第一abc-dq坐标变换单元3311的输出端连接第一低通滤波器3312的输入端；
第一低通滤波器3312的输出端连接第一dq-abc坐标变换单元3313的输入端；
第一dq-abc坐标变换单元3313的输出端连接第一加法器的输入端，第一加法器的输入端还连接A/D采样模块31；
第一加法器的输出端连接阻抗补偿环路34的输入端。
进一步地，请参阅图3b，谐波检测环路33包括谐波电流检测子模块332，谐波电流检测子模块332包括第二abc-dq坐标变换单元3321、第二低通滤波器3322、第二dq-abc坐标变换单元3323和第二加法器；
第二abc-dq坐标变换单元3321的输入端连接A/D采样模块31，第二abc-dq坐标变换单元3321的输出端连接第二低通滤波器3322的输入端；
第二低通滤波器3322的输出端连接第二dq-abc坐标变换单元3323的输入端；
第二dq-abc坐标变换单元3323的输出端连接第二加法器的输入端，第二加法器的输入端还连接A/D采样模块31；
第二加法器的输出端连接阻抗补偿环路34的输入端。
进一步地，请参阅图4，阻抗补偿环路34包括直流电压控制环DVC、谐波电流参考信号发生环路HCR、谐波电压参考信号发生环路HVR和SPWM信号产生环路CSL；
直流电压控制环DVC的输入端连接A/D采样模块31，直流电压控制环DVC的输出端连接SPWM信号产生环路CSL的输入端；
谐波电流参考信号发生环路HCR的输入端连接谐波检测环路33的输出端，谐波电流参考信号发生环路HCR的的输出端连接谐波电压参考信号发生环路HVR的输入端；
谐波电压参考信号发生环路HVR的输入端还连接谐波检测环路33的输出端，谐波电压参考信号发生环路HVR的输出端连接SPWM信号产生环路CSL的输入端；
SPWM信号产生环路CSL输出驱动信号至两电平三相逆变桥H。
进一步地，
第一abc-dq坐标变换单元3311用于获取A/D采样模块31输出的以采样频率fs对交流侧PCC处的电压进行采样得到的三相电压信号ua(t)，ub(t)，uc(t)，并进行abc三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换后的电压信号记作uα(t)、uβ(t)，该变换公式为：
第一abc-dq坐标变换单元3311还用于根据锁相环32得到电网的实时相位信息θ，对两相静止坐标系下的电压信号uα(t)、uβ(t)进行dq变换，变换后的电压信号记作ud(t)、uq(t)，dq变换公式为：
第一低通滤波器3312用于对电压信号ud(t)、uq(t)进行低通滤波，滤波后的电压信号记作udf(t)、uqf(t)；
第一dq-abc坐标变换单元3313用于对滤波后的电压信号进行dq反变换到两相静止坐标系，变换后的电压信号记作uαf(t)、uβf(t)，dq反变换公式为：
第一dq-abc坐标变换单元3313还用于对dq反变换后的电压信号进行两相静止坐标系到abc三相静止坐标系下的变换，输出的电压信号记作uaf(t)，ubf(t)，ucf(t)，该变换公式为：
第一加法器用于将A/D采样模块31输出的三相电压信号ua(t)，ub(t)，uc(t)减去第一dq-abc坐标变换单元3313输出的电压信号uaf(t)，ubf(t)，ucf(t)，得到谐波电压uah(t)，ubh(t)，uch(t)，该减法公式为：
进一步地，
第二abc-dq坐标变换单元3321用于获取A/D采样模块31输出的以采样频率fs对交流侧PCC处的电流进行采样得到的三相电流信号ia(t)，ib(t)，ic(t)，并进行abc三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换后的电流信号记作iα(t)、iβ(t)，该变换公式为：
第二abc-dq坐标变换单元3321还用于根据锁相环32得到电网的实时相位信息θ，对两相静止坐标系下的电流信号iα(t)、iβ(t)进行dq变换，变换后的电流信号记作id(t)、iq(t)，dq变换公式为：
第二低通滤波器3322用于对电流信号id(t)、iq(t)进行低通滤波，滤波后的电流信号记作idf(t)、iqf(t)；
第二dq-abc坐标变换单元3323用于对滤波后的电流信号进行dq反变换到两相静止坐标系，变换后的电流信号记作iαf(t)、uβf(t)，dq反变换公式为：
第二dq-abc坐标变换单元3323还用于对dq反变换后的电流信号进行两相静止坐标系到abc三相静止坐标系下的变换，输出的电流信号记作iaf(t)，ibf(t)，icf(t)，该变换公式为：
