專利名稱：有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法及系統(tǒng)，該方法及其系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)濾波支路的阻抗的控制，并通過(guò)使濾波支路在關(guān)心的紋波頻帶內(nèi)的阻抗值為零來(lái)抑制和消除低頻紋波噪聲。本發(fā)明屬于直流供電技術(shù)領(lǐng)域。
在1998年5月的《電氣和電子工程師學(xué)會(huì)的電力系統(tǒng)學(xué)報(bào)(IEEE Transactions onPower Systems)》第13卷第2期中發(fā)表了一篇題目為《坎提-斯坎高壓直流輸電系統(tǒng)中林道姆換流站所采用的有源直流濾波器的控制原理分析(Analysis on the ControlPrinciple of the Active DC Filter in the Lindome Converter Station of the Konti-Skan HVDCLink)》的文章。在這篇文章中，作者描述了一種能夠?yàn)V除整流所產(chǎn)生的低頻紋波噪聲的有源電力濾波裝置及其控制方法，其原理框圖如附

圖1所示。在已有的這種有源電力濾波裝置及其控制方法中，包含紋波噪聲的直流電壓接入濾波電路的輸入端口后，首先經(jīng)過(guò)串入線路中的平波電抗器到達(dá)輸出端口，輸出端口在平波電抗器和回路電極之間連接著無(wú)源濾波裝置和與之相串聯(lián)的耦合變壓器的原邊，直流電源通過(guò)單相電壓型逆變電路接入耦合變壓器的副邊。已有這種有源電力濾波裝置的控制方法首先要通過(guò)電流互感器測(cè)量出輸出端口電流iout，而后濾除iout中的直流成分和噪聲，提取出紋波電流il。紋波電流il再經(jīng)過(guò)梳狀濾波或者槽狀濾波得到中間信號(hào)ir。如果需要濾除頻率為fi的紋波成分，所選的梳狀濾波或者槽狀濾波的傳遞函數(shù)Fa(s)應(yīng)該具有接近±j2πfi的兩個(gè)極點(diǎn)。由此，傳遞函數(shù)Fa(s)的幅頻響應(yīng)在頻點(diǎn)fi處也將趨近于無(wú)窮大。然后，中間信號(hào)ir經(jīng)過(guò)系統(tǒng)補(bǔ)償處理得到脈寬調(diào)制的參考波信號(hào)ua，參考波信號(hào)ua經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制產(chǎn)生控制脈沖，控制脈沖信號(hào)被功率放大后用以驅(qū)動(dòng)單相電壓型逆變電路。于是，在耦合變壓器的原邊得到將參考波信號(hào)ua中的低頻交流成分幅度放大后的電壓信號(hào)。如果假設(shè)整個(gè)濾波裝置的輸入電壓紋波為0，而將參考波信號(hào)ua作為唯一激勵(lì)源，再將濾波裝置在輸出端口所獲得的電流ila作為響應(yīng)，則可以依據(jù)電路參數(shù)得到這個(gè)輸入輸出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Gh。文獻(xiàn)中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)補(bǔ)償部分的傳遞函數(shù)特性需要滿足FC=1Gh.]]>已有的這個(gè)有源電力濾波系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型為圖2所示。圖2中的輸入信號(hào)ilh是當(dāng)參考波信號(hào)ua為0，輸入端口的紋波電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)，在濾波裝置輸出端口的紋波電流。整個(gè)濾波控制的傳遞函數(shù)為Fs(s)=ililh=11+Fa]]>因?yàn)镕a(s)的極點(diǎn)是Fs(s)的零點(diǎn)，所以如果梳狀濾波或者槽狀濾波的傳遞函數(shù)Fa(s)具有接近于±j2πfi的極點(diǎn)，則|Fs(±j2πfi)|將趨近于0，即濾波控制系統(tǒng)能夠抑制頻率為fi的低頻紋波。
已有的這種有源電力濾波方法需要獲得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Gh，并需要依此進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)償處理。系統(tǒng)補(bǔ)償處理部分的設(shè)計(jì)是依賴于電路參數(shù)的，特別是當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)補(bǔ)償處理過(guò)程也需要相應(yīng)改變。這加大了系統(tǒng)補(bǔ)償處理的難度，容易引起控制振蕩，而且也會(huì)降低紋波抑制的效果。已有的這種有源電力濾波方法中的濾波處理部分采用了梳狀濾波或槽狀濾波方法，從而使濾波處理的傳遞函數(shù)Fa(s)的極點(diǎn)接近于±j2πfi。但是，傳遞函數(shù)的極點(diǎn)越接近虛軸，則濾波處理過(guò)程本身就越難以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。而且，由于不能夠使Fa(s)的極點(diǎn)完全等于±j2πfi，所以已有方法無(wú)法達(dá)到最優(yōu)的紋波抑制。理論上，依靠輸出端口紋波電流作為控制輸入量的有源電力濾波方法都無(wú)法達(dá)到最優(yōu)的紋波抑制，而只能使輸出端口的紋波電壓和電流維持在接近于零的較小水平。輸出端口紋波電流的測(cè)量需要從輸出端口電流中濾除占有較大比例的直流成分。特別是當(dāng)紋波得到一定抑制時(shí)，輸出端口紋波電流成分將減小，這就要求測(cè)量部分具有更高的精度，才能使這種方法達(dá)到更好的控制效果。已有的這種有源電力濾波控制方法在數(shù)字化實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，測(cè)量采樣、算法計(jì)算以及脈寬調(diào)制的過(guò)程存在難以補(bǔ)償?shù)难訒r(shí)，這會(huì)對(duì)關(guān)心頻帶的紋波造成較大的相移，并嚴(yán)重影響紋波抑制的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法及系統(tǒng)，希望能夠克服已有的有源電力濾波方法的不足，使控制原理不受負(fù)載變化的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的紋波抑制，減小在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各個(gè)功能部分的精度、延時(shí)以及相移的限制要求，并且使控制更加穩(wěn)定，最終獲得更好的紋波抑制效果。
