CN113131480B - 一种单相三电平有源滤波器的控制方法 - Google Patents

一种单相三电平有源滤波器的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113131480B
CN113131480B CN202110397870.7A CN202110397870A CN113131480B CN 113131480 B CN113131480 B CN 113131480B CN 202110397870 A CN202110397870 A CN 202110397870A CN 113131480 B CN113131480 B CN 113131480B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
voltage
controller
phase
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110397870.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113131480A (zh
Inventor
王殿俊
黄秋燕
牛坤宏
王康
毛宇阳
杨立军
杨志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guochuang Mobile Energy Innovation Center Jiangsu Co Ltd
Original Assignee
Guochuang Mobile Energy Innovation Center Jiangsu Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guochuang Mobile Energy Innovation Center Jiangsu Co Ltd filed Critical Guochuang Mobile Energy Innovation Center Jiangsu Co Ltd
Priority to CN202110397870.7A priority Critical patent/CN113131480B/zh
Publication of CN113131480A publication Critical patent/CN113131480A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113131480B publication Critical patent/CN113131480B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单相三电平有源滤波器的控制方法，属于电源技术领域；采用三电平拓扑；通过建立包括自适应锁相环、直流侧自适应滤波控制器、谐波检测模块和电流环复合控制器，解决了当电网电压畸变时有源电力滤波器补偿精度低、效率低、成本高的问题,本发明采用自适应单相锁相环技术进行电网电压相位跟踪，当电网电压畸变时，也可以实时准确锁相，提高了锁相环锁相精度；为抑制直流侧二次纹波，采用自适应谐波器将采集的直流侧上下母线电压中二次分量滤除，确保直流电压总控制环、中性点控制环输入无二次分量，进而提高指令电流的纯净性。相对两电平拓扑，采用三电平拓扑输出电流纹波小、装置效率高的优点。

Description

一种单相三电平有源滤波器的控制方法
技术领域
本发明属于电源技术领域，涉及一种单相三电平有源滤波器的控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，大量单相非线性负载得到了越来越多的使用，单相电网受到了严重的谐波污染；因此，对单相电网进行谐波治理显得十分必要；目前有源电力滤波器的研究主要集中在三相有源电力滤波器方面，对单相有源滤波器的研究较少，且主要集中在单相两电平全桥结构的有源滤波器上；两电平有源电力滤波器控制精度较差、效率较低；同时考虑到对工矿企业，电网电压等级较高、功率较大；相对单相两电平拓扑有源电力滤波器，单向三电平有源电力滤波器的效率、补偿精度都相对具有较大的优势，因此对单相三电平有源电力滤波器的研究具有较大的经济和实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种单相三电平有源滤波器的控制方法，解决了当电网电压畸变时，有源电力滤波器补偿精度低、效率低以及传统两电平单向有源电力滤波器容量小成本高的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单相三电平有源滤波器的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：建立自适应锁相环、直流侧自适应滤波控制器、谐波检测模块和电流环复合控制器；