第二加法器用于将A/D采样模块31输出的三相电流信号ia(t)，ib(t)，ic(t)减去第二dq-abc坐标变换单元3323输出的电流信号iaf(t)，ibf(t)，icf(t)，得到谐波电流iah(t)，ibh(t)，ich(t)，该减法公式为：
需要说明的是，第一低通滤波器3312和第二低通滤波器3322分别对ud(t)、uq(t)和id(t)、iq(t)进行低通滤波，低通滤波器的截至频率设置为20Hz，保证谐波分量被全部滤除，只保留基波成份，滤波后的电压信号记作udf(t)、uqf(t)，滤波后的电流信号记作idf(t)、iqf(t)；
进一步地，
直流电压控制环DVC用于将A/D采样模块31输出的对直流侧采集的直流电压udc(t)与内置直流电压参考信号udc_ref进行相减后的差值信号输入PI控制器，其PI控制器的输出作为基波电压q轴参考信号uqfref(t)，将基波电压的d轴参考信号udfref设置为0，然后对dq旋转坐标系下的基波电压信号进行dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系的变换，获得基波电压参考信号uafref(t)，ubfref(t)，ucfref(t)；将基波电压参考信号输出至SPWM信号产生环路CSL。
进一步地，
谐波电流参考信号产生环路HCR用于将谐波检测环路33输出的谐波电压信号除以设置的阻尼电阻Rd，获得谐波电流参考信号iahref(t)，ibhref(t)，ichref(t)并输出至谐波电压参考信号发生环路HVR。
具体计算公式为：
进一步地，
谐波电压参考信号发生环路HVR用于将谐波电流参考信号产生环路HCR输出的谐波电流参考信号与谐波检测环路33输出的谐波电流信号相减得到的差值信号输入比例控制器P，比例控制器的输出结果即为谐波电压参考信号uahref(t)，ubhref(t)，uchref(t)，比例控制器P的参数为Kp。
进一步地，
SPWM信号产生环路CSL用于将谐波电压参考信号发生环路HVR输出的谐波电压参考信号减去直流电压控制环DVC输出的基波电压参考信号，得到PWM调制参考信号并输入PWM调制模块，PWM调制模块调制后产生SPWM信号控制两电平三相逆变桥H。
以下将结合本实施例说明本申请的原理，
本申请提供的主动阻抗补偿装置可以等效为如图5所示的主动阻抗补偿装置端口等效阻抗模型。
该等效阻抗模型的参数可通过以下方式计算出来：
1)LC滤波电路的等效导纳计算具体公式如下：
2)谐波电压参考信号产生环路HVR主要由一个P控制器，一个PWM调制模块和一条单位负反馈路径构成，P控制器参数为Kp，PWM调制延时为其开环传递函数具体计算公式为：
THVR(s)＝KpGd(s)YLC(s)
3)阻抗补偿环路34ZCL的导纳特性主要由阻尼电阻Rd和谐波电压参考信号产生环路HVR的闭环增益构成，阻抗补偿环路34ZCL的虚拟导纳具体计算公式为：
5)功率主电路输出导纳主要由LC滤波电路构成，其受谐波电压参考信号产生环路HVR的环路增益影响，因此，功率主电路输出导纳具体计算公式为：
4)功率主电路输出导纳阻抗补偿环路34ZCL的虚拟导纳并联构成了主动阻抗补偿装置的端口等效阻抗，具体计算公式如下：
因此，可以通过修改电路中的一些电路参数，比如P控制器参数Kp，来修改端口的等效阻抗，进行主动阻抗补偿。
以下将通过应用例说明本申请：
如图6，逆变器1通过PCC并入弱电网2，构成一个并网系统。并网逆变器1的软硬件参数如表1所示。
表1三相LCL型逆变器的软硬件参数
使用一台主动阻抗补偿装置3并联于PCC处，主动阻抗补偿装置的软硬件参数如表2所示。
表2主动阻抗补偿器软硬件参数
图7a和图7b为未投入主动阻抗补偿装置时公共连接点(PCC)的三相电压波形和A相电压频谱，可以看出此时电压谐波含量高，由频谱图可知此时变流器系统中存在大量的13次谐波，这是由于并网变流器阻抗和电网阻抗不匹配造成的一种不稳定现象，A相电压的谐波畸变率高达9.4％，电能质量极差。
图8a和图8b为投入主动阻抗补偿装置后公共连接点(PCC)的三相电压波形和A相电压频谱，经过对电网阻抗的补偿，改善了电网阻抗，可以看出此时PCC处电压波形得到了改善，根据频谱图可知此时PCC处A相电压的谐波畸变率仅为0.74％。
通过该实施例，验证了本发明所提出的主动阻抗补偿装置的有效性和可行性。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，只要各种变化在本发明所附权利要求限定和精神范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，包括：功率主电路和控制模块；