本發(fā)明提出的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法是一種利用帶通濾波實(shí)現(xiàn)頻域控制的解耦，又基于相移互差90°的兩個(gè)移相濾波處理H1和H2來(lái)構(gòu)成濾波支路電阻和電抗的解耦控制，通過(guò)調(diào)節(jié)濾波支路在關(guān)心的紋波頻點(diǎn)的總阻抗等于零或者趨近于零，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該頻點(diǎn)紋波濾除的方法，該方法依次含有如下步驟(1)測(cè)量出并聯(lián)濾波支路中的電流iAPF；(2)將測(cè)量得到的濾波支路電流信號(hào)iAPF輸入一組通帶頻點(diǎn)分別為f1、f2、…、fm的帶通濾波處理，得到一組包含不同頻率紋波成分的紋波電流信號(hào)i1、i2、…、im；其中，f1、f2、…、fm是需要濾除的低頻紋波的m個(gè)組成頻率，每個(gè)帶通濾波處理在其通帶頻點(diǎn)fi(i＝1，2，…，m)具有最高幅值增益Ai，而它對(duì)其它紋波頻率信號(hào)的衰減率應(yīng)該大于控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻域解耦的臨界閾值；(3)將濾波得到的紋波電流信號(hào)i1、i2、…、im分別乘以頻域解耦加權(quán)系數(shù)a1、a2、…、am，然后求和得到第一個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum1，即isum1＝a1·i1+a2·i2+…+am·im；同時(shí)，將濾波得到的紋波電流信號(hào)i1、i2、…、im分別乘以頻域解耦加權(quán)系數(shù)b1、b2、…、bm，然后求和得到第二個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum2，即isum2＝b1·i1+b2·i2+…+bm·im；上述的頻域解耦加權(quán)系數(shù)的計(jì)算步驟如下①測(cè)量出并聯(lián)濾波支路兩端的電壓uAPF和并聯(lián)濾波支路中的電流iAPF；②由測(cè)量得到的并聯(lián)濾波支路的電壓uAPF和電流iAPF計(jì)算出濾波支路分別在頻點(diǎn)f1、f2、…、fm的阻抗R1+jX1、R2+jX2、…、Rm+jXm；其中，R1、R2、…、Rm是支路阻抗的電阻部分，X1、X2、…、Xm是支路阻抗的電抗部分；③依據(jù)濾波支路的阻抗，經(jīng)過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)控制得到一組電阻控制參數(shù)p1、p2、…、pm和一組電抗控制參數(shù)q1、q2、…、qm；參數(shù)的調(diào)節(jié)控制可以采用常數(shù)賦值或者比例積分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制中的一種；其中，常數(shù)賦值控制是依據(jù)耦合變壓器副邊短路時(shí)濾波支路在頻點(diǎn)f1、f2、…、fm的阻抗值R10+jX10、R20+jX20、…、Rm0+jXm0，其中R10、R20、…、Rm0是電阻部分，X10、X20、…、Xm0是電抗部分，按照如下賦值公式獲得固定的電阻控制參數(shù)和電抗控制參數(shù) 比例積分微分控制將前述第②步計(jì)算得到的濾波支路電阻Ri(i＝1，2，…，m)和電抗Xi(i＝1，2，…，m)作為輸入，經(jīng)過(guò)比例、積分、微分、慣性或者求和處理過(guò)程，以使系統(tǒng)基于在fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的濾波支路電阻和電抗構(gòu)成負(fù)反饋控制，輸出得到電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)；延時(shí)調(diào)節(jié)控制將前述第②步計(jì)算得到的濾波支路電阻Ri(i＝1，2，…，m)和電抗Xi(i＝1，2，…，m)作為輸入，在離散化后經(jīng)過(guò)比例、差分、存儲(chǔ)或者求和處理過(guò)程，用以獲得分別對(duì)應(yīng)fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的濾波支路電阻和電抗的一組負(fù)反饋控制調(diào)節(jié)量，并當(dāng)濾波支路關(guān)心頻點(diǎn)的紋波電流占總紋波量的比例超過(guò)設(shè)定值時(shí)，該設(shè)定值的取值在0.0～1.0范圍內(nèi)，再將這組控制調(diào)節(jié)量以一定的時(shí)間間隔分別與當(dāng)前的電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)求和，獲得新輸出的電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)；④將獲得的電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)按照如下公式進(jìn)行解耦處理，并得到頻域解耦加權(quán)系數(shù)ai(i＝1，2，…，m)和bi(i＝1，2，…，m)aibi=AΔAi·AH·n·Ud·cosθisinθi-sinθicosθi·piqi(i=1,2,···,m);]]>其中，AΔ是脈寬調(diào)制處理采用的調(diào)制信號(hào)幅值，Ai(i＝1，2，…，m)是前述第(2)步中通帶頻點(diǎn)為fi(i＝1，2，…，m)的帶通濾波處理的最高幅值增益，n是耦合變壓器的變比，Ud是為單相電壓型逆變電路供電的直流電源的輸出電壓，θi(i＝1，2，…，m)是從濾波支路電流iAPF的測(cè)量過(guò)程，經(jīng)過(guò)帶通濾波處理、加權(quán)求和、H1移相濾波、求和、脈寬調(diào)制、脈沖驅(qū)動(dòng)、電壓逆變和變壓器耦合的一系列處理，到獲得耦合變壓器原邊受控電壓的整個(gè)過(guò)程在fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的總相移；(4)將上述第(3)步獲得的第一個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum1經(jīng)過(guò)第一組移相濾波H1后，得到第一個(gè)移相濾波信號(hào)ihb1；同時(shí)，將上述第(3)步獲得的第二個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum2經(jīng)過(guò)第二組移相濾波H2后，得到第二個(gè)移相濾波信號(hào)ihb2；如果兩組移相濾波H1和H2的傳遞函數(shù)分別用HH1(s)和HH2(s)表示，則在所關(guān)心的紋波頻帶內(nèi)，移相濾波H1和H2的傳遞函數(shù)特性應(yīng)該滿足如下關(guān)系 其中，f是關(guān)心頻帶內(nèi)的頻率，而且f＞0；AH是任意正常數(shù)。