自适应锁相环用于通过设置合适的带宽，自动跟踪电网频率进行锁相；直流侧自适应滤波控制器用于得到有功电流分量；谐波检测模块用于得到输出谐波指令信号；电流环复合控制器用于求取电流环总输出；
步骤2：自适应锁相环具体执行如下步骤：
步骤A1：实时采集电网电压eg，通过正交信号发生器产生正交信号eα和正交信号eβ，通过同步旋转坐标变换产生电网电压幅值信号ed和电网电压角度信号；
eg与eα、eβ的s域传递函数如下：
其中k1为阻尼系数，ωn为电网角频率；
步骤A2：设定采样频率Ts＝100us，k1＝1.4，ωn＝314rad/s，根据eg与eα、eβ传递函数进行双线性变换，分别得到eg与eα、eβ的z域传递函数；
通过如下公式求取正交信号eα(k)和正交信号eβ(k)：
eg(k)＝eg；
eα(k)＝b0*eg(k)+b1*eg(k-1)+b2*eg(k-2)-a1*eα(k-1)-a2*eα(k-2)；
eα(k-2)＝eα(k-1)；
eα(k-1)＝eα(k)；
eβ(k)＝qb0*eg(k)+qb1*eg(k-1)+qb2*eg(k-2)-qa1*eβ(k-1)-qa2*eβ(k-2)
eβ(k-2)＝eβ(k-1)；
eβ(k-1)＝eβ(k)；
eg(k-2)＝eg(k-1)；
eg(k-1)＝eg(k)；
其中，b2，b1，b0，qb2，qb1，qb0，a1，a2为z域离散传递函数的系数；
步骤A3：电网电压eg、电网电压幅值信号ed、正交信号eα和正交信号eβ之间的关系公式如下：
将上述关系公式进行同步旋转坐标变换产生电网电压幅值信号ed(k)、电网电压角度信号；其中ω是电网实时角频率，ωt表示电网实时相角；
步骤A4：将电网电压角度信号送入PI控制器3后产生对应的Δω；此信号与给定电网电压角频率叠加后即为实时锁定的电网电压角频率ω(k)，电网电压角频率ω(k)一方面用于正交信号发生器参数的更新，另一方面送至积分器，积分器产生实时的电网电压角度值，该角度值信号作为谐波产生模块输入；
步骤3：直流侧自适应滤波控制器具体执行如下步骤：
步骤B1：实时采集的直流侧电压上下母线的电压udcs1(k)、电压udcs2(k)；
步骤B2：通过自适应陷波器滤除其中的二次分量得到电压udc1(k)和电压udc2(k)；
步骤B3：通过上下母线电压udc1(k)、udc2(k)求取直流侧总电压udc(k)；
步骤B4：设定直流侧电压值udcref；设定电压udcref减去滤波后母线电压udc(k)，将差值信号输入控制器1；
步骤B5：将控制器1输出信号乘以电网电压角度值sinθ(k)，得到指令信号中的有功电流分量；
步骤4：谐波检测模块具体执行如下步骤：
步骤C1：设定系数k3＝0.15，输入信号为锁相环输出信号sinθ(k)和cosθ(k)，sinθ(k)和cosθ(k)分别表示电网电压的正弦和余弦信号，sinθ(k)和cosθ(k)组成的向量X(k)如下：
X(k)=k3*[sinθ(k),cosθ(k)]；
步骤C2：设定输出信号的计算公式为：y(k)=W(k)X(k)，其中W(K)表示权值向量；
步骤C3：根据以下公式计算出误差信号：
e(k)=iL(k)-y(k)；
iL代表负载电流；
步骤C4：设定学习率η＝0.03，计算权值修正值ΔW(k)为：
ΔW(k)=ηe(k)X(k)；
步骤C5：计算权值向量W(k+1)：
W(k+1)＝W(k)+ΔW(k)；
步骤C6：根据步骤C2中的公式计算输出谐波指令信号ic *；
步骤5：电流环复合控制器具体执行如下步骤：
步骤D1：根据谐波指令信号ic *、由采样电路转换并计算得到的反馈信号ic，求取电流误差e1；
步骤D2：利用重复控制器输出u1，具体包括如下步骤：
步骤S1：设定采样值周期10kHz，采样点数N＝200，根据以下重复控制器传递函数计算u1：