所述功率主电路包括两电平三相逆变桥H，直流侧并联一只支撑电容CD，交流侧连接由滤波电感L和滤波电容C串联构成的LC串联滤波电路三组；
所述控制模块MC连接所述两电平三相逆变桥H，用于提供驱动信号；
所述控制模块MC包括A/D采样模块、锁相环、谐波检测环路和阻抗补偿环路；
所述A/D采样模块连接直流侧和交流侧PCC处，用于获取直流侧电压，交流侧PCC处电压及电流信号；
所述A/D采样模块的输出端连接所述谐波检测环路的输入端，所述谐波检测环路的输出端连接所述阻抗补偿环路，所述阻抗补偿环路输出驱动信号至所述两电平三相逆变桥H；
所述锁相环输入端连接所述A/D采样模块输出端，用于实时获取系统频率，所述锁相环输出端连接所述谐波检测环路和所述阻抗补偿环路，用于提供控制所需的系统频率信号。
2.根据权利要求1所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，所述谐波检测环路包括谐波电压检测子模块；所述谐波电压检测子模块包括第一abc-dq坐标变换单元、第一低通滤波器、第一dq-abc坐标变换单元和第一加法器；
所述第一abc-dq坐标变换单元的输入端连接所述A/D采样模块，所述第一abc-dq坐标变换单元的输出端连接所述第一低通滤波器的输入端；
所述第一低通滤波器的输出端连接所述第一dq-abc坐标变换单元的输入端；
所述第一dq-abc坐标变换单元的输出端连接所述第一加法器的输入端，所述第一加法器的输入端还连接所述A/D采样模块；
所述第一加法器的输出端连接所述阻抗补偿环路的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，所述谐波检测环路包括谐波电流检测子模块，所述谐波电流检测子模块包括第二abc-dq坐标变换单元、第二低通滤波器、第二dq-abc坐标变换单元和第二加法器；
所述第二abc-dq坐标变换单元的输入端连接所述A/D采样模块，所述第二abc-dq坐标变换单元的输出端连接所述第二低通滤波器的输入端；
所述第二低通滤波器的输出端连接所述第二dq-abc坐标变换单元的输入端；
所述第二dq-abc坐标变换单元的输出端连接所述第二加法器的输入端，所述第二加法器的输入端还连接所述A/D采样模块；
所述第二加法器的输出端连接所述阻抗补偿环路的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，所述阻抗补偿环路包括直流电压控制环DVC、谐波电流参考信号发生环路HCR、谐波电压参考信号发生环路HVR和SPWM信号产生环路CSL；
所述直流电压控制环DVC的输入端连接所述A/D采样模块，所述直流电压控制环DVC的输出端连接所述SPWM信号产生环路CSL的输入端；
所述谐波电流参考信号发生环路HCR的输入端连接所述谐波检测环路的输出端，所述谐波电流参考信号发生环路HCR的输出端连接所述谐波电压参考信号发生环路HVR的输入端；
所述谐波电压参考信号发生环路HVR的输入端还连接所述谐波检测环路的输出端，所述谐波电压参考信号发生环路HVR的输出端连接所述SPWM信号产生环路CSL的输入端；
所述SPWM信号产生环路CSL输出驱动信号至所述两电平三相逆变桥H。
5.根据权利要求2所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，
所述第一abc-dq坐标变换单元用于获取所述A/D采样模块输出的以采样频率fs对交流侧PCC处的电压进行采样得到的三相电压信号ua(t)，ub(t)，uc(t)，并进行abc三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换后的电压信号记作uα(t)、uβ(t)，该变换公式为：
所述第一abc-dq坐标变换单元还用于根据所述锁相环得到电网的实时相位信息θ，对两相静止坐标系下的电压信号uα(t)、uβ(t)进行dq变换，变换后的电压信号记作ud(t)、uq(t)，dq变换公式为：
所述第一低通滤波器用于对电压信号ud(t)、uq(t)进行低通滤波，滤波后的电压信号记作udf(t)、uqf(t)；
所述第一dq-abc坐标变换单元用于对滤波后的电压信号进行dq反变换到两相静止坐标系，变换后的电压信号记作uαf(t)、uβf(t)，dq反变换公式为：