在滿足控制精度要求的條件下，上述對(duì)傳遞函數(shù)特性的約束可以存在一定的誤差；(5)將上述第一和第二個(gè)移相濾波信號(hào)ihb1和ihb2求和得到脈寬調(diào)制用的參考波信號(hào)iref，即iref＝ihb1+ihb2；(6)將參考信號(hào)iref進(jìn)行脈寬調(diào)制處理后獲得一組方波脈沖信號(hào)；方波脈沖信號(hào)的路數(shù)等于單相電壓型逆變電路中受控的電力電子器件數(shù)目，脈寬調(diào)制處理的脈沖發(fā)生頻率應(yīng)該大于所關(guān)心的低頻紋波頻帶上限的2倍，由這組方波脈沖信號(hào)控制的單相電壓型逆變電路所輸出的電壓脈沖的占空比應(yīng)滿足下式 其中的AΔ是脈寬調(diào)制處理采用的調(diào)制信號(hào)幅值，取任意正數(shù)值；(7)將上述第(6)步獲得的方波脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大后去驅(qū)動(dòng)單相電壓型逆變電路中的電力電子器件，用以改變具有直流電源供電的單相電壓型逆變電路輸出的電壓脈沖的占空比，并且使該電壓脈沖的占空比滿足步驟(6)中要求；(8)將上述電壓脈沖加載到耦合變壓器副邊，并通過(guò)耦合變壓器原邊作用于和無(wú)源濾波裝置串聯(lián)所構(gòu)成的濾波支路，用以在與該濾波支路相并聯(lián)的電路輸出端口得到低頻紋波被濾波后的電壓和電流輸出信號(hào)。
根據(jù)前述的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法而提出的有源電力濾波系統(tǒng)的組成為有源電力濾波電路，它含有串接在包含紋波噪聲的直流電壓輸入信號(hào)的入端線路上的平波電抗器；由用以承擔(dān)直流電壓的無(wú)源濾波裝置和耦合變壓器的原邊串聯(lián)所構(gòu)成的并聯(lián)在輸出端口的平波電抗器和回路電極之間的濾波支路；輸出接入到耦合變壓器副邊的單相電壓型逆變電路；輸出接入到單相電壓型逆變電路輸入端的直流電源；安裝在濾波支路上的電流互感器；
安裝在濾波支路兩端之間的電壓互感器；依次與電流互感器的測(cè)量輸出端串接的一組帶通濾波器、由乘法器和加法器構(gòu)成的加權(quán)求和電路、H1和H2移相濾波器、加法器以及脈寬調(diào)制電路；頻域解耦加權(quán)系數(shù)計(jì)算電路，包括以電壓互感器和電流互感器測(cè)量獲得的濾波支路電壓和電流信號(hào)作為輸入的一組分別對(duì)應(yīng)fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的支路電阻計(jì)算電路和支路電抗計(jì)算電路，以及參數(shù)的調(diào)節(jié)控制電路和解耦處理電路；脈沖驅(qū)動(dòng)電路，其輸入端與上述脈寬調(diào)制部分輸出的脈沖信號(hào)相連接，而其輸出端則與單相電壓型逆變電路的觸發(fā)控制端相連接；在上述的有源電力濾波系統(tǒng)中，耦合變壓器的變比n(n＞0)和直流電源輸出電壓Ud(Ud＞0)應(yīng)該滿足n×Ud大于耦合變壓器副邊短路時(shí)輸出端口在關(guān)心頻率范圍內(nèi)的紋波電壓的最大幅值。
下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明方法的工作原理加以說(shuō)明。不妨設(shè)實(shí)際的濾波支路電流在fk(k＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的紋波分量為 其中Iwk和k分別是該頻率紋波分量的有效值和初始相位，t是時(shí)間。如果測(cè)量過(guò)程在fk頻點(diǎn)的相移為θk1，于是測(cè)量獲得的濾波支路電流iAPF中所包含的fk頻點(diǎn)的信號(hào)為 如果每個(gè)帶通濾波處理對(duì)其通帶頻點(diǎn)之外的紋波頻率信號(hào)的衰減率足夠大，則各個(gè)帶通濾波處理在fk頻點(diǎn)的輸出分別是 其中，θk2是通帶頻點(diǎn)為fk的帶通濾波器在fk頻點(diǎn)的相位移。于是，ii(i＝1，2，…，m)與系數(shù)ai(i＝1，2，…，m)和bi(i＝1，2，…，m)分別進(jìn)行加權(quán)求和的輸出結(jié)果為 其中，θk3是加權(quán)求和處理過(guò)程對(duì)fk頻率信號(hào)的相移。如果H1移相濾波處理對(duì)fk頻率信號(hào)的相移為θk4，因?yàn)镠H2(j2πf)HH1(j2πf)=j,]]>所以H2移相濾波處理對(duì)fk頻率信號(hào)的相移為θk4+90°。于是，加權(quán)求和結(jié)果isum1和isum2在分別經(jīng)過(guò)H1移相濾波和H2移相濾波后，得到 isum1和isum2求和過(guò)程對(duì)fk頻率信號(hào)的相移如果設(shè)為θk5，則脈寬調(diào)制用的參考波信號(hào)為 參考波信號(hào)iref經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制、脈沖驅(qū)動(dòng)后，控制單相電壓型逆變電路產(chǎn)生逆變電壓，該電壓通過(guò)耦合變壓器作用于濾波支路。如果該過(guò)程在fk頻點(diǎn)的相移是θk6，則在耦合變壓器原邊產(chǎn)生的受控電壓為 其中的θk代表從測(cè)量濾波支路電流到在耦合變壓器原邊輸出受控電壓的整個(gè)過(guò)程的總相移，即θk＝θk1+θk2+θk3+θk4+θk5+θk6依據(jù)加權(quán)參數(shù)ak和bk與電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk的解耦處理關(guān)系akbk=AΔAk·AH·n·Ud·cosθksinθk-sinθkcosθk·pkqk]]>于是，耦合變壓器原邊的受控電壓uCOV可以表達(dá)為 這個(gè)受控電壓源的輸入是濾波支路的電流，所以受控電壓源也可以等效為一個(gè)阻抗元件。如果設(shè)這個(gè)等效生成阻抗在fk頻點(diǎn)的阻抗值為Reqk+jXeqk，則依據(jù)上式可知Reqk＝pkXeqk＝qk由此分析可見(jiàn)，通過(guò)本發(fā)明方法的頻域解耦處理和電阻與電抗控制的解耦處理，最終將電阻控制參數(shù)pk與等效生成阻抗在fk頻點(diǎn)的電阻值Reqk相對(duì)應(yīng)，而電抗控制參數(shù)qk與等效生成阻抗在fk頻點(diǎn)的電抗值Xeqk相對(duì)應(yīng)。
