有源电力滤波器与并联电容器混合补偿系统的控制方法

摘要

本发明涉及并联型有源电力滤波器和并联电容器组成的混合型补偿系统的控制方法。当并联型有源电力滤波器所检测的负载电流中含并联电容器的电流时，并联型有源电力滤波器同时检测电网电压和负载电流中的谐波成分；其中，检测负载电流用于控制有源电力滤波器输出所需补偿的谐波；检测电网电压把有源电力滤波器等效控制为一个谐波电阻，其在谐波频段上阻值为定值，在基波频段上阻值无穷大，从而起到抑制系统谐振、提高系统稳定性的作用；将两部分指令叠加后控制有源电力滤波器输出，以提高系统稳定性和补偿效果。该方法仅增加了电网电压谐波检测环节，不增加任何硬件，只在软件中加入电网电压谐波检测算法，可大大推动有源电力滤波技术的实用化进程。

说明书

技术领域

本发明属于电能质量治理的应用范畴，具体涉及一种并联型有源电力滤波器和并联电容器组成的混合型补偿系统的控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展和人们对电能质量要求的提高，并联型有源电力滤波器以其优越的电能质量治理性能受到人们的广泛关注，并正在逐步走向实用化。同时我国低压配电系统中一般都采用并联电容器来进行无功功率补偿。实际系统中，由于无功电容器安装组数较多，且位置分散灵活，将并联型有源电力滤波器用于系统后，当并联型有源电力滤波器使用检测负载电流的控制方法时，其检测到的负载电流将不可避免的包含并联电容器的电流，此时混合补偿系统存在稳定性和谐波抑制效果之间的矛盾。根据申请人所进行的资料检索，截止目前为止，针对这种情况现有技术中还没有提出较为实用可靠的方法，目前研究基本只是通过多套互感器检测到的电流矢量相减得出有源滤波装置应发出的电流，而此方法在电容器组数较多且安装位置分散的场合并不适用。

以下给出检索的相关文献：

[1]秦杰，王大为，有源滤波器与无功补偿装置并联使用技术，电气技术，2006年第8期。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种并联型有源电力滤波器和并联电容器组成的混合型补偿系统的控制方法，以提高并联型有源电力滤波器和并联电容器组成的混合补偿系统的系统稳定性及补偿效果。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种并联型有源电力滤波器和并联电容器组成的混合型补偿系统的控制方法，其特征在于，当并联型有源电力滤波器所检测的负载电流中包含并联电容器的电流时，并联型有源电力滤波器同时检测电网电压和负载电流中的谐波成分；其中，检测负载电流用于控制有源电力滤波器输出所需补偿的谐波；检测电网电压可把有源电力滤波器等效控制为一个谐波电阻，该谐波电阻在谐波频段上阻值为一个定值，在基波频段上阻值无穷大，从而起到抑制系统谐振、提高系统稳定性的作用；将两部分指令叠加后控制有源电力滤波器输出，即可实现提高系统稳定性和补偿效果。

本发明的方法可以同时检测负载电流和电网电压，简单可靠且不需增加额外的硬件成本，可使系统变的稳定，并具有理想的补偿效果。

本发明的方法相对于传统的并联型有源电力滤波器控制方法，该方法仅增加了电网电压谐波检测环节。由于装置本身的锁相环节中就需要对电网电压进行检测，因此该方法不需要增加任何硬件，只需要在软件中加入电网电压谐波检测算法即可。本发明将大大推动有源电力滤波技术的实用化进程。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2并联型有源电力滤波器新型控制方法示意图；

图3控制系统结构图；

图4检测电流包括电容器电流时采用传统控制方法下系统仿真波形；

图5检测电流包括电容器电流时采用本发明提出的控制方法下系统仿真波形；

图6检测电流包括电容器电流时采用传统控制方法下系统实验波形；

图7检测电流包括电容器电流时采用本发明提出的控制方法下系统实验波形；

以下结合附图和发明人给出的实例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

并联型有源电力滤波器和并联电容器组成的混合型补偿系统的控制方法，当并联型有源电力滤波器所检测的负载电流中包含并联电容器的电流时，并联型有源电力滤波器同时检测电网电压和负载电流(包含或不包含电容器电流均适用)，检测负载电流用于控制有源电力滤波器输出所需补偿的谐波；检测电网电压可把有源电力滤波器等效控制为一个谐波电阻(在谐波频段上阻值为一定值，在基波频段上阻值无穷大)，从而起到抑制系统谐振、提高系统稳定性的作用。将两部分指令相叠加，即可实现提高系统稳定性和补偿效果的目的。

应用本发明方法的并联型有源电力滤波器系统结构如图1所示，并联型有源电力滤波器包括主电路和控制电路两部分。其中，主电路由同步变压器(400/5)、进线电抗器、IGBT构成的变流器以及其他辅助设备等组成；控制电路由电流检测环节、指令生成环节、电流跟踪控制环节以及直流侧电压调节环节等组成。图中i_s表示电网电流，Z_S表示电网的网络阻抗，e_a、e_b、e_c表示a、b、c三相的电网电压，i_L表示负载电流(包括无功补偿电容器组电流)，i_c表示有源电力滤波器的输出电流，L_r表示有源电力滤波器的连接电抗器，i_f表示有源电力滤波器的反馈电流，i_dc表示有源电力滤波器的直流侧电流，V_c表示有源电力滤波器直流侧电压，u_ref表示有源电力滤波器直流侧电压给定参考值，i_ch^*表示谐波指令，i_cf^*表示用于直流侧控制的基波指令，i_c^*表示合成后的有源电力滤波器指令，e_PLL表示由锁相环节得到的电网电压同步信号。

电网电压的谐波检测与负载电流的谐波检测实现方式完全相同，首先通过A/D对信号进行采样，然后在DSP中对采样得到的信号进行DFT分析，得到其中的50Hz基波分量，然后通过减法运算将该基波分量从采样得到的信号中剔除，即可得到信号中的谐波分量，最后通过D/A将其转化为模拟量作为电流跟踪控制的指令信号中的谐波指令部分。

与传统的并联型有源电力滤波器一样，有源电力滤波器通过连接电抗器L_r以并联的方式接入电网；同步变压器(400/5)用于检测电网电压，其输出信号可用于锁相环节和谐波电压检测环节的输入；指令生成环节对检测到的负载电流(包括电容器的电流)和电网电压进行分析，提取其中的谐波分量，该部分是由DSP数字电路实现的；直流侧电压调节环节用于调节直流侧电压，通常为PI调节器，其输入量为直流侧电压参考值和通过传感器检测到的直流侧电压实际值之差，该部分也是由DSP数字电路实现的；指令生成环节和直流侧电压调节环节所得指令之和作为电流跟踪控制环节的给定，该给定与有源电力滤波器输出电流的反馈值做差后，所得到信号再与三角波进行比较得到PWM信号，该部分是由模拟电路实现的。

本发明中提出的新型控制方法示意图见图2。图中i_cl表示检测得到的负载电流中的谐波分量，i_cl^*表示负载谐波电流对应的指令分量，u_sh表示检测得到的电网电压中的谐波分量，i_cv^*表示电网谐波电压对的应指令分量，K_id表示电流通道系数，K_v表示电压通道系数，i_c^*表示合成后的有源电力滤波器指令。

检测负载电流(包括电容器电流)中的谐波分量i_cl，并作为有源电力滤波器输出电流控制量之一来控制其输出对应的电流