一种有源电力滤波器电网角度的闭环控制方法

摘要

本发明公开了一种有源电力滤波器电网角度的闭环控制方法，简单、易于实现，具有很好的动态、稳态补偿效果。该方法检测电网侧电流，利用瞬时无功算法提取出各次谐波的D轴、Q轴直流分量，给定为0，利用PI调节器控制各次谐波无差跟踪，避免采用复杂、实现难度大的针对交流量无差控制的重复控制、比例谐振控制等智能算法。本发明可以非常方便的实现特定次谐波的补偿，避免补偿无关紧要的谐波电流，很好的利用了滤波器的有效容量；相较智能算法实现简单，可靠性高，相较开环控制大大改善了滤波器的补偿性能，具有非常大的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于电能质量控制领域，涉及一种有源电力滤波器控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载投入使用，电网谐波的污染越来越严重，已经一定程度上威胁到用电的安全。随着信息时代的到来社会对电能质量的要求越来越高，对电力系统中的谐波进行抑制，已成为电力电子技术领域的重大课题。

无源电力滤波器因其滤波性能受电网频率、阻抗的影响较大，正在逐步被有源电力滤波器所取代。有源电力滤波器可以弥补无源滤波器的不足，其滤波效果也是无源电力滤波器所无法比拟的。当下已经应用于现场的有源电力滤波器大多是采用检测负载电流进行谐波提取控制的开环控制方式，此种控制方式有以下弊端：1)在采样误差较大时，严重影响补偿效果；2)由于电流环指令是各频次的交流分量的叠加，而普通的P调节器或PI调节器无法实现对交流量的无差跟踪，甚至可能会将高次分量放大，对系统稳定性产生威胁，而对交流分量实现无差控制的重复控制、比例谐振等智能算法还不成熟，实现难度相当大；3)由于电流环无法对谐波指令达到无差控制，所以各频次电流都有一定的相位、幅值误差，在调试时需要逐次进行相位、幅值矫正，现场调试很繁琐。

针对开环的以上问题，已有学者提出了一些卓有成效的闭环控制方法，但这些方法都有其的局限性，或者需要采用智能算法，或者响应速度较慢，算法复杂，实现难度很大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种有源电力滤波器电网角度的闭环控制方法，简单、易于实现，具有很好的动态、稳态补偿效果。

本发明的目的是通过以下的技术方案来解决的：

有源电力滤波器的拓扑结构为：三相电压型逆变器交流侧通过一组三相电抗与电网并联连接；逆变器的直流侧与电容相连形成闭合回路，用于提供逆变电压支撑；

该闭环控制方法包括以下步骤：

a.利用软锁相环对电网电压进行锁相，所得角度用于生成瞬时无功变化矩阵；

b.检测网侧电流，利用所述瞬时无功正变化矩阵将各次谐波电流变换到DQ坐标系，并通过低通滤波器得到直流分量0作为D轴、Q轴的给定，直流分量作为反馈利用PI调节器进行调节；

c.根据特定次谐波补偿功能设置要求，对需要补偿的各次谐波电流指令进行求和，得到总谐波电流指令：∑i_af、∑i_bf、∑i_cf；

d.检测母线电压U_dcf，与给定作差，利用PI调节器进行控制，输出加上网侧电压前馈值，作为Q轴给定，D轴给定为0，利用瞬时无功反变换矩阵变换到三相静止坐标系得到稳压有功指令i_af、i_bf、i_cf；

e.将步骤c和步骤d得到的总谐波电流指令和稳压有功指令求和，作为最终的控制指令，控制三相电压逆变桥的输出电流。

以上步骤e中，根据所述最终的控制指令控制三相电压逆变桥的输出电流的具体实现方法是：检测有源电力滤波器自身输出三相电流作为反馈，与所述最终的控制指令做差，先利用P调节器进行调节，再利用SPWM调制方式形成PWM驱动脉冲，来驱动IGBT逆变桥动作，产生输出电流。

本发明从PI调节器可以对直流分量进行无差控制的角度出发，将各次谐波变换成DQ轴的直流分量进行无差控制。该控制方法，简单、易于实现，具有很好的动态、稳态补偿效果，从根本上可以提升装置的补偿性能。具体有以下优点：

1)检测电网侧电流，利用瞬时无功算法提取出各次谐波的D轴、Q轴直流分量，给定为0，采用PI调节器实现各次谐波电流的无差控制，避免采用复杂的不成熟的智能控制算法。

2)可以很简便地实现特定次谐波的补偿，避免补偿无关紧要的谐波电流，很好的利用了滤波器的有效容量。

3)相较智能算法简单易于实现，可靠性高，相较开环控制大大改善了滤波器的补偿性能，具有非常大的应用前景。

附图说明

图1是本发明控制方法涉及的有源电力滤波器拓扑结构示意图。

图2是本发明控制方法的控制框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步详细说明：

如图1所示有源电力滤波器拓扑结构：三相电压型逆变器通过三相电抗并联到电网侧，逆变器的直流侧与电容连接，提供逆变所需的电压支撑。

本发明的闭环控制方法如图2所示，具体实现步骤如下：

三相电网电压记为e_a；三相网侧电流记为i_sa、i_sb、i_sc；三相负载电流记为i_La、i_Lb、i_Lc，有源电力滤波器自身输出三相电流记为i_a、i_b、i_c；为直流母线电压给定数值、U_dcf为直流母线电压实际采样数值，n为谐波的次数。

a.利用典型的软锁相算法对电网电压e_a进行锁相，所得角度用于瞬时无功变化矩阵。

b.检测网侧电流，利用瞬时无功正变化矩阵将各次谐波电流变换到DQ坐标系得到d_sn、q_sn，：

其中，图2中ABC/DQ矩阵即为C_dqC₃₂。

然后经LPF滤波得到直流分量

0作为D轴、Q轴的给定，作为反馈利用PI调节器进行调节，输出量为d_errn、q_errn。

将结果利用瞬时无功反变换矩阵变换到三相静止坐标系得到各次谐波电流的指令i_anf、i_bnf、i_cnf。

其中，图2中DQ/ABC矩阵即为

c.根据特定次谐波补偿功能设置要求，对需要补偿的各次谐波电流指令进行求和，得到总谐波电流指令：∑i_af、∑i_bf、∑i_cf。

d.检测母线电压U_dcf，与给定作差，利用PI调节器进行控制，输出加上网侧电压前馈值，作为Q轴给定，D轴给定为0，利用瞬时无功反变换矩阵变换到三相静止坐标系得到稳压有功指令i_af、i_bf、i_cf。

e.将所得的总谐波电流指令和稳压有功指令求和，作为最终的控制指令，控制三相电压逆变桥的输出电流。具体是：检测滤波器自身输出三相电流作为反馈，与以上所得总指令作差，利用P调节器进行控制，最终利用SPWM调制方式形成PWM驱动脉冲，来驱动IGBT逆变桥动作，产生输出电流。

通过搭建仿真模型对该控制方法进行了验证，确认了其正确性和优越性。