頻域解耦加權(quán)系數(shù)的計(jì)算如果采用常數(shù)賦值控制，則Reqk＝pk＝-Rk0Xeqk＝qk＝-Xk0如果Rk0+jXk0等于耦合變壓器副邊短路時(shí)濾波支路在fk頻點(diǎn)的阻抗，則當(dāng)本發(fā)明有源電力濾波系統(tǒng)正常工作時(shí)，濾波支路的總阻抗等于Rk0+jXk0和等效生成阻抗Reqk+jXeqk＝-Rk0-jXk0之和，所以濾波支路在fk頻點(diǎn)的總阻抗為0。顯然如果濾波支路在fk頻點(diǎn)的總阻抗為0或者趨近于0，則全部或者大部分的fk頻點(diǎn)的紋波電流必然流經(jīng)濾波支路，從而使負(fù)載上的紋波電壓和紋波電流被濾除或者抑制。
常數(shù)賦值的控制方法是一種開環(huán)的控制方式。如果控制系統(tǒng)存在誤差，或者耦合變壓器副邊短路時(shí)的濾波支路阻抗Rk0+jXk0難以準(zhǔn)確獲得，則可以采用比例積分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制的反饋閉環(huán)形式。如果比例積分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制構(gòu)成了穩(wěn)定的負(fù)反饋控制環(huán)路，由于通過(guò)測(cè)算獲得的當(dāng)前濾波支路總阻抗直接作為控制的輸入量，加之比例積分微分控制的積分作用，或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制對(duì)調(diào)節(jié)量的累加作用，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)也就是濾波支路總阻抗趨于0的狀態(tài)。所以在fk頻點(diǎn)，閉環(huán)控制過(guò)程將自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk使等效生成阻抗Reqk+jXeqk逼近于-Rk0-jXk0，而紋波抑制也將逼近于最優(yōu)效果。當(dāng)然，閉環(huán)控制的初始狀態(tài)將pk和qk設(shè)置為接近-Rk0和-Xk0的值是有利于濾波控制過(guò)程快速穩(wěn)定的。
綜上所述，本發(fā)明的有源電力濾波方法及其系統(tǒng)直接控制濾波支路阻抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻紋波噪聲的抑制和消除。該方法無(wú)需系統(tǒng)補(bǔ)償，控制過(guò)程不受負(fù)載變化的影響。本發(fā)明系統(tǒng)的控制目標(biāo)是使濾波支路在fk(k＝1，2，…，m)頻點(diǎn)阻抗為0，這也是該有源電力濾波系統(tǒng)濾除紋波的最優(yōu)解。又因?yàn)榭梢圆捎帽壤e分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制的反饋閉環(huán)形式使控制系統(tǒng)自動(dòng)尋優(yōu)，所以本發(fā)明的有源電力濾波方法及其系統(tǒng)具有更好的紋波抑制效果。本發(fā)明通過(guò)解耦處理實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制系統(tǒng)從測(cè)量濾波支路電流到耦合變壓器原邊輸出受控電壓的總相移的補(bǔ)償，從而解決了測(cè)量、帶通濾波、加權(quán)求和、H1移相濾波、求和計(jì)算、脈寬調(diào)制、脈沖驅(qū)動(dòng)、電壓逆變和變壓器耦合這些處理過(guò)程中固然存在的相移對(duì)紋波抑制的影響。而且補(bǔ)償也解決了采樣和數(shù)字化計(jì)算中的延時(shí)所造成的相移問(wèn)題，使控制系統(tǒng)中一些處理過(guò)程可以選擇采用直觀、穩(wěn)定、可靠、精確的數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)。
仿真實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明有源電力濾波方法及其系統(tǒng)的可行性和紋波抑制性能均達(dá)到實(shí)用要求。
圖2是已有的一種有源電力濾波裝置及其控制方法的傳遞函數(shù)模型。
圖3是本發(fā)明的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法的原理框圖。
圖4是本發(fā)明的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波系統(tǒng)當(dāng)采用常數(shù)賦值控制時(shí)的總電路框圖。
圖5是本發(fā)明的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波系統(tǒng)中的解耦處理電路框圖。
圖6是本發(fā)明的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波系統(tǒng)當(dāng)采用比例積分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制時(shí)的總電路框圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例中用來(lái)產(chǎn)生包含紋波噪聲的直流電壓輸入信號(hào)的500千伏直流輸電系統(tǒng)的整流電路。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例中作為有源電力濾波系統(tǒng)輸出負(fù)載的電路。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例中所采用的單調(diào)諧無(wú)源濾波裝置的電路。
圖10是本發(fā)明實(shí)施例中采用的Hf1、Hf2、Hf3和Hf4帶通濾波處理的幅頻響應(yīng)曲線。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例中采用的H1移相濾波的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)曲線。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例中采用的H2移相濾波的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)曲線。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例中HH2(j2πf)HH1(j2πf)]]>的相頻響應(yīng)曲線。
