CN112003307A - 一种可补偿偶次谐波的三电平apf直流电压平衡控制方法 - Google Patents

一种可补偿偶次谐波的三电平apf直流电压平衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，特别是在补偿偶次谐波的工况下的直流电压平衡控制。常规三电平设备不需要处理偶次谐波，但是针对三电平有源滤波器，需要同时补偿多次谐波，常规算法在补偿偶次谐波时，直流电压平衡控制得不到有效的控制。本专利提出一种根据在补偿偶次谐波时，使用零序电压的积分值来补偿有源滤波器的输出电压的方法，可以有效的解决由补偿偶次谐波导致的直流电压不平衡问题。

Description

一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法
技术领域
本发明涉及APF技术领域，特别涉及一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法。
背景技术
三电平的低压有源滤波器控制在国内有广泛的研究和应用。三相四线制的三电平APF直流电压控制一般使用零序电流控制方法，相对简单。而三相三线制的直流电压控制不能使用零序电流控制算法。其直流电压平衡控制三电平有源滤波器的控制重点。其中三相三线制的直流电压控制主要有注入法和空间矢量调制方法，注入法主要有零序电压注入控制和谐波注入控制。其中谐波注入算法需要控制注入的幅值和角度，其幅值较零序电压控制大，并且至少需要两个PI才能稳定控制。空间矢量控制又较为繁琐。本专利使用一种零序电压注入的直流电压控制方法。但是传统的方法还有一定的问题，在三相三线制三电平APF补偿偶次谐波的时候，会引起直流电压不平衡，需要特殊处理。
本专利正是在此背景下，在已有的理论研究支持下，展开此项技术的研究工作。
发明内容
为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，特别是在补偿偶次谐波的工况下的直流电压平衡控制。常规三电平设备不需要处理偶次谐波，但是针对三电平有源滤波器，需要同时补偿多次谐波，常规算法在补偿偶次谐波时，直流电压平衡控制得不到有效的控制。本专利提出一种根据在补偿偶次谐波时，使用零序电压的积分值来补偿有源滤波器的输出电压的方法，可以有效的解决由补偿偶次谐波导致的直流电压不平衡问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，包括如下步骤：
步骤一、采集网侧三相电压及三相电流并进行滤波处理，ua、ub、uc为电网电压，Ia、ib、ic为电流值；
步骤二、由三电平APF的直流正、负电压经过滤波处理后得到直流电压差值△UDC；
步骤三、由APF的直流电压差值△UDC、直流电容容值C、程序采样周期Ts得出零序电流目标值Iv0；
步骤四、零序电压预估：通过零序上的电流预估值来计算零序电压值V0；
步骤五、电压的校验和修正，上面的电流值和电压值是预估而来，需要通过一个电压的校验和修正的过程来保证输出的零序电压是正确的值；
步骤六、对得到的零序电压添加低通滤波模块来去除不必要的信号量；滤波后，对输出值进行限值控制，得到V01；
步骤七、对低通滤波及限幅后的零序电压值信号V01进行积分控制，计算得到零序电压值的直流偏差V01-e；
步骤八、三相调制波信号和上述的零序电压值信号V01以及直流偏差信号V01-e分别进行叠加运算后输出的信号作为调制波输出对三电平APF进行控制。
进一步地，所述的步骤七的积分控制可以通过PI控制来实现，降低比例系数P的设置数值。
进一步地，所述的步骤六的低通滤波模块采用二阶butterworth低通滤波器来实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明特别用于在补偿偶次谐波的工况下的直流电压平衡控制；常规三电平设备不需要处理偶次谐波，但是针对三电平有源滤波器，需要同时补偿多次谐波，常规算法在补偿偶次谐波时，直流电压平衡控制得不到有效的控制；本专利提出一种根据在补偿偶次谐波时，使用零序电压的积分值来补偿有源滤波器的输出电压的方法，可以有效的解决由补偿偶次谐波导致的直流电压不平衡问题；
2)对输出的零序电压进行积分控制，得到在补偿偶次谐波时存在的零序电压直流偏差。零序电压的直流偏差叠加到调制波上，可抑制补偿偶次谐波时直流电压的不平衡问题。
附图说明
图1是三电平低压有源滤波器基本拓扑结构；
图2是本发明的直流电压控制部分总体控制拓扑结构；
图3是设备停止-启动后直流电压波形；
图4是注入的零序电压波形和电网电压波形对比。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1-2所示，一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，包括如下步骤：
步骤一、采集网侧三相电压及三相电流并进行滤波处理，ua、ub、uc为电网电压，Ia、ib、ic为电流值；
步骤二、由三电平APF的直流正、负电压经过滤波处理后得到直流电压差值△UDC；
步骤三、由APF的直流电压差值△UDC、直流电容容值C、程序采样周期Ts得出零序电流目标值：
Iv0＝-C*△UDC*1/Ts
其中：Iv0为零序电流目标值；
C为直流电容容值；
△UDC为直流电容正负差值；
Ts为程序采样周期；
步骤四、零序电压预估：通过零序上的电流预估值来计算零序电压值；其计算方法为：
Figure BDA0002631589350000031
其中：V0为零序电压目标值；
sa,sb,sc为电压符号；
ua,ub,uc为电网电压；
ia,ib,ic为电流值；
步骤五、电压的校验和修正，上面的电流值和电压值是预估而来，需要通过一个电压的校验和修正的过程来保证输出的零序电压是正确的值；
步骤六、需要注入的零序电压有较大的高频分量，需要使用低通滤波模块来去除不必要的信号量，这里采用二阶butterworth低通滤波器来实现。低通滤波器输出的零序电压值需要使用上下限值进行控制；对得到的零序电压添加低通滤波模块来去除不必要的信号量；滤波后，对输出值进行限值控制，得到V01；
步骤七、对低通滤波及限幅后的零序电压值信号V01进行积分控制，计算得到零序电压值的直流偏差V01-e；对输出的零序电压进行积分控制，得到在补偿偶次谐波时存在的零序电压直流偏差。
积分控制可以通过PI控制来实现，降低比例系数P的设置数值。
步骤八、三相调制波信号和上述的零序电压值信号V01以及直流偏差信号V01-e分别进行叠加运算后输出的信号作为调制波输出对三电平APF进行控制。零序电压的直流偏差叠加到调制波上，可抑制补偿偶次谐波时直流电压的不平衡问题。
本发明特别用于在补偿偶次谐波的工况下的直流电压平衡控制；常规三电平设备不需要处理偶次谐波，但是针对三电平有源滤波器，需要同时补偿多次谐波，常规算法在补偿偶次谐波时，直流电压平衡控制得不到有效的控制；见图3-4，本专利提出一种根据在补偿偶次谐波时，使用零序电压的积分值来补偿有源滤波器的输出电压的方法，可以有效的解决由补偿偶次谐波导致的直流电压不平衡问题。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (3)

