專利名稱：并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并聯(lián)型源電力濾波器的控制方法以及控制系統(tǒng)硬件，屬于中、低壓電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)70年代以來，電網(wǎng)中電力電子設(shè)備不斷增加，導(dǎo)致了嚴(yán)重的電網(wǎng)污染。這主要是因?yàn)檫@些負(fù)載的非線性、沖擊性和不平衡的用電特性造成的。因此，用于諧波抑制的有源電力濾波技術(shù)已成為電力電子和電工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。有源電力濾波器(Active Power Filter一APF)從外部入手,采用實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)來改善電網(wǎng)的供電質(zhì)量，是一種諧波補(bǔ)償器。與傳統(tǒng)的無源電力濾波器相比，APF的補(bǔ)償方式更為靈活，可以補(bǔ)償頻率和大小都不斷變化的諧波，也可以選擇指定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，并且對補(bǔ)償對象的變化有極快的反應(yīng)。APF分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種，實(shí)際應(yīng)用中后者占大多數(shù)。目前并聯(lián)型APF的主流控制策略有多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的指定次諧波電流分頻控制策略可比例諧振分頻控制策略兩種。前者理論上能夠達(dá)到理想的穩(wěn)態(tài)無靜差控制效果，但坐標(biāo)變換運(yùn)算計(jì)算量非常大，會(huì)占用大量的芯片資源，因此難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)制定次諧波電流的控制。比例諧振控制能在指定的諧波電流頻率處產(chǎn)生無窮大的開環(huán)增益，保證穩(wěn)態(tài)控制無靜差，在非指定次電流諧波頻率處具有較大的衰減，分頻控制時(shí)相互之間基本不會(huì)產(chǎn)生干擾，無窮大的增益保證了其補(bǔ)償精度可以做到非常高，同時(shí)也無需進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，因此節(jié)約了控制芯片的資源。但是當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，常規(guī)的比例諧振控制不能滿足要求，適應(yīng)性較差。傳統(tǒng)的比例諧振控制是對比例諧振控制的一種改進(jìn)，但沒有達(dá)到最佳的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)比例諧振控制所存在的問題，提供一種新型的并聯(lián)型有源電力濾波器的控制方法，以提高系統(tǒng)的控制性能以及對電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)能力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制方法，其特征在于包括以下步驟I)在并聯(lián)型有源電力濾波器通過準(zhǔn)比例諧振控制器運(yùn)行過程中，有源電力濾波器的控制系統(tǒng)通過電壓采樣電路獲得電網(wǎng)電壓信號，并將信號濾波后送至鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路根據(jù)所接受的信號實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓的頻率、相位；2)當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率變化實(shí)時(shí)修正準(zhǔn)比例諧振控制器中諧振角頻率的參數(shù)值，使得控制器的諧振角頻率始終與電網(wǎng)頻率保持固定的比例關(guān)系，則理想狀態(tài)下控制器增益始終處于能夠達(dá)到的最大值，控制效果始終處于最佳；3)同時(shí)調(diào)節(jié)截止頻率ω。的值使得準(zhǔn)比例諧振控制器在諧振頻率周圍有一定的有效帶寬，有效帶寬具體參數(shù)取值根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)，因此對于控制系統(tǒng)采樣和計(jì)算過程中產(chǎn)生的誤差有一定的容忍度，使得控制器具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。一種并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其構(gòu)成包括功率單元接口模塊、核心控制模塊、光纖接口模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和人機(jī)界面。所述功率單元接口模塊包括模擬信號調(diào)理電路、過流保護(hù)電路和隔離電路，模擬信號調(diào)理電路與電壓、電流傳感相連，模擬信號調(diào)理電路與過流保護(hù)電路相連，隔離電路與開關(guān)量輸入輸出電路相連；所述核心控制模塊包括FPGA，F(xiàn)PGA與AD采樣模塊及DSP相連，AD采樣模塊與功率單元接口模塊的模擬信號調(diào)理電路相連；所述光纖接口模塊包括串口驅(qū)動(dòng)模塊和光纖驅(qū)動(dòng)模塊，串口驅(qū)動(dòng)模塊分別連接DSP、人機(jī)界面，光纖驅(qū)動(dòng)模塊分別連接FPGA、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊?！