圖14是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例基于延時(shí)調(diào)節(jié)控制的仿真所獲得的耦合變壓器副邊從短路到接入逆變電壓時(shí)的輸入脈寬調(diào)制處理的參考信號(hào)波形。
圖15是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例基于延時(shí)調(diào)節(jié)控制的仿真所獲得的耦合變壓器副邊從短路到接入逆變電壓時(shí)的輸出端電壓波形。
圖16是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例基于延時(shí)調(diào)節(jié)控制的仿真所獲得的耦合變壓器副邊從短路到接入逆變電壓時(shí)的輸出端電流波形。
圖17是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例基于延時(shí)調(diào)節(jié)控制的仿真所獲得的耦合變壓器副邊從短路到接入逆變電壓時(shí)的輸出端電流中600赫茲紋波成分的有效值變化曲線。
本發(fā)明有源電力濾波方法及其系統(tǒng)的實(shí)施例的輸出負(fù)載如圖8所示。在圖8中包括一條200公里的輸電線路，輸電線采用距離地面50米、間距0.46米的雙分裂導(dǎo)線，正上方高8米是防雷地線，大地作為回路電極。輸電線另一端有L1＝0.597亨的平波電抗器，R1＝250歐負(fù)載電阻，以及由三個(gè)電容(C1＝0.84微法，C2＝3.0微法，C3＝0.209微法)、兩個(gè)電感(L2＝0.84毫亨，L3＝0.336亨)和兩個(gè)電阻(R2＝10千歐，R3＝6.3歐)構(gòu)成的無(wú)源濾波電路。
本發(fā)明有源電力濾波方法及其系統(tǒng)的實(shí)施例當(dāng)采用常數(shù)賦值獲得電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk時(shí)的電路框圖如圖4中所示，當(dāng)采用比例積分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制時(shí)的電路框圖如圖6所示。由于關(guān)心的紋波頻點(diǎn)是600、1200、1800、2400赫茲，所以m＝4，f1＝600Hz，f2＝1200Hz，f3＝1800Hz，f4＝2400Hz。圖4和圖6中，輸入線路一端串入的平波電抗器Ls取0.2亨；與耦合變壓器原邊串聯(lián)后再一起并聯(lián)在輸出端口的無(wú)源濾波裝置采用如圖9所示的單調(diào)諧電路，其中電容CC＝1.0微法，電感LC＝0.0312亨，諧振頻率為900赫茲，顯然無(wú)源濾波裝置相對(duì)直流是開路狀態(tài)，直流電壓將加載到電容CC上；耦合變壓器的變比為20千伏∶10千伏，即n＝2，耦合變壓器的短路阻抗相對(duì)其它電路參數(shù)可以忽略不計(jì)；一個(gè)輸出Ud＝5.0千伏的直流電源經(jīng)過(guò)由4支IGBT以及與IGBT反向并聯(lián)的4支二極管構(gòu)成的單相電壓型逆變電路接入耦合變壓器的副邊。耦合變壓器的變比n和直流電源電壓Ud的乘積為n.Ud＝10.0千伏，大于耦合變壓器副邊短路時(shí)濾波電路輸出端口在關(guān)心頻率范圍內(nèi)的紋波電壓的最大幅值(約3千伏)。
在本發(fā)明實(shí)施例中，控制方法的第一步先通過(guò)電流互感器測(cè)量出并聯(lián)濾波支路電流，單位取千安。由于實(shí)施例中的帶通濾波、加權(quán)求和、移相濾波以及求和獲取脈寬調(diào)制參考波的過(guò)程均采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，所以測(cè)量過(guò)程還包括對(duì)獲得的連續(xù)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采樣的處理，采樣頻率取20千赫茲，得到離散的濾波支路電流信號(hào)iAPF(n)。而后，iAPF(n)輸入到分別對(duì)應(yīng)600、1200、1800、2400赫茲的四個(gè)帶通數(shù)字濾波器，它們的Z變換表示的傳遞函數(shù)形式分別為Hf1(z)=0.0055900155·(1-z-2)1-1.9535925·z-1+0.98881997·z-2]]>Hf2(z)=0.0073086810·(1-z-2)1-1.8459621·z-1+0.98538264·z-2]]>Hf3(z)=0.0053297099·(1-z-2)1-1.6796558·z-1+0.98934058·z-2]]>Hf4(z)=0.0067989292·(1-z-2)1-1.4480248·z-1+0.98640214·z-2]]>Hf1、Hf2、Hf3和Hf4四個(gè)帶通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線分別如圖10中(a)、(b)、(c)和(d)所示。對(duì)濾波處理后得到的分別對(duì)應(yīng)600、1200、1800、2400赫茲的紋波成分i1、i2、i3和i4進(jìn)行兩組加權(quán)求和，得到第一個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum1＝a1·i1+a2·i2+a3·i3+a4·i4和第二個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum2＝b1·i1+b2·i2+b3·i3+b4·i4。
當(dāng)采用常數(shù)賦值控制獲得電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk時(shí)，忽略耦合變壓器的阻抗，依據(jù)無(wú)源濾波器在600、1200、1800、2400赫茲的阻抗j(-147.64)、j102.61、j264.44、j404.17，通過(guò)圖4中的可調(diào)直流信號(hào)產(chǎn)生電路將電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk設(shè)置為如下常數(shù)p1＝p2＝p3＝p4＝0.0；q1＝147.64；q2＝-102.61；q3＝-264.44；q4＝-404.17。