所述第一dq-abc坐标变换单元还用于对dq反变换后的电压信号进行两相静止坐标系到abc三相静止坐标系下的变换，输出的电压信号记作uaf(t)，ubf(t)，ucf(t)，该变换公式为：
所述第一加法器用于将所述A/D采样模块输出的三相电压信号ua(t)，ub(t)，uc(t)减去所述第一dq-abc坐标变换单元输出的电压信号uaf(t)，ubf(t)，ucf(t)，得到谐波电压uah(t)，ubh(t)，uch(t)，该减法公式为：
6.根据权利要求3所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，
所述第二abc-dq坐标变换单元用于获取所述A/D采样模块输出的以采样频率fs对交流侧PCC处的电流进行采样得到的三相电流信号ia(t)，ib(t)，ic(t)，并进行abc三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换，变换后的电流信号记作iα(t)、iβ(t)，该变换公式为：
所述第二abc-dq坐标变换单元还用于根据所述锁相环得到电网的实时相位信息θ，对两相静止坐标系下的电流信号iα(t)、iβ(t)进行dq变换，变换后的电流信号记作id(t)、iq(t)，dq变换公式为：
所述第二低通滤波器用于对电流信号id(t)、iq(t)进行低通滤波，滤波后的电流信号记作idf(t)、iqf(t)；
所述第二dq-abc坐标变换单元用于对滤波后的电流信号进行dq反变换到两相静止坐标系，变换后的电流信号记作iαf(t)、uβf(t)，dq反变换公式为：
所述第二dq-abc坐标变换单元还用于对dq反变换后的电流信号进行两相静止坐标系到abc三相静止坐标系下的变换，输出的电流信号记作iaf(t)，ibf(t)，icf(t)，该变换公式为：
所述第二加法器用于将所述A/D采样模块输出的三相电流信号ia(t)，ib(t)，ic(t)减去所述第二dq-abc坐标变换单元输出的电流信号iaf(t)，ibf(t)，icf(t)，得到谐波电流iah(t)，ibh(t)，ich(t)，该减法公式为：
7.根据权利要求4所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，
所述直流电压控制环DVC用于将所述A/D采样模块输出的对直流侧采集的直流电压udc(t)与内置直流侧电压参考信号udc_ref进行相减后的差值信号输入PI控制器，其PI控制器的输出作为基波电压q轴参考信号uqfref(t)，将基波电压的d轴参考信号udfref设置为0，然后对dq旋转坐标系下的基波电压信号进行dq旋转坐标系到abc三相静止坐标系的变换，获得基波电压参考信号uafref(t)，ubfref(t)，ucfref(t)；将基波电压参考信号输出至所述SPWM信号产生环路CSL。
8.根据权利要求4所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，
所述谐波电流参考信号产生环路HCR用于将所述谐波检测环路输出的谐波电压信号除以设置的阻尼电阻Rd，获得谐波电流参考信号iahref(t)，ibhref(t)，ichref(t)并输出至所述谐波电压参考信号发生环路HVR。
9.根据权利要求4所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，
所述谐波电压参考信号发生环路HVR用于将所述谐波电流参考信号产生环路HCR输出的谐波电流参考信号与所述谐波检测环路输出的谐波电流信号相减得到的差值信号输入比例控制器P，比例控制器的输出结果即为谐波电压参考信号uahref(t)，ubhref(t)，uchref(t)，比例控制器P的参数为Kp。
10.根据权利要求4所述的一种串联LC型滤波器的主动阻抗补偿装置，其特征在于，
所述SPWM信号产生环路CSL用于将所述谐波电压参考信号发生环路HVR输出的谐波电压参考信号减去所述直流电压控制环DVC输出的基波电压参考信号，得到PWM调制参考信号并输入PWM调制模块，所述PWM调制模块调制后产生SPWM信号控制所述两电平三相逆变桥H。
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2019
- 2019-02-14 CN CN201910114516.1A patent/CN109638834A/zh active Pending
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