で笆龅牟⒙?lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述功率單元接口模塊包括過零檢測電路，所述過零檢測電路分別與模擬信號調(diào)理電路、FPGA連接。前述的并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述過流保護(hù)電路接受采集來的輸出電流信號，通過并聯(lián)設(shè)置的正相比例放大電路和反相比例放大電路后，接至二極管整流電路，二極管整流電路與FPGA相連，提取出APF輸出電流的絕對值信號，用來進(jìn)行硬件過流保護(hù)。前述的并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊包括光驅(qū)動(dòng)通道和電驅(qū)動(dòng)通道，通過跳線選擇的方式接入IGBT驅(qū)動(dòng)板，為了現(xiàn)場的增強(qiáng)適應(yīng)性，設(shè)計(jì)為既可以通過光信號進(jìn)行控制，也可以通過電信號進(jìn)行控制的方式。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果本發(fā)明的針對傳統(tǒng)比例諧振控制所存在的問題，準(zhǔn)比例諧振控制器通過鎖相環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)電壓頻率，當(dāng)電網(wǎng)電壓頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)修正控制器中參數(shù)的值，使其與電網(wǎng)頻率的波動(dòng)相對應(yīng)，諧振頻率始終保持為電網(wǎng)實(shí)際頻率的整數(shù)倍。因此控制系統(tǒng)始終能夠保持最大增益輸出，保證最佳的控制效果。


圖I為準(zhǔn)比例諧振控制器的頻率響應(yīng)示意圖；圖2為本明的準(zhǔn)比例諧振控制器的控制方法示意圖；圖3為APF控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為控制系統(tǒng)硬件過流保護(hù)電路原理圖；圖5為IGBT驅(qū)動(dòng)模塊雙輸入設(shè)計(jì)的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明準(zhǔn)比例諧振控制器在復(fù)數(shù)域內(nèi)的傳遞函數(shù)如式(I)所示
P/、 VΙΚ,ω,β( I) G( S ) = K + —---7
+ IcocS + ω Kp—比例系數(shù)Ki+廣義積分系數(shù)
ω h —諧振角頻率ω c一截止頻率s—復(fù)變量上式中，參數(shù)ω。影響控制器在諧振頻率處附近的有效帶寬范圍，對諧振頻率處的增益沒有影響。在諧振頻率處，準(zhǔn)比例諧振控制器的幅值增益為Kp+Ki;當(dāng)Ki的值調(diào)整得足夠大時(shí)，可保證其穩(wěn)態(tài)誤差基本為零。準(zhǔn)比例諧振控制器的頻率響應(yīng)如圖I所示。由圖I所示的幅值頻率響應(yīng)可以看出，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，諧振頻率點(diǎn)不再位于最大值處，控制器增益依然會(huì)有較明顯的下降，無法達(dá)到最理想的控制效果。本發(fā)明在上述的基礎(chǔ)上對準(zhǔn)比例諧振控制策略進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。如圖2所示，本發(fā)明的控制方法，包括以下步驟 I)在并聯(lián)型有源電力濾波器通過準(zhǔn)比例諧振控制器運(yùn)行過程中，有源電力濾波器的控制系統(tǒng)通過電壓采樣電路獲得電網(wǎng)電壓信號，并將信號濾波后送至鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路根據(jù)所接受的信號實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓的頻率、相位；2)當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率變化實(shí)時(shí)修正準(zhǔn)比例諧振控制器中諧振角頻率的參數(shù)值，使得控制器的諧振角頻率始終與電網(wǎng)頻率保持固定的比例關(guān)系，則理想狀態(tài)下控制器增益始終處于能夠達(dá)到的最大值，控制效果始終處于最佳；3)同時(shí)調(diào)節(jié)截止頻率ω。的值使得準(zhǔn)比例諧振控制器在諧振頻率周圍有一定的有效帶寬，有效帶寬具體參數(shù)取值根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)，因此對于控制系統(tǒng)采樣和計(jì)算過程中產(chǎn)生的誤差有一定的容忍度，使得控制器具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其構(gòu)成包括功率單元接口模塊、核心控制模塊、光纖接口模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面。所述功率單元接口模塊包括模擬信號調(diào)理電路、過流保護(hù)電路和隔離電路，模擬信號調(diào)理電路與電壓、電流傳感相連，模擬信號調(diào)理電路與過流保護(hù)電路相連，隔離電路與開關(guān)量輸入輸出電路相連；所述核心控制模塊包括FPGA，F(xiàn)PGA與AD采樣模塊及DSP相連，AD采樣模塊與功率單元接口模塊的模擬信號調(diào)理電路相連；所述光纖接口模塊包括串口驅(qū)動(dòng)模塊和光纖驅(qū)動(dòng)模塊，串口驅(qū)動(dòng)模塊分別連接DSP、人機(jī)界面，光纖驅(qū)動(dòng)模塊分別連接FPGA、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊。 