采用比例積分微分控制或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制獲得電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk時(shí)，首先需要測(cè)量并聯(lián)濾波支路的電壓uAPF和并聯(lián)濾波支路電流iAPF。再對(duì)uAPF進(jìn)行傅立葉變換，獲得濾波支路電壓uAPF在600、1200、1800、2400赫茲的紋波有效值Uf1、Uf2、Uf3、Uf4和紋波相位uf1、uf2、uf3、uf4；同時(shí)，對(duì)iAPF進(jìn)行傅立葉變換，獲得濾波支路電流iAPF在600、1200、1800、2400赫茲的紋波有效值If1、If2、If3、If4和紋波相位if1、if2、if3、if4。而后按照如下公式計(jì)算濾波支路分別在600、1200、1800、2400赫茲的支路阻抗 其中，k＝1，2，3，4。
實(shí)施例如果采用比例積分微分控制可以將Rk和Xk輸入具有如下傳遞函數(shù)形式的比例積分微分控制電路HPID(s)=-(0.5+90s)·11+0.01s]]>并輸出得到電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk。
實(shí)施例如果采用延時(shí)調(diào)節(jié)控制，則控制系統(tǒng)當(dāng)檢測(cè)濾波支路的600、1200、1800、2400赫茲紋波電流成分占總紋波電流的80％以上時(shí)，判斷主電路不處于過(guò)渡過(guò)程。測(cè)量的濾波支路阻抗經(jīng)過(guò)離散化后，可以采用當(dāng)前值或者當(dāng)前值與所存儲(chǔ)的前一組離散值的差分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加權(quán)求和的結(jié)果作為反饋控制調(diào)節(jié)量。但本實(shí)施例為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，采用了形式為-0.8·Rk和-0.8·Xk(k＝1，2，3，4)的一個(gè)比例項(xiàng)作為反饋控制調(diào)節(jié)量。當(dāng)主電路和濾波支路不處于過(guò)渡過(guò)程時(shí)，每隔0.01秒該調(diào)節(jié)量與當(dāng)前的電阻控制參數(shù)pk0和電抗控制參數(shù)qk0求和，得到新輸出的電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk，即 如果t0是控制起動(dòng)時(shí)刻，則初始狀態(tài)將電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk設(shè)置為常數(shù)賦值控制中所估算的參數(shù)結(jié)果，即p1(t0)＝p2(t0)＝p3(t0)＝p4(t0)＝0.0；q1(t0)＝147.64；q2(t0)＝-102.61；q3(t0)＝-264.44；q4(t0)＝-404.17。
采用常數(shù)賦值控制、或者比例積分微分控制、或者延時(shí)調(diào)節(jié)控制獲得電阻控制參數(shù)pk和電抗控制參數(shù)qk后，再按照?qǐng)D5所示電路實(shí)現(xiàn)如下表達(dá)公式的解耦處理，從而得到頻域解耦加權(quán)系數(shù)ak和bk(k＝1，2，3，4)akbk=AΔAk·AH·n·Ud·cosθksinθk-sinθkcosθk·pkqk(k=1,2,3,4)]]>其中，調(diào)制三角波幅值A(chǔ)Δ＝5.0；帶通濾波增益Ak＝1.0(k＝1，2，3，4)；移相濾波增益AH＝1.0；耦合變壓器變比n＝2.0；直流電源電壓Ud＝5.0；從測(cè)量濾波支路電流到耦合變壓器原邊輸出受控電壓的總相移在600、1200、1800、2400赫茲分別取θ1＝-0.36828弧度，θ2＝-1.89014弧度，θ3＝-2.84317弧度，θ4＝-3.54499弧度。于是，按照上述的參數(shù)，通過(guò)圖5中的可調(diào)直流信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生數(shù)值為AΔAk·AH·n·Ud·cosθk]]>和AΔAk·AH·n·Ud·sinθk]]>的兩個(gè)常信號(hào)，輸入的pk和qk再通過(guò)四個(gè)乘法器、一個(gè)加法器和一個(gè)減法器，最后輸出得到頻域解耦加權(quán)系數(shù)ak和bk。
加權(quán)求和電流信號(hào)isum1和isum2分別經(jīng)過(guò)H1和H2移相濾波后得到移相濾波信號(hào)ihb1和ihb2。H1和H2移相濾波的Z變換表示的傳遞函數(shù)形式分別為HH1(z)=0.14677965-1.00149913·z-1+1.83187525·z-2-z-31-1.83187525·z-1+1.00149913·z-2-0.14677965·z-3]]>HH2(z)=-0.13884066+0.17122666·z-1+0.9362531·z-2-1.96496093·z-3+z-41-1.96496093·z-1+0.93626531·z-2+0.17122666·z-3-0.13884066·z-4]]>由圖11和圖12的H1和H2移相濾波的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)曲線可見(jiàn)，H1和H2移相濾波對(duì)輸入信號(hào)的幅頻增益均為AH＝1.0。由圖13的HH2(j2πf)HH1(j2πf)]]>的相頻響應(yīng)曲線可見(jiàn)，在關(guān)心的500～3000赫茲頻域范圍內(nèi)，HH2(j2πf)HH1(j2πf)]]>的相位為90.00±0.02度。再對(duì)移相濾波信號(hào)ihb1和ihb2求和得到脈寬調(diào)制用的參考波信號(hào)iref，即iref＝ihb1+ihb2。脈寬調(diào)制采用參考波和調(diào)制三角波的比較電路實(shí)現(xiàn)。調(diào)制三角波發(fā)生電路產(chǎn)生頻率為10千赫茲，最大幅值為AΔ＝5.0的調(diào)制三角波。如果參考波信號(hào)iref幅值大于調(diào)制三角波的當(dāng)前幅值，則脈寬調(diào)制輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)電路后將控制逆變電路在耦合變壓器副邊加載+Ud的電壓(以圖4和圖6中的標(biāo)注為正電壓方向)；如果參考波信號(hào)iref幅值小于調(diào)制三角波的當(dāng)前幅值，則脈寬調(diào)制輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)電路后將控制逆變電路在耦合變壓器副邊加載-Ud的電壓。