将重复控制器传递函数变换成差分方程形式，得到如下公式：
u1(k)-0.96*u1(k-200)＝0.5*e1(k-198)；
步骤S2：定义缓存e1[200]、e1[200]，根据步骤S1中的差分方程计算控制器输出u内环(k)；
步骤S3：将u内环(k)的值赋值给u1(k)；
步骤D3：计算PI控制器输出u2(k)；
步骤D4：求取电流环总输出uL(k)＝u1(k)+u2(k)；
步骤6：脉冲生成的具体步骤如下：
步骤E1：对电流环输出u内环(k)与电网实时电压eg求和，然后除以直流侧电压目标值udcref，得到调制波m1；
步骤E2：将利用自适应控制器计算得到的udc1(k)、udc2(k)送入PI控制器2，得到中性点控制器的输出m2，即如下公式：
m2＝k*(udc1(k)-udc2(k))；
其中K＝0.001；
步骤E3：根据以下公式，利用m1m2求取a、b桥臂对应调制波信号：
ma＝m1-m2；
mb＝-m1-m2；
步骤E4：将a、b桥臂对应调制波信号mamb输入三电平脉冲调制模块，a、b桥臂调制波分别与同向载波进行调制后，输出所需PWM信号。
优选的，在执行步骤A4时，正交信号发生器系数在定时器内定时更新，从而产生准确的eα(k)、eβ(k)，进入快速准确锁相。
优选的，在执行步骤B2时，自适应滤波器传递函数如下：
其中，ξ为陷波器带宽，ω0为陷波器中心角频率，取值为2倍的工频角频率；
设定采样频率取Ts＝100us，ξ＝0.05，ωn＝314rad/s，对H(s)进行双线性变换，得到直流侧上/下母线电压对采集到的上下母线电压的z域传递函数：
通过如下公式求取上下母线电压udc1(k)和udc2(k)：
udc1(k)＝b0 1*udcs1+b1 1*udcs1(k-1)+b2 1*udcs1(k-2)-a1 1*udc1(k-1)-a2 1*udc1(k-2)；
udc1(k-2)＝udc1(k-1)；
udc1(k-1)＝udc1(k)；
udcs1(k-2)＝udcs1(k-1)；
udcs1(k-1)＝udcs1；
udc2(k)＝b0 1*udcs2+b1 1*udcs2(k-1)+b2 1*udcs2(k-2)-a1 1*udc2(k-1)-a2 1*udc2(k-2)；
udc2(k-2)＝udc2(k-1)；
udc2(k-1)＝udc2(k)；
udcs2(k-2)＝udcs2(k-1)；
udcs2(k-1)＝udcs2；
其中，udcs1、udcs2为实时采集到的直流侧上下母线电压，b0 1、b1 1、b2 1、a1 1、a2 1为传递函数系数。
优选的，在执行步骤3时，自适应陷波器的参数必须根据锁相得到的角频率进行实时更新。
包括建立自适应锁相环、直流侧自适应滤波控制器、谐波检测模块和电流环复合控制器，自适应锁相环用于通过设置合适的带宽，自动跟踪电网频率进行锁相；直流侧自适应滤波控制器用于得到有功电流分量；谐波检测模块用于得到输出谐波指令信号；电流环复合控制器用于求取电流环总输出。
本发明所述的一种单相三电平有源滤波器的控制方法，解决了当电网电压畸变时，有源电力滤波器补偿精度低、效率低以及传统两电平单向有源电力滤波器容量低成本高的问题，本发明采用自适应单相锁相环技术进行电网电压相位跟踪，当电网电压畸变时，也可以实时准确锁相，提高了补偿精度；为抑制直流侧二次纹波，采用自适应谐波器将采集的直流侧上下母线电压中二次分量滤除，确保直流电压总控制环、中性点控制环输入无二次分量，进而提高指令电流的纯净性；采用自适应神经网络检测算法，快速准确的提取谐波电流及无功电流分量，电流环复合控制器，提高了电流跟踪精度快速性；采用三电平控制技术，在同等条件下，输出电流纹波更小，补偿效果更好。
附图说明
图1为本发明的单相三电平有源电力滤波器拓扑图；
图2为本发明的单相三电平有源电力滤波器控制框图；
图3为本发明的方框图；
图4为本发明的自适应神经网络谐波电流检测框图；
图5为本发明的电流环复合控制策略框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1和图5所示的一种单相三电平有源滤波器的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：建立自适应锁相环、直流侧自适应滤波控制器、谐波检测模块和电流环复合控制器；
