本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用，尤其是一種并聯(lián)型有源電力濾波器的控制方法。

背景技術(shù)：

由于非線性負載在電網(wǎng)中的廣泛使用，導致大量的諧波注入到電網(wǎng)中，電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，各種電力設備無法正常工作，甚至引起設備損壞和事故發(fā)生。因此諧波治理技術(shù)的研究被廣泛關(guān)注。有源電力濾波器作為一種動態(tài)諧波治理裝置，能夠有效抑制頻率和幅值均變化的諧波電流，是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。

有源電力濾波器正常工作時相當于一個諧波源，在補償指令電流變化時，若要使APF發(fā)出的諧波電流能夠快速精確地跟蹤上指令電流的變化，關(guān)鍵在于電流跟蹤控制算法的實時性和有效性。APF 常用的電流控制方法有滯環(huán)控制和PI控制，前者實現(xiàn)簡單、動態(tài)響應好，但其開關(guān)頻率不確定，控制比較困難；PI控制較為簡單易行，但是在指令電流變化較大時補償電流往往不能完全跟蹤指令，導致系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度不高，動態(tài)性能差。

公開號為CN104410074A的專利《一種基于PI自適應的有源電力濾波器復合控制方法》在穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)精度，但是在負載切換過程中，由于重復控制具有一個基波周期的延時性，使得系統(tǒng)動態(tài)響應慢。

公開號為CN105429146A的專利《一種基于有源電力濾波器的SVPWM無差拍控制方法》該方法穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快，但是其計算量較大，且依賴于精確的系統(tǒng)數(shù)學模型，當系統(tǒng)參數(shù)變化時，補償效果不好。

公開號為CN102157941A的專利《基于簡化模型的三相并聯(lián)型有源電力濾波器滑模控制方法》將基波有功電流和諧波電流進行統(tǒng)一滑?？刂?，提高了系統(tǒng)的快速性和魯棒性，但是在負載切換過程中，直流側(cè)電壓波動較大，降低了補償精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種并聯(lián)型有源電力濾波器的控制方法，該方法控制簡單、動態(tài)響應快、并且具有很強魯棒性，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實現(xiàn)以上目標，通過以下方案來實現(xiàn)：

一種并聯(lián)型有源電力濾波器的控制方法，包括以下步驟：

（1）計算補償電流的基波有功電流參考值

檢測直流側(cè)電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，電壓外環(huán)PI控制器的輸出即為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）計算補償電流的諧波電流參考值

檢測負載側(cè)電流，并采用基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法計算出負載電流中的諧波電流，即為補償電流的諧波電流參考值；

（3）計算實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏骱椭C波補償電流

檢測有源電力濾波器支路電流，通過該電流計算得到調(diào)節(jié)直流側(cè)電容電壓的實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏骱蛯嶋H補償?shù)闹C波電流；

（4）計算誤差并分別進行調(diào)節(jié)

將實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髋c補償電流的基波有功電流參考值做差，并采用PI控制器對差值進行調(diào)節(jié)，輸出調(diào)制直流側(cè)電壓的信號；將實際補償?shù)闹C波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，并通過滑模控制器對誤差進行調(diào)節(jié)；

（5）生成PWM控制信號

將滑?？刂破鞯妮敵雠c調(diào)制直流側(cè)電壓的信號相加，得到目標PWM調(diào)制信號，經(jīng)SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現(xiàn)直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制和諧波電流跟蹤控制。

上述諧波電流跟蹤控制具體包括以下步驟：

（1）檢測有源電力濾波器支路電流，經(jīng)dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；

（2）將實際補償電流在d軸和q軸的分量，經(jīng)過低通濾波器得到實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸和q軸的分量；

（3）將實際補償電流減去基波有功電流，得到實際補償?shù)闹C波電流在d軸和q軸的分量；

（4）將實際補償?shù)闹C波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，得到的誤差經(jīng)過一個滑?？刂破鬟M行調(diào)節(jié)，得到控制諧波電流的調(diào)制波，實現(xiàn)對諧波電流的跟蹤控制。

上述直流側(cè)電容電壓控制方法具體包括以下步驟：

（1）檢測直流側(cè)電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，電壓外環(huán)PI控制器的輸出作為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）檢測有源電力濾波器支路電流，經(jīng)dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；再經(jīng)過低通濾波器濾除實際補償?shù)闹C波電流得到實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸和q軸的分量，其中d軸為有功分量，q軸為無功分量；將實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸上的分量與補償電流的基波有功電流參考值做差，q軸電流與目標值0做差，得到的誤差值由電流內(nèi)環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，該控制器的輸出為控制直流側(cè)電容電壓的調(diào)制波；

（3）調(diào)制波經(jīng)SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現(xiàn)對直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定控制。

本發(fā)明解決了在負載切換過程中系統(tǒng)動態(tài)響應速度慢，直流側(cè)電壓波動大的問題，并且該方法對系統(tǒng)參數(shù)變化和外部干擾不敏感，具有很強魯棒性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器的控制結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面對具體實施方式作出進一步的說明。

實施一種并聯(lián)型有源電力濾波器的控制方法，該控制方法是按下列步驟進行的：

（1）計算補償電流的基波有功電流參考值

檢測直流側(cè)電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，電壓外環(huán)PI控制器的輸出即為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）計算補償電流的諧波電流參考值

檢測負載側(cè)電流，并采用基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法計算出負載電流中的諧波電流，即為補償電流的諧波電流參考值；

（3）計算實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏骱椭C波補償電流

檢測有源電力濾波器支路電流，通過該電流計算得到調(diào)節(jié)直流側(cè)電容電壓的實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏骱蛯嶋H補償?shù)闹C波電流；