1.一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采集网侧三相电压及三相电流并进行滤波处理，ua、ub、uc为电网电压，Ia、ib、ic为电流值；
步骤二、由三电平APF的直流正、负电压经过滤波处理后得到直流电压差值△UDC；
步骤三、由APF的直流电压差值△UDC、直流电容容值C、程序采样周期Ts得出零序电流目标值Iv0；
步骤四、零序电压预估：通过零序上的电流预估值来计算零序电压值V0；
步骤五、电压的校验和修正，上面的电流值和电压值是预估而来，需要通过一个电压的校验和修正的过程来保证输出的零序电压是正确的值；
步骤六、对得到的零序电压添加低通滤波模块来去除不必要的信号量；滤波后，对输出值进行限值控制，得到V01；
步骤七、对低通滤波及限幅后的零序电压值信号V01进行积分控制，计算得到零序电压值的直流偏差V01-e；
步骤八、三相调制波信号和上述的零序电压值信号V01以及直流偏差信号V01-e分别进行叠加运算后输出的信号作为调制波输出对三电平APF进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，其特征在于，所述的步骤七的积分控制可以通过PI控制来实现，降低比例系数P的设置数值。
3.根据权利要求1所述的一种可补偿偶次谐波的三电平APF直流电压平衡控制方法，其特征在于，所述的步骤六的低通滤波模块采用二阶butterworth低通滤波器来实现。
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