自适应锁相环用于通过设置合适的带宽，自动跟踪电网频率进行锁相；直流侧自适应滤波控制器用于得到有功电流分量；谐波检测模块用于得到输出谐波指令信号；电流环复合控制器用于求取电流环总输出；
步骤2：自适应锁相环具体执行如下步骤：
步骤A1：实时采集电网电压eg，通过正交信号发生器产生正交信号eα和正交信号eβ，通过同步旋转坐标变换产生电网电压幅值信号ed和电网电压角度信号；
eg与eα、eβ的s域传递函数如下：
其中k1为阻尼系数，ωn为电网角频率；
步骤A2：设定采样频率Ts＝100us，k1＝1.4，ωn＝314rad/s，根据eg与eα、eβ传递函数进行双线性变换，分别得到eg与eα、eβ的z域传递函数；
通过如下公式求取正交信号eα(k)和正交信号eβ(k)：
eg(k)＝eg；
eα(k)＝b0*eg(k)+b1*eg(k-1)+b2*eg(k-2)-a1*eα(k-1)-a2*eα(k-2)；
eα(k-2)＝eα(k-1)；
eα(k-1)＝eα(k)；
eβ(k)＝qb0*eg(k)+qb1*eg(k-1)+qb2*eg(k-2)-qa1*eβ(k-1)-qa2*eβ(k-2)；
eβ(k-2)＝eβ(k-1)；
eβ(k-1)＝eβ(k)；
eg(k-2)＝eg(k-1)；
eg(k-1)＝eg(k)；
其中，b2，b1，b0，qb2，qb1，qb0，a1，a2为z域离散传递函数的系数；
步骤A3：电网电压eg、电网电压幅值信号ed、正交信号eα和正交信号eβ之间的关系公式如下：
将上述关系公式进行同步旋转坐标变换产生电网电压幅值信号ed(k)、电网电压角度信号；其中ω是电网实时角频率，ωt表示电网实时相角；
步骤A4：将电网电压角度信号送入PI控制器3后产生对应的Δω；此信号与给定电网电压角频率叠加后即为实时锁定的电网电压角频率ω(k)，电网电压角频率ω(k)一方面用于正交信号发生器参数的更新，另一方面送至积分器，积分器产生实时的电网电压角度值，该角度值信号作为谐波产生模块输入；
步骤3：直流侧自适应滤波控制器具体执行如下步骤：
步骤B1：实时采集的直流侧电压上下母线的电压udcs1(k)、电压udcs2(k)；
步骤B2：通过自适应陷波器滤除其中的二次分量得到电压udc1(k)和电压udc2(k)；
步骤B3：通过上下母线电压udc1(k)、udc2(k)求取直流侧总电压udc(k)；
步骤B4：设定直流侧电压值udcref；设定电压udcref减去滤波后母线电压udc(k)，将差值信号输入控制器1；
步骤B5：将控制器1输出信号乘以电网电压角度值sinθ(k)，得到指令信号中的有功电流分量；
步骤4：谐波检测模块具体执行如下步骤：
步骤C1：设定系数k3＝0.15，输入信号为锁相环输出信号sinθ(k)和cosθ(k)，sinθ(k)和cosθ(k)分别表示电网电压的正弦和余弦信号，sinθ(k)和cosθ(k)组成的向量X(k)如下：
X(k)=k3*[sinθ(k),cosθ(k)]；
步骤C2：设定输出信号的计算公式为：y(k)=W(k)X(k)，其中W(K)表示权值向量；
步骤C3：根据以下公式计算出误差信号：
e(k)=iL(k)-y(k)；
iL代表负载电流；
步骤C4：设定学习率η＝0.03，计算权值修正值ΔW(k)为：
ΔW(k)=ηe(k)X(k)；
步骤C5：计算权值向量W(k+1)：
W(k+1)＝W(k)+ΔW(k)；
步骤C6：根据步骤C2中的公式计算输出谐波指令信号ic *；
步骤5：电流环复合控制器具体执行如下步骤：
步骤D1：根据谐波指令信号ic *、由采样电路转换并计算得到的反馈信号ic，求取电流误差e1；
步骤D2：利用重复控制器输出u1，具体包括如下步骤：
步骤S1：设定采样值周期10kHz，采样点数N＝200，根据以下重复控制器传递函数计算u1：
将重复控制器传递函数变换成差分方程形式，得到如下公式：
u1(k)-0.96*u1(k-200)=0.5*e1(k-198)；
步骤S2：定义缓存u1[200]、e1[200]，根据步骤S1中的差分方程计算控制器输出u内环(k)；
步骤S3：将u内环(k)的值赋值给u1(k)；
步骤D3：计算PI控制器输出u2(k)；
步骤D4：求取电流环总输出uL(k)＝u1(k)+u2(k)；
步骤6：脉冲生成的具体步骤如下：
步骤E1：对电流环输出u内环(k)与电网实时电压eg求和，然后除以直流侧电压目标值udcref，得到调制波m1；