（4）計算誤差并分別進行調(diào)節(jié)

將實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髋c補償電流的基波有功電流參考值做差，并采用PI控制器對差值進行調(diào)節(jié)，輸出調(diào)制直流側(cè)電壓的信號；將實際補償?shù)闹C波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，并通過滑?？刂破鲗φ`差進行調(diào)節(jié)；

（5）生成PWM控制信號

將滑?？刂破鞯妮敵雠c調(diào)制直流側(cè)電壓的信號相加，得到目標PWM調(diào)制信號，經(jīng)SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現(xiàn)直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制和諧波電流跟蹤控制。

在上述實施方案中，有源電力濾波器支路電流是實際補償電流，實際補償電流包括用于直流側(cè)電壓控制的基波有功電流和用于諧波補償?shù)闹C波電流。

在上述實施方案中，諧波電流跟蹤控制具體包括以下步驟：

（1）檢測有源電力濾波器支路電流，經(jīng)dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；

（2）將實際補償電流在d軸和q軸的分量，經(jīng)過低通濾波器得到實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸和q軸的分量；

（3）將實際補償電流減去基波有功電流，得到實際補償?shù)闹C波電流在d軸和q軸的分量；

（4）將實際補償?shù)闹C波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，得到的誤差經(jīng)過一個滑?？刂破鬟M行調(diào)節(jié)，得到控制諧波電流的調(diào)制波，實現(xiàn)對諧波電流的跟蹤控制。

在上述實施方案中，直流側(cè)電容電壓的控制具體包括以下步驟：

（1）檢測直流側(cè)電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，電壓外環(huán)PI控制器的輸出作為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）檢測有源電力濾波器支路電流，經(jīng)dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；再經(jīng)過低通濾波器濾除實際補償?shù)闹C波電流得到實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸和q軸的分量，其中d軸為有功分量，q軸為無功分量；將實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸上的分量與補償電流的基波有功電流參考值做差，q軸電流與目標值0做差，得到的誤差值由電流內(nèi)環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，該控制器的輸出為控制直流側(cè)電容電壓的調(diào)制波；

（3）調(diào)制波經(jīng)SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現(xiàn)對直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定控制。

下面結(jié)合附圖，進一步詳細描述本發(fā)明的具體實施方式。

三相并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，整個系統(tǒng)的控制框圖如附圖 2 所示。將直流側(cè)電容電壓與諧波補償電流進行分開控制，其中直流側(cè)電容電壓控制是在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，采用直流電壓外環(huán)PI控制和電流內(nèi)環(huán)PI控制的雙閉環(huán)控制方法，實現(xiàn)直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定控制，并且在負載切換時減小電容電壓的振蕩；諧波電流跟蹤控制是在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，采用滑模控制器對諧波補償電流進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對諧波電流的跟蹤控制。

直流側(cè)電容電壓控制方法具體包括以下步驟：

（1）檢測網(wǎng)側(cè)三相電壓、和，通過鎖相環(huán)獲取網(wǎng)側(cè)電壓相位；

（2）檢測直流側(cè)電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，電壓外環(huán)PI控制器的輸出作為補償電流的基波有功電流參考值；

（3）檢測有源電力濾波器支路電流、和，經(jīng)dq變換得到實際補償?shù)碾娏髟赿軸和q軸的分量和；再經(jīng)過低通濾波器LPF濾除實際補償?shù)闹C波從而得到實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸和q軸的分量和，其中d軸為有功分量，q軸為無功分量；將實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸上的分量與補償電流的基波有功電流參考值做差，q軸電流與目標值0做差，得到的誤差值由電流內(nèi)環(huán)PI控制器進行調(diào)節(jié)，該控制器的輸出即為控制直流側(cè)電容電壓的調(diào)制波。

諧波電流檢測方法具體包括以下步驟：

（1）檢測負載電流、和，經(jīng)dq變換得到負載電流在d軸和q軸的分量，經(jīng)過低通濾波器LPF后，得到dq軸上的負載電流基波分量，再經(jīng)過dq反變換得到負載電流基波分量在abc坐標系下的值；

（2）將檢測到的負載電流、和減去負載電流基波分量在abc坐標系下的值，即得到負載電流中的諧波分量，即為理想補償電流、和，經(jīng)過dq變換后得到和。

諧波補償電流的跟蹤控制方法具體包括以下步驟：

（1）檢測有源電力濾波器支路電流、和，經(jīng)dq變換得到實際補償?shù)碾娏髟赿軸和q軸的分量和；

（2）將實際補償?shù)碾娏髟赿軸和q軸的分量，經(jīng)過低通濾波器LPF得到實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏髟赿軸和q軸的分量；

（3）將實際補償?shù)碾娏鳒p去實際補償?shù)幕ㄓ泄﹄娏?，得到實際補償?shù)闹C波電流在d軸和q軸的分量和；

（4）將實際補償?shù)闹C波電流和與補償電流的諧波電流參考值和做差，得到的誤差e經(jīng)過一個滑?？刂破鬟M行調(diào)節(jié)，滑?？刂破鞯妮敵黾礊榭刂浦C波電流的調(diào)制波。

（5）滑?？刂破鞯妮敵黾由弦粋€解耦環(huán)節(jié)和控制直流側(cè)電容電壓的調(diào)制波，即為控制總的調(diào)制信號，調(diào)制信號經(jīng)SPWM模塊，輸出PWM控制信號，實現(xiàn)對諧波補償電流和直流側(cè)電容電壓的控制。