CN111490545B - 一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法，其特点是，包括：瞬时参考电流信号的动态提取及其电流控制内环和直流电压控制外环。其功能是应用于与待补偿的非线性负载并联的有源电力滤波器，使得非线性负载接入电网的端口特性等效为线性电阻。本发明能够使得电力系统中非线性负载的非线性特性被合理地补偿，解决由于传统的并联型有源电力滤波器的控制方法而放大非线性负载接入点的谐波电压畸变问题，并且简化电力系统的非线性复杂程度。

Description

一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法
技术领域
本发明涉及三相有源电力滤波器控制领域，是一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法，应用于有源电力滤波器并联补偿后使得非线性负载接入电网端口等效为线性电阻特性的控制。
背景技术
随着电力电子技术的发展和电力系统高效、高性能运行控制的要求不断提高，全控型电力电子开关器件越来越多地应用于电力系统中。由于电力电子装置具有非线性特性本质，随之而来的对电力系统电压和电流的谐波畸变影响程度愈发严重，同时也增加了电力系统的设计、分析地复杂性。
针对谐波电压、谐波电流畸变的影响，现有的限制和预防谐波影响的方法主要是分别限定电力系统中电压和电流的谐波畸变率。已有研究中通过合理的定义瞬时无功功率，已经给出电压对称且无畸变、电压对称有畸变及电压不对称且有畸变等不同条件下的谐波电流、无功功率电流检测和补偿办法。现有的各种控制方法应用于与非线性负载并联的有源电力滤波器上，控制或补偿目标是：不管非线性负载接入电网点的电压是否有畸变，都将谐波畸变且含有无功功率分量的非线性负载电流补偿为无谐波畸变且不含现行定义下的无功功率。但是，事实上，当非线性负荷接入点电压已经存在谐波畸变的情形下，仍然将各相负载电流控制为具正弦特征的电流波形，这种情形下的负载接入电网的端口等效特性是非线性的。这种补偿后的非线性特性端口效应已经表现出恶化接入点电网电压的负面效果，同时，这种非线性等效负载控制模式明显将电力系统的非线性复杂程度进一步恶化。迄今为止，未见有关具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法的文献报道和实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有与非线性负载并联的有源电力滤波器的控制目标会放大接入点谐波电压畸变，提供一种具有补偿目标的有源电力滤波器控制方法。改进非线性负载接入电网的端口特性为线性电阻特性，同时，简化了电力系统的非线性程度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法，其特征是，它包括的步骤有：
1)采样非线性负载接入点三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c，三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc，三相非线性负载电流瞬时值iLa、iLb、iLc，与非线性负载并联的有源电力滤波器注入三相电网电流瞬时值iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c，有源电力滤波器直流侧电压值udc；
2)将采样值送入控制器，在控制器中将三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c和三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc经过希尔伯特变换，获取相对应的各信号解析信号的三相电网电压虚部瞬时值uah、ubh、uch和三相网侧电流虚部瞬时值iah、ibh、ich，然后，依据公式(1)求得三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc中待补偿的瞬时电流值iqa、iqb、iqc；
Figure GDA0003473744060000021
3)依据测量的有源电力滤波器直流侧电压值udc对有源电力滤波器直流电容电压参考值Udc.ref作负反馈，然后对其误差Udc.ref-udc作电压环控制，将其结果分别乘以三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c，从而获取网侧三相瞬时电流的补偿目标值，并且，在相应的三相非线性负载电流瞬时值iLa、iLb、iLc中减去该补偿目标值，初步获取有源电力滤波器的三相补偿电流参考信号；
4)依据步骤3)初步获取的有源电力滤波器的三相补偿电流参考信号，分别加上待补偿的瞬时电流值iqa、iqb、iqc，从而进一步通过反馈实现有源电力滤波器参考指令信号的提取，最后，引入有源电力滤波器实际输出的补偿电流值iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c的负反馈，并且，将结果误差送入电流控制环产生有源电力滤波器六个全控开关动作所需的控制信号，控制六个开关的通断。
本发明的明显效果是：发明的线性电阻等效特性的并联型有源电力滤波器的控制方法能够使滤波器完全实时补偿非线性负载的谐波分量和无功功率分量两部分，使得非线性等效负载接入点端口特性完全等效为线性电阻，解决了传统并联型有源电力滤波器的控制恶化原本已经谐波畸变的电压波形的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的三相并联型有源电力滤波器并联补偿非线性负载的拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例的一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法示意图；
图3为本发明实施例的一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法非线性负载接入点三相电压波形示意图；
图4为本发明实施例的具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法网侧A相电流中未完全补偿的残余误差分量示意图；
图5为传统并联型有源电力滤波器的控制方法非线性负载接入点三相电压波形示意图；
图6为传统并联型有源电力滤波器的控制方法网侧A相电流中未完全补偿的残余误差分量示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施例三相并联型有源电力滤波器并联补偿非线性负载的拓扑结构示意图。其中，ua、ub、uc是供电电源的三相相电压瞬时值；upcc.a、upcc.b、upcc.c和isa、isb、isc分别是并联型有源电力滤波器接入点的三相电网电压和网侧三相电流检测值；iLa、iLb、iLc是三相非线性负载电流检测值；iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c是有源电力滤波器注入电网的三相电流检测值；udc是有源电力滤波器直流侧电压检测值；Ls和Rs分别是供电电压源等效内电感和等效内电阻；Lf是有源电力滤波器的滤波电感；RL是滤波电感的等效电阻；C是有源电力滤波器的直流电容；
如图2所示，本发明的一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法，包括的步骤有：
1)采样非线性负载接入点三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c，三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc，三相非线性负载电流瞬时值iLa、iLb、iLc，与非线性负载并联的有源电力滤波器注入三相电网电流瞬时值iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c，有源电力滤波器直流侧电压值udc；
2)将采样值送入控制器，在控制器中将三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c和三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc经过希尔伯特变换，获取相对应的各信号解析信号的三相电网电压虚部瞬时值uah、ubh、uch和三相网侧电流虚部瞬时值iah、ibh、ich，然后，依据公式(1)求得三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc中待补偿的瞬时电流值iqa、iqb、iqc；
Figure GDA0003473744060000041
3)依据测量的有源电力滤波器直流侧电压值udc对有源电力滤波器直流电容电压参考值Udc.ref作负反馈，然后对其误差Udc.ref-udc作电压环控制，将其结果分别乘以三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c，从而获取网侧三相瞬时电流的补偿目标值，并且，在相应的三相非线性负载电流瞬时值iLa、iLb、iLc中减去该补偿目标值，初步获取有源电力滤波器的三相补偿电流参考信号；
4)依据步骤3)初步获取的有源电力滤波器的三相补偿电流参考信号，分别加上待补偿的瞬时电流值iqa、iqb、iqc，从而进一步通过反馈实现有源电力滤波器参考指令信号的提取，最后，引入有源电力滤波器实际输出的补偿电流值iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c的负反馈，并且，将结果误差送入电流控制环产生有源电力滤波器六个全控开关动作所需的控制信号，控制六个开关的通断。
分别对比图3、图4、图5和图6，本发明方法的控制效果与传统控制方法的控制效果相比，可得：本发明方法可以降低传统的并联型有源电力滤波器控制方法放大的谐波电压畸变；相比于传统控制方法，发明方法可以降低谐波电压畸变下网侧供电电流中无功功率电流残余量。
本发明的实施例并非穷举，本领域技术人员不经过创造性劳动的简单复制和改进，仍属于本发明权利保护的范围。