步骤E2：将利用自适应控制器计算得到的udc1(k)、udc2(k)送入PI控制器2，得到中性点控制器的输出m2，即如下公式：
m2＝k*(udc1(k)-udc2(k))；
其中K＝0.001；
步骤E3：根据以下公式，利用m1m2求取a、b桥臂对应调制波信号：
ma＝m1-m2；
mb＝-m1-m2；
步骤E4：将a、b桥臂对应调制波信号mamb输入三电平脉冲调制模块，a、b桥臂调制波分别与同向载波进行调制后，输出所需PWM信号。
优选的，在执行步骤A4时，正交信号发生器系数在定时器内定时更新，从而产生准确的eα(k)、eβ(k)，进入快速准确锁相。
优选的，在执行步骤B2时，自适应滤波器传递函数如下：
其中，ξ为陷波器带宽，ω0为陷波器中心角频率，取值为2倍的工频角频率；
设定采样频率取Ts＝100us，ξ＝0.05，ωn＝314rad/s，对H(s)进行双线性变换，得到直流侧上/下母线电压对采集到的上下母线电压的z域传递函数：
通过如下公式求取上下母线电压udc1(k)和udc2(k)：
udc1(k)＝b0 1*udcs1+b1 1*udcs1(k-1)+b2 1*udcs1(k-2)-a1 1*udc1(k-1)-a2 1*udc1(k-2)；
udc1(k-2)＝udc1(k-1)；
udc1(k-1)＝udc1(k)；
udcs1(k-2)＝udcs1(k-1)；
udcs1(k-1)＝udcs1；
udc2(k)＝b0 1*udcs2+b1 1*udcs2(k-1)+b2 1*udcs2(k-2)-a1 1*udc2(k-1)-a2 1*udc2(k-2)；
udc2(k-2)＝udc2(k-1)；
udc2(k-1)＝udc2(k)；
udcs2(k-2)＝udcs2(k-1)；
udcs2(k-1)＝udcs2；
其中，udcs1、udcs2为实时采集到的直流侧上下母线电压，b0 1、b1 1、b2 1、a1 1、a2 1为传递函数系数。
优选的，在执行步骤3时，自适应陷波器的参数必须根据锁相得到的角频率进行实时更新。
一种单相三电平有源滤波器的控制方法配套的装置，包括建立自适应锁相环、直流侧自适应滤波控制器、谐波检测模块和电流环复合控制器，自适应锁相环用于通过设置合适的带宽，自动跟踪电网频率进行锁相；直流侧自适应滤波控制器用于得到有功电流分量；谐波检测模块用于得到输出谐波指令信号；电流环复合控制器用于求取电流环总输出。实现了提高有源电力滤波器谐波补偿精度、效率、降低成本的目的。
本发明所述的一种单相三电平有源滤波器的控制方法，解决了当电网电压畸变时，有源电力滤波器补偿精度低、效率低以及传统两电平单向有源电力滤波器容量成本高的问题。本发明采用自适应单相锁相环技术进行电网电压相位跟踪，当电网电压畸变时，也可以实时准确锁相，提高了补偿精度；为抑制直流侧二次纹波，采用自适应谐波器将采集的直流侧上下母线电压中二次分量滤除，确保直流电压总控制环、中性点控制环输入无二次分量，进而提高指令电流的纯净性；采用自适应神经网络检测算法，快速准确的提取谐波电流及无功电流分量，电流环复合控制器，提高了电流跟踪精度快速性；采用三电平控制技术，在同等条件下，输出电流纹波更小，补偿效果更好。
在本发明中，任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本发明中描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种单相三电平有源滤波器的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立自适应锁相环、直流侧自适应滤波控制器、谐波检测模块和电流环复合控制器；
自适应锁相环用于通过设置合适的带宽，自动跟踪电网频率进行锁相；直流侧自适应滤波控制器用于得到有功电流分量；谐波检测模块用于得到输出谐波指令信号；电流环复合控制器用于求取电流环总输出；
步骤2：自适应锁相环具体执行如下步骤：
步骤A1：实时采集电网电压eg，通过正交信号发生器产生正交信号eα和正交信号eβ，通过同步旋转坐标变换产生电网电压幅值信号ed和电网电压角度信号；
eg与eα、eβ的s域传递函数如下：
其中k1为阻尼系数，ωn为电网角频率；
步骤A2：设定采样频率Ts＝100us，k1＝1.4，ωn＝314rad/s，根据eg与eα、eβ传递函数进行双线性变换，分别得到eg与eα、eβ的z域传递函数；
通过如下公式求取正交信号ea(k)和正交信号eβ(k)：