基于本發(fā)明有源電力濾波方法及其系統(tǒng)的實(shí)施例進(jìn)行了仿真計(jì)算。這里僅僅給出基于延時(shí)調(diào)節(jié)控制所獲得的仿真結(jié)果。在開始的0.4秒鐘內(nèi)，耦合變壓器副邊短路，控制不起作用。在0.4秒之后，單相電壓型逆變電路接入耦合變壓器副邊，本發(fā)明方法開始工作。圖14給出了從0.38秒到0.50秒的輸入脈寬調(diào)制的參考信號(hào)iref的波形，參考信號(hào)iref幅值沒(méi)有超過(guò)調(diào)制三角波的最大幅值A(chǔ)Δ。從圖15的輸出端電壓波形和圖16的輸出端電流波形可見(jiàn)，耦合變壓器副邊短路時(shí)輸出端電壓和電流包含明顯的低頻紋波，本發(fā)明的方法啟動(dòng)0.05秒后，低頻紋波明顯消除。進(jìn)一步的頻譜分析能夠更清楚地說(shuō)明低頻紋波被抑制的效果。圖17給出了輸出端電流中的600赫茲紋波成分的有效值的變化曲線，1200、1800和2400赫茲紋波成分的濾除效果與之類似。值得指出的是，本發(fā)明有源電力濾波方法及其系統(tǒng)旨在消除低頻紋波，但會(huì)同時(shí)引入電力電子器件開關(guān)造成的調(diào)制頻率的噪聲，圖15和16也反映出這點(diǎn)。然而在抑制了低頻紋波后，高頻噪聲通過(guò)一些簡(jiǎn)單的濾波電路即可消除。
權(quán)利要求
1.有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法含有帶通濾波處理實(shí)現(xiàn)頻域控制的解耦方法，其特征在于該方法是一種利用帶通濾波實(shí)現(xiàn)頻域控制的解耦，又基于相移互差90°的兩個(gè)移相濾波處理H1和H2來(lái)構(gòu)成濾波支路電阻和電抗的解耦控制，通過(guò)調(diào)節(jié)濾波支路在關(guān)心的紋波頻點(diǎn)的總阻抗等于零或者趨近于零，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該頻點(diǎn)紋波濾除的方法，該方法依次含有如下步驟(1)測(cè)量出并聯(lián)濾波支路中的電流iAPF；(2)將測(cè)量得到的濾波支路電流信號(hào)iAPF輸入一組通帶頻點(diǎn)分別為f1、f2、…、fm的帶通濾波處理，得到一組包含不同頻率紋波成分的紋波電流信號(hào)i1、i2、…、im；其中，f1、f2、…、fm是需要濾除的低頻紋波的m個(gè)組成頻率，每個(gè)帶通濾波處理在其通帶頻點(diǎn)fi(i＝1，2，…，m)具有最高幅值增益Ai，而它對(duì)其它紋波頻率信號(hào)的衰減率應(yīng)該大于控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻域解耦的臨界閾值；(3)將濾波得到的紋波電流信號(hào)i1、i2、…、im分別乘以頻域解耦加權(quán)系數(shù)a1、a2、…、am，然后求和得到第一個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum1，即isum1＝a1·i1+a2·i2+…+am·im；同時(shí)，將濾波得到的紋波電流信號(hào)i1、i2、…、im分別乘以頻域解耦加權(quán)系數(shù)b1、b2、…、bm，然后求和得到第二個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum2，即isum2＝b1·i1+b2·i2+…+bm·im；上述的頻域解耦加權(quán)系數(shù)的計(jì)算步驟如下①測(cè)量出并聯(lián)濾波支路兩端的電壓uAPF和并聯(lián)濾波支路中的電流iAPF；②由測(cè)量得到的并聯(lián)濾波支路的電壓uAPF和電流iAPF計(jì)算出濾波支路分別在頻點(diǎn)f1、f2、…、fm的阻抗R1+jX1、R2+jX2、…、Rm+jXm；其中，R1、R2、…、Rm是支路阻抗的電阻部分，X1、X2、…、Xm是支路阻抗的電抗部分；③依據(jù)濾波支路的阻抗，經(jīng)過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)控制得到一組電阻控制參數(shù)p1、p2、…、pm和一組電抗控制參數(shù)q1、q2、…、qm；④將獲得的電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)按照如下公式進(jìn)行解耦處理，并得到頻域解耦加權(quán)系數(shù)ai(i＝1，2，…，m)和bi(i＝1，2，…，m)aibi=AΔAi·AH·n·Ud·cosθisinθi-sinθicosθi·piqi(i=1,2,···,m);]]>其中，AΔ是脈寬調(diào)制處理采用的調(diào)制信號(hào)幅值，Ai(i＝1，2，…，m)是前述第(2)步中通帶頻點(diǎn)為fi(i＝1，2，…，m)的帶通濾波處理的最高幅值增益，n是耦合變壓器的變比，Ud是為單相電壓型逆變電路供電的直流電源的輸出電壓，θi(i＝1，2，…，m)是從濾波支路電流iAPF的測(cè)量過(guò)程，經(jīng)過(guò)帶通濾波處理、加權(quán)求和、H1移相濾波、求和、脈寬調(diào)制、脈沖驅(qū)動(dòng)、電壓逆變和變壓器耦合的一系列處理，到獲得耦合變壓器原邊受控電壓的整個(gè)過(guò)程在fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的總相移；(4)將上述第(3)步獲得的第一個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum1經(jīng)過(guò)第一組移相濾波H1后，得到第一個(gè)移相濾波信號(hào)ihb1；同時(shí)，將上述第(3)步獲得的第二個(gè)加權(quán)求和電流信號(hào)isum2經(jīng)過(guò)第二組移相濾波H2后，得到第二個(gè)移相濾波信號(hào)ihb2；如果兩組移相濾波H1和H2的傳遞函數(shù)分別用HH1(s)和HH2(s)表示，則在所關(guān)心的紋波頻帶內(nèi)，移相濾波H1和H2的傳遞函數(shù)特性應(yīng)該滿足如下關(guān)系 其中，f是關(guān)心頻帶內(nèi)的頻率，而且f＞0；AH是任意正常數(shù)。