Claims (1)

1.一种具有补偿目标的并联型有源电力滤波器控制方法，其特征是，它包括的步骤有：
1)采样非线性负载接入点三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c，三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc，三相非线性负载电流瞬时值iLa、iLb、iLc，与非线性负载并联的有源电力滤波器注入三相电网电流瞬时值iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c，有源电力滤波器直流侧电压值udc；
2)将采样值送入控制器，在控制器中将三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c和三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc经过希尔伯特变换，获取相对应的各信号解析信号的三相电网电压虚部瞬时值uah、ubh、uch和三相网侧电流虚部瞬时值iah、ibh、ich，然后，依据公式(1)求得三相网侧电流瞬时值isa、isb、isc中待补偿的瞬时电流值iqa、iqb、iqc；
Figure FDA0003473744050000011
3)依据测量的有源电力滤波器直流侧电压值udc对有源电力滤波器直流电容电压参考值Udc.ref作负反馈，然后对其误差Udc.ref-udc作电压环控制，将其结果分别乘以三相电网电压瞬时值upcc.a、upcc.b、upcc.c，从而获取网侧三相瞬时电流的补偿目标值，并且，在相应的三相非线性负载电流瞬时值iLa、iLb、iLc中减去该补偿目标值，初步获取有源电力滤波器的三相补偿电流参考信号；
4)依据步骤3)初步获取的有源电力滤波器的三相补偿电流参考信号，分别加上待补偿的瞬时电流值iqa、iqb、iqc，从而进一步通过反馈实现有源电力滤波器参考指令信号的提取，最后，引入有源电力滤波器实际输出的补偿电流值iAPF.a、iAPF.b、iAPF.c的负反馈，并且，将结果误差送入电流控制环产生有源电力滤波器六个全控开关动作所需的控制信号，控制六个开关的通断。
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