eg(k)＝eg；
ea(k)＝b0*eg(k)+b1*eg(k-1)+b2*eg(k-2)-a1*eα(k-1)-a2*eα(k-2)；
eα(k-2)＝eα(k-1)；
eα(k-1)＝eα(k)；
eβ(k)＝qb0*eg(k)+qb1*eg(k-1)+qb2*eg(k-2)-qa1*eβ(k-1)-qa2*eβ(k-2)；
eβ(k-2)＝eβ(k-1)；
eβ(k-1)＝eβ(k)；
eg(k-2)＝eg(k-1)；
eg(k-1)＝eg(k)；
其中，b2，b1，b0，qb2，qb1，qb0，a1，a2为z域离散传递函数的系数；
步骤A3：电网电压eg、电网电压幅值信号ed、正交信号eα和正交信号eβ之间的关系公式如下：
将上述关系公式进行同步旋转坐标变换产生电网电压幅值信号ed(k)、电网电压角度信号；其中ω是电网实时角频率，ωt表示电网实时相角；
步骤A4：将电网电压角度信号送入PI控制器3后产生对应的Δω；此信号与给定电网电压角频率叠加后即为实时锁定的电网电压角频率ω(k)，电网电压角频率ω(k)一方面用于正交信号发生器参数的更新，另一方面送至积分器，积分器产生实时的电网电压角度值，该角度值信号作为谐波产生模块输入；
步骤3：直流侧自适应滤波控制器具体执行如下步骤：
步骤B1：实时采集的直流侧电压上下母线的电压udcs1(k)、电压udcs2(k)；
步骤B2：通过自适应陷波器滤除其中的二次分量得到电压udc1(k)和电压udc2(k)；
步骤B3：通过上下母线电压udc1(k)、udc2(k)求取直流侧总电压udc(k)；
步骤B4：设定直流侧电压值udcref；设定电压udcref减去滤波后母线电压udc(k)，将差值信号输入控制器1；
步骤B5：将控制器1输出信号乘以电网电压角度值sinθ(k)，得到指令信号中的有功电流分量；
步骤4：谐波检测模块具体执行如下步骤：
步骤C1：设定系数k3＝0.15，输入信号为锁相环输出信号sinθ(k)和cosθ(k)，sinθ(k)和cosθ(k)分别表示电网电压的正弦和余弦信号，sinθ(k)和cosθ(k)组成的向量X(k)如下：
X(k)＝k3*[sinθ(k)，cosθ(k)]；
步骤C2：设定输出信号的计算公式为：y(k)＝W(k)X(k)，其中W(k)表示权值向量；
步骤C3：根据以下公式计算出误差信号：
e(k)＝iL(k)-y(k)；
iL代表负载电流；
步骤C4：设定学习率η＝0.03，计算权值修正值ΔW(k)为：
ΔW(k)＝ηe(k)X(k)；
步骤C5：计算权值向量W(k+1)：
W(k+1)＝W(k)+ΔW(k)；
步骤C6：根据步骤C2中的公式计算输出谐波指令信号ic；
步骤5：电流环复合控制器具体执行如下步骤：
步骤D1：根据谐波指令信号ic *、由采样电路转换并计算得到的反馈信号ic，求取电流误差e1；
步骤D2：利用重复控制器输出u1，具体包括如下步骤：
步骤S1：设定采样值周期10kHz，采样点数N＝200，根据以下重复控制器传递函数计算u1：
将重复控制器传递函数变换成差分方程形式，得到如下公式：
u1(k)-0.96*u1(k-200)＝0.5*e1(k-198)；
步骤S2：定义缓存u1[200]、e1[200]，根据步骤S1中的差分方程计算控制器输出u内环(k)；
步骤S3：将u内环(k)的值赋值给u1(k)；
步骤D3：计算PI控制器输出u2(k)；
步骤D4：求取电流环总输出uL(k)＝u1(k)+u2(k)；
步骤6：脉冲生成的具体步骤如下：
步骤E1：对电流环输出u内环(k)与电网实时电压eg求和，然后除以直流侧电压目标值udcref，得到调制波m1；
步骤E2：将利用自适应控制器计算得到的udc1(k)、udc2(k)送入PI控制器2，得到中性点控制器的输出m2，即如下公式：
m2＝k*(udc1(k)-udc2(k))；
其中K＝0.001；
步骤E3：根据以下公式，利用m1 m2求取a、b桥臂对应调制波信号：
ma＝m1-m2；
mb＝-m1-m2；
步骤E4：将a、b桥臂对应调制波信号ma mb输入三电平脉冲调制模块，a、b桥臂调制波分别与同向载波进行调制后，输出所需PWM信号。
2.如权利要求1所述的一种单相三电平有源滤波器的控制方法，其特征在于：在执行步骤A4时，正交信号发生器系数在定时器内定时更新，从而产生准确的eα(k)、eβ(k)，进入快速准确锁相。