在滿足控制精度要求的條件下，上述對(duì)傳遞函數(shù)特性的約束可以存在一定的誤差；(5)將上述第一和第二個(gè)移相濾波信號(hào)ihb1和ihb2求和得到脈寬調(diào)制用的參考波信號(hào)iref，即iref＝ihb1+ihb2；(6)將參考信號(hào)iref進(jìn)行脈寬調(diào)制處理后獲得一組方波脈沖信號(hào)；方波脈沖信號(hào)的路數(shù)等于單相電壓型逆變電路中受控的電力電子器件數(shù)目，脈寬調(diào)制處理的脈沖發(fā)生頻率應(yīng)該大于所關(guān)心的低頻紋波頻帶上限的2倍，由這組方波脈沖信號(hào)控制的單相電壓型逆變電路所輸出的電壓脈沖的占空比應(yīng)滿足下式 其中的AΔ是脈寬調(diào)制處理采用的調(diào)制信號(hào)幅值，取任意正數(shù)值；(7)將上述第(6)步獲得的方波脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大后去驅(qū)動(dòng)單相電壓型逆變電路中的電力電子器件，用以改變具有直流電源供電的單相電壓型逆變電路輸出的電壓脈沖的占空比，并且使該電壓脈沖的占空比滿足步驟(6)中要求；(8)將上述電壓脈沖加載到耦合變壓器副邊，并通過(guò)耦合變壓器原邊作用于和無(wú)源濾波裝置串聯(lián)所構(gòu)成的濾波支路，用以在與該濾波支路相并聯(lián)的電路輸出端口得到低頻紋波被濾波后的電壓和電流輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法，其特征在于在所述的步驟(3)的頻域解耦加權(quán)系數(shù)的計(jì)算過(guò)程的第③步中，參數(shù)的調(diào)節(jié)控制是通過(guò)常數(shù)賦值控制實(shí)現(xiàn)的，它根據(jù)耦合變壓器副邊短路時(shí)濾波支路在頻點(diǎn)f1、f2、…、fm的阻抗值R10+jX10、R20+jX20、…、Rm0+jXm0，按照如下公式對(duì)電阻控制參數(shù)pi和電抗控制參數(shù)qi賦值
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法，其特征在于在所述的步驟(3)的頻域解耦加權(quán)系數(shù)的計(jì)算過(guò)程的第③步中，參數(shù)的調(diào)節(jié)控制是通過(guò)比例積分微分控制實(shí)現(xiàn)的，它將計(jì)算得到的濾波支路電阻Ri(i＝1，2，…，m)和電抗Xi(i＝1，2，…，m)作為輸入，經(jīng)過(guò)比例、積分、微分、慣性或者求和處理過(guò)程，以使系統(tǒng)基于fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的濾波支路電阻和電抗構(gòu)成負(fù)反饋控制，輸出得到電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法，其特征在于在所述的步驟(3)的頻域解耦加權(quán)系數(shù)的計(jì)算過(guò)程的第③步中，參數(shù)的調(diào)節(jié)控制是通過(guò)延時(shí)調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)的，它將計(jì)算得到的濾波支路電阻Ri(i＝1，2，…，m)和電抗Xi(i＝1，2，…，m)作為輸入，在離散化后經(jīng)過(guò)比例、差分、存儲(chǔ)或者求和處理過(guò)程，用以獲得分別對(duì)應(yīng)fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的濾波支路電阻和電抗的一組負(fù)反饋控制調(diào)節(jié)量，并當(dāng)濾波支路關(guān)心頻點(diǎn)的紋波電流占總紋波量的比例超過(guò)設(shè)定值時(shí)，該設(shè)定值的取值在0.0～1.0范圍內(nèi)，再將這組控制調(diào)節(jié)量以一定的時(shí)間間隔分別與當(dāng)前的電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)求和，獲得新輸出的電阻控制參數(shù)pi(i＝1，2，…，m)和電抗控制參數(shù)qi(i＝1，2，…，m)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法而提出的有源電力濾波系統(tǒng)含有有源電力濾波電路，其特征在于該系統(tǒng)包含如下部分有源電力濾波電路，它含有串接在包含紋波噪聲的直流電壓輸入信號(hào)的入端線路上的平波電抗器；由用以承擔(dān)直流電壓的無(wú)源濾波裝置和耦合變壓器的原邊串聯(lián)所構(gòu)成的并聯(lián)在輸出端口的平波電抗器和回路電極之間的濾波支路；輸出接入到耦合變壓器副邊的單相電壓型逆變電路；輸出接入到單相電壓型逆變電路輸入端的直流電源；安裝在濾波支路上的電流互感器；安裝在濾波支路兩端之間的電壓互感器；依次與電流互感器的測(cè)量輸出端串接的一組帶通濾波器、由乘法器和加法器構(gòu)成的加權(quán)求和電路、H1和H2移相濾波器、加法器以及脈寬調(diào)制電路；頻域解耦加權(quán)系數(shù)計(jì)算電路，包括以電壓互感器和電流互感器測(cè)量獲得的濾波支路電壓和電流信號(hào)作為輸入的一組分別對(duì)應(yīng)fi(i＝1，2，…，m)頻點(diǎn)的支路電阻計(jì)算電路和支路電抗計(jì)算電路，以及參數(shù)的調(diào)節(jié)控制電路和解耦處理電路；脈沖驅(qū)動(dòng)電路，其輸入端與上述脈寬調(diào)制部分輸出的脈沖信號(hào)相連接，而其輸出端則與單相電壓型逆變電路的觸發(fā)控制端相連接；在上述的有源電力濾波系統(tǒng)中，耦合變壓器的變比n(n＞0)和直流電源輸出電壓Ud(Ud＞0)應(yīng)該滿足n×Ud大于耦合變壓器副邊短路時(shí)輸出端口在關(guān)心頻率范圍內(nèi)的紋波電壓的最大幅值。
全文摘要
有直流源的支路阻抗解耦控制的有源電力濾波方法及系統(tǒng)，屬于直流輸電領(lǐng)域。其特征在于該方法是一種利用帶通濾波實(shí)現(xiàn)頻域控制的解耦，又基于相移互差90°的兩個(gè)移相濾波處理來(lái)構(gòu)成濾波支路電阻和電抗的解耦控制，通過(guò)調(diào)節(jié)濾波支路在關(guān)心的紋波頻點(diǎn)的總阻抗等于零或者趨近于零，從而濾除該頻點(diǎn)紋波的方法。其系統(tǒng)的特征在于濾波支路上的電流經(jīng)帶通濾波、加權(quán)求和后，再通過(guò)移相濾波、求和、脈寬調(diào)制和脈沖驅(qū)動(dòng)，去控制已有的具有直流源供電的有源電力濾波器。該方法無(wú)需系統(tǒng)補(bǔ)償便實(shí)現(xiàn)了對(duì)低頻紋波噪聲的濾除，同時(shí)也解決了采樣和數(shù)字化延時(shí)所造成的相移問(wèn)題，原理清楚，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02M1/14GK1477770SQ0313763
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者龐浩, 王贊基, 龐 浩 申請(qǐng)人:清華大學(xué)