所述功率單元接口模塊包括過零檢測電路，所述過零檢測電路分別與模擬信號調(diào)理電路、FPGA連接。如圖4所述，所述過流保護(hù)電路接受采集來的輸出電流信號，通過并聯(lián)設(shè)置的正相比例放大電路和反相比例放大電路后，接至二極管整流電路，二極管整流電路與FPGA相連。采樣信號經(jīng)過兩組互相反相的比例放大電路，之后通過二極管整流，輸出信號為經(jīng)過處理的采樣信號的絕對值，該絕對值與給定信號進(jìn)行比較，為APF提供硬件過流保護(hù)。如圖5所述，前述的并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊包括光驅(qū)動(dòng)通道和電驅(qū)動(dòng)通道，通過跳線選擇的方式接入IGBT驅(qū)動(dòng)板，為了增加控制系統(tǒng)的適應(yīng)性，IGBT驅(qū)動(dòng)板采用雙信號選擇輸入設(shè)計(jì)，既可以采用電信號控制驅(qū)動(dòng)板，也可以采用光信號控制驅(qū)動(dòng)板，通過電路板上的跳線來實(shí)現(xiàn)輸入方式的選擇。以上已以較佳實(shí)施例公開了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制方法，其特征在于包括以下步驟 1)在并聯(lián)型有源電力濾波器通過準(zhǔn)比例諧振控制器運(yùn)行過程中，有源電力濾波器的控制系統(tǒng)通過電壓采樣電路獲得電網(wǎng)電壓信號，并將信號濾波后送至鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路根據(jù)所接受的信號實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓的頻率、相位； 2)當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率變化實(shí)時(shí)修正準(zhǔn)比例諧振控制器中諧振角頻率的參數(shù)值，使得控制器的諧振角頻率始終與電網(wǎng)頻率保持固定的比例關(guān)系，則理想狀態(tài)下控制器增益始終處于能夠達(dá)到的最大值，控制效果始終處于最佳； 3)同時(shí)調(diào)節(jié)截止頻率ω。的值使得準(zhǔn)比例諧振控制器在諧振頻率周圍有一定的有效帶寬，有效帶寬具體參數(shù)取值根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)節(jié)，因此對于控制系統(tǒng)采樣和計(jì)算過程中產(chǎn)生的誤差有一定的容忍度，使得控制器具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
2.一種并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其構(gòu)成包括功率單元接口模塊、核心控制模塊、光纖接口模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和人機(jī)界面； 所述功率單元接口模塊包括模擬信號調(diào)理電路、過流保護(hù)電路和隔離電路，模擬信號調(diào)理電路與電壓、電流傳感相連，模擬信號調(diào)理電路與過流保護(hù)電路相連，隔離電路與開關(guān)量輸入輸出電路相連； 所述核心控制模塊包括FPGA，F(xiàn)PGA與AD采樣模塊及DSP相連，AD采樣模塊與功率單元接口模塊的模擬信號調(diào)理電路相連； 所述光纖接口模塊包括串口驅(qū)動(dòng)模塊和光纖驅(qū)動(dòng)模塊，串口驅(qū)動(dòng)模塊分別連接DSP、人機(jī)界面，光纖驅(qū)動(dòng)模塊分別連接FPGA、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述功率單元接口模塊包括過零檢測電路，所述過零檢測電路分別與模擬信號調(diào)理電路、FPGA連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述過流保護(hù)電路接受采集來的輸出電流信號，通過并聯(lián)設(shè)置的正相比例放大電路和反相比例放大電路后，接至二極管整流電路，二極管整流電路與FPGA相連，提取出APF輸出電流的絕對值信號，用來進(jìn)行硬件過流保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制系統(tǒng)，其特征在于所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊包括光驅(qū)動(dòng)通道和電驅(qū)動(dòng)通道，通過跳線選擇的方式接入IGBT驅(qū)動(dòng)板，為了現(xiàn)場的增強(qiáng)適應(yīng)性，設(shè)計(jì)為既可以通過光信號進(jìn)行控制，也可以通過電信號進(jìn)行控制的方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)型有源電力濾波器的準(zhǔn)比例諧振控制方法及控制系統(tǒng)，準(zhǔn)比例諧振控制器通過鎖相環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)電壓頻率，當(dāng)電網(wǎng)電壓頻率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)修正控制器中參數(shù)ωh的值，使其與電網(wǎng)頻率的波動(dòng)相對應(yīng)，諧振頻率始終保持為電網(wǎng)實(shí)際頻率的整數(shù)倍。因此控制系統(tǒng)始終能夠保持最大增益輸出，保證最佳的控制效果。
文檔編號H02J3/01GK102931660SQ20121046014
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者劉瑾, 丁明進(jìn), 石春虎, 錢詩寶, 李冰 申請人:國電南京自動(dòng)化股份有限公司