3.如权利要求1所述的一种单相三电平有源滤波器的控制方法，其特征在于：在执行步骤B2时，自适应滤波器传递函数如下：
其中，ξ为陷波器带宽，ω0为陷波器中心角频率，取值为2倍的工频角频率；
设定采样频率取Ts＝100us，ξ＝0.05，ωn＝314rad/s，对H(s)进行双线性变换，得到直流侧上/下母线电压对采集到的上下母线电压的z域传递函数：
通过如下公式求取上下母线电压udc1(k)和udc2(k)：
udc1(k)＝b0 1*udcs1+b1 1*udcs1(k-1)+b2 1*udcs1(k-2)-a1 1*udc1(k-1)-a2 1*udc1(k-2)；
udc1(k-2)＝udc1(k-1)；
udc1(k-1)＝udc1(k)；
udcs1(k-2)＝udcs1(k-1)；
udcs1(k-1)＝udcs1；
udc2(k)＝b0 1*udcs2+b1 1*udcs2(k-1)+b2 1*udcs2(k-2)-a1 1*udc2(k-1)-a2 1*udc2(k-2)；
udc2(k-2)＝udc2(k-1)；
udc2(k-1)＝udc2(k)；
udcs2(k-2)＝udcs2(k-1)；
udcs2(k-1)＝udcs2；
其中，udcs1、udcs2为实时采集到的直流侧上下母线电压，b0 1、b1 1、b2 1、a1 1、a2 1为传递函数系数。
4.如权利要求1所述的一种单相三电平有源滤波器的控制方法，其特征在于：在执行步骤3时，自适应陷波器的参数必须根据锁相得到的角频率进行实时更新。
CN202110397870.7A 2021-04-14 2021-04-14 一种单相三电平有源滤波器的控制方法 Active CN113131480B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110397870.7A CN113131480B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种单相三电平有源滤波器的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110397870.7A CN113131480B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种单相三电平有源滤波器的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113131480A CN113131480A (zh) 2021-07-16
CN113131480B true CN113131480B (zh) 2023-11-17

Family

ID=76776238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110397870.7A Active CN113131480B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种单相三电平有源滤波器的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113131480B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104836232A (zh) * 2015-05-14 2015-08-12 电子科技大学 一种有源电力滤波器的频率宽范围自适应重复控制方法
CN105048466A (zh) * 2015-09-10 2015-11-11 苏州市欧米伽智能控制技术有限公司 一种并联型混合有源电力滤波器的复合控制方法
CN107968406A (zh) * 2017-12-19 2018-04-27 电子科技大学 一种有源电力滤波器抗饱和频率自适应重复控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104836232A (zh) * 2015-05-14 2015-08-12 电子科技大学 一种有源电力滤波器的频率宽范围自适应重复控制方法
CN105048466A (zh) * 2015-09-10 2015-11-11 苏州市欧米伽智能控制技术有限公司 一种并联型混合有源电力滤波器的复合控制方法
CN107968406A (zh) * 2017-12-19 2018-04-27 电子科技大学 一种有源电力滤波器抗饱和频率自适应重复控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113131480A (zh) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Monfared et al. Direct active and reactive power control of single-phase grid-tie converters
Loh et al. Mixed-frame and stationary-frame repetitive control schemes for compensating typical load and grid harmonics
CN107394818B (zh) 一种基于储能变流器的储能电池并网运行控制方法和装置
CN111525572B (zh) 电网中的电能质量等级确定方法、装置、设备和存储介质
Chebabhi et al. A new balancing three level three dimensional space vector modulation strategy for three level neutral point clamped four leg inverter based shunt active power filter controlling by nonlinear back stepping controllers
Bouzidi et al. Hybrid direct power/current control using feedback linearization of three-level four-leg voltage source shunt active power filter
CN112701720B (zh) 一种交流微网带恒功率负载的混合控制方法
CN112072663B (zh) 基于小波脉冲宽度调制的谐波控制方法及应用
CN111614278A (zh) Lcl型逆变器的无权值多变量顺序模型预测控制方法及装置
CN103595279A (zh) 电网不对称故障下光伏逆变器定频式模型预测控制方法
CN102664545A (zh) 逆变器电压前馈直流分量的抑制方法及逆变器的控制方法
CN104410074A (zh) 一种基于pi自适应的有源电力滤波器复合控制方法
CN110266044B (zh) 一种基于储能变流器的微电网并网控制系统及方法
CN107733270A (zh) 级联h桥型光伏并网逆变器的控制及调制策略
Acikgoz et al. Robust control of current controlled PWM rectifiers using type-2 fuzzy neural networks for unity power factor operation
CN113131480B (zh) 一种单相三电平有源滤波器的控制方法
CN116979535A (zh) 一种用于有源电力滤波器的双重谐波电流检测方法
CN107742987A (zh) 一种三相pwm整流器的相序自适应控制方法
CN108134391B (zh) 一种用于电网电压波形畸变的三相pwm整流器的控制方法
Bellatreche et al. Using fuzzy logic and hysteresis current control to reduce harmonics in three level NPC shunt active power filter
CN115276439A (zh) 适应弱电网阻抗变化的lcl型并网逆变器谐振抑制方法
CN115378025A (zh) 一种无锁相环的风电变流器并网控制方法、设备及介质
CN109039043A (zh) 抑制三电平变流器母线中点电位波动的零序分量寻优方法
CN103595278A (zh) 太阳能发电系统网侧变换器功率平衡谐振控制方法
CN112583047A (zh) 一种级联h桥光伏并网逆变器的功率不平衡控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant