基于lcl型濾波器的apf系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，包括：三相電源，與所述三相電源連接的三相電網(wǎng)電感，與所述三相電網(wǎng)電感連接的非線性負(fù)載，與所述三相電網(wǎng)電感及所述非線性負(fù)載連接的LCL濾波器，與所述LCL濾波器連接的有源電力濾波器APF；三相電源用于產(chǎn)生電網(wǎng)電壓，有源電力濾波器APF用于產(chǎn)生補(bǔ)償電流ic，抵消非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波、無功電流；LCL濾波器用于抑制有源電力濾波器APF工作過程中產(chǎn)生的開關(guān)頻率附近的高頻諧波電流。本發(fā)明還提供一種基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)。
【專利說明】
基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，設(shè)及一種基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)及其 控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量的非線性負(fù)載，特別是各種電 力電子裝置，導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重。有源電力濾波器(Active Power Filte;r，APF) 具有濾波特性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、應(yīng)用靈活、體積小等優(yōu)點(diǎn)，成為電力系統(tǒng)諧波抑制的研究熱 點(diǎn)和發(fā)展方向。為了抑制APF工作過程中產(chǎn)生的開關(guān)頻率附近的諧波電流，通常采用L型輸 出濾波器將APF與電網(wǎng)相連。L型濾波器結(jié)構(gòu)簡單，為了獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，需要較高的開 關(guān)頻率才能有效地濾除開關(guān)頻率處諧波;要想增加對開關(guān)頻率處諧波的衰減作用，必須增 大電感值，運(yùn)不僅會(huì)使系統(tǒng)的體積、成本增加，而且將降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而導(dǎo)致補(bǔ)償 電流對諧波電流的跟蹤精度下降。近年來，很多學(xué)者提出用LCL型濾波器代替L型濾波器。 IXL型濾波器能夠在比較低的開關(guān)頻率下、W較小的總電感量實(shí)現(xiàn)較理想的諧波抑制效果， 成本優(yōu)勢明顯，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，尤其適用于中大功率場合。
[0003] 由于LCL型濾波器是一個(gè)S階系統(tǒng)，自身存在諧振問題，會(huì)對諧振頻率處的諧波起 放大作用，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。許多文獻(xiàn)針對運(yùn)一問題提出了有效的阻尼措施，主要分為 有無源阻尼法和有源阻尼法兩類。無源阻尼法是在LCL型濾波器的電容上串聯(lián)阻尼電阻，抑 制諧振峰值。無源阻尼方案簡單可靠，但阻尼電阻的引入會(huì)使系統(tǒng)損耗增加，尤其在大功率 場合應(yīng)用時(shí)，阻尼電阻發(fā)熱嚴(yán)重，甚至需要采取風(fēng)冷、水冷等強(qiáng)制冷卻措施，降低了系統(tǒng)的 運(yùn)行效率和可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，包括：
[0006] =相電源，與所述=相電源連接的=相電網(wǎng)電感，與所述=相電網(wǎng)電感連接的非 線性負(fù)載，與所述S相電網(wǎng)電感及所述非線性負(fù)載連接的LCL濾波器，與所述LCL濾波器連 接的有源電力濾波器APF;
[0007] S相電源用于產(chǎn)生電網(wǎng)電壓，有源電力濾波器APF用于產(chǎn)生補(bǔ)償電流i。，抵消非線 性負(fù)載產(chǎn)生的諧波、無功電流;IXL濾波器用于抑制有源電力濾波器APF工作過程中產(chǎn)生的 開關(guān)頻率附近的高頻諧波電流。
[000引進(jìn)一步的，所述立相電源包括a相電源Usa、b相電源Usb及C相電源山。，所述立相電網(wǎng) 電感包括=個(gè)電感Ls,=相電源Usa、Usb、Usc采用星形接法，一端連在一起，另一端分別與= 相電網(wǎng)電感Ls相連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述非線性負(fù)載包括=相不控整流橋及阻感負(fù)載，所述=相不控整流 橋的交流側(cè)分別與所述=個(gè)=相電網(wǎng)電感Ls相連，直流側(cè)接阻感負(fù)載;所述阻感負(fù)載由電 阻R和電感L串聯(lián)構(gòu)成，所述電阻R-端接=相不控整流橋的正極，另一端與電感L的一端相 連接;電感L一端接電阻R、另一端與=相不控整流橋的負(fù)極相連接。
[0010] 進(jìn)一步的，所述有源電力濾波器APF通過LCL濾波器并入電網(wǎng)。
[0011] 進(jìn)一步的，其特征在于，所述LCL濾波器包括逆變器側(cè)電感b、電網(wǎng)側(cè)電感L2、電容C W及阻尼電阻Rd;所述逆變器側(cè)電感b-端與所述APF逆變橋交流側(cè)相連、另一端與電網(wǎng)側(cè) 電感L2的一端和電容C的一端相連，電網(wǎng)側(cè)電感L2的一端與逆變器側(cè)電感^的一端和電容C 的一端相連、另一端接入=相電網(wǎng)，電容C的一端與阻尼電阻Rd相連接、另一端與逆變器側(cè) 電感^的一端和電網(wǎng)側(cè)電感L2的一端相連，阻尼電阻Rd的一端與電容C的一端相連、另一端 采用星形接法。
[0012] 本發(fā)明還提供一種基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)，包括有源立相電源、電力濾 波器APF、LCL濾波器、PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)化L、abc/dq變換器、dq/abc變換器、P調(diào)節(jié)器，W及 SVPWM調(diào)制器；
[0013] 有源電力濾波器APF通過LCL濾波器并入電網(wǎng)，APF直流側(cè)電壓反饋值Udc與給定值 請。進(jìn)行比較，所得偏差信號送入PI調(diào)節(jié)器，得到電網(wǎng)電流有功分量的給定值C ;
[0014] 電網(wǎng)電流無功分量的給定值C根據(jù)所需輸出無功分量指令直接給定；
[001引立相電源山3、山6、山。的檢測值送入鎖相環(huán)?化，得到角度目；目值分別送入日6。/(^1變 換器和dq/abc變換器;abc/dq變換器的輸入信號是S相電網(wǎng)電流的測量值133、136、13。，輸出 信號是兩相直流量isd、isq;兩相直流量isd、isq與兩相給定值4和4進(jìn)行比較，得到的偏差信 號送入PI調(diào)節(jié)器；
[0016] PI調(diào)節(jié)器的輸出信號送入dq/abc變換器，dq/abc變換器的輸出信號為S相電流給 定值C、4、C;S相電流的反饋值ica、icb、icc與給定值4、4、4進(jìn)行比較，得到的誤 差信號送入P調(diào)節(jié)器;P調(diào)節(jié)器的輸出送入SVPWM調(diào)制器，得到APF逆變橋的S相驅(qū)動(dòng)信號Sa、 擁、Sc。
[0017] 進(jìn)一步的，IXL濾波器中逆變器側(cè)電感^左端與APF逆變橋交流側(cè)相連、右端與電 網(wǎng)側(cè)電感L2的左端和電容C的上端相連，電網(wǎng)側(cè)電感L2的右端接入S相電網(wǎng)，S相電容C的下 端連接。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可W獲得包括W下技術(shù)效果：
[0019] 本發(fā)明針對L型濾波器應(yīng)用于并聯(lián)APF系統(tǒng)中的不足，建立了 LCL型輸出濾波器的 數(shù)學(xué)模型，分析了 LCL型濾波器在APF系統(tǒng)中的優(yōu)越性;設(shè)計(jì)了基于LCL型輸出濾波器的并聯(lián) APFS環(huán)控制系統(tǒng)，在APF輸出電流環(huán)的基礎(chǔ)上引入電容電流內(nèi)環(huán)，增大系統(tǒng)阻尼，有效解決 了 LCL型濾波器自身的諧振和不穩(wěn)定問題.通過MATLAB軟件對基于LCL型濾波器的并聯(lián)APF 系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明：采用S環(huán)控制策略的并聯(lián)APF系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地對電網(wǎng)中瞬態(tài) 變化的諧波電流實(shí)現(xiàn)精確跟蹤和補(bǔ)償，使電網(wǎng)電流得到明顯地改善;證明了基于LCL型濾波 器的并聯(lián)APF系統(tǒng)采用S環(huán)控制策略的有效性和合理性，為后續(xù)的研究工作提供了參考和 依據(jù)。
[0020] 當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不一定需要同時(shí)達(dá)到W上所述的所有技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0021] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0022] 圖1為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)的模塊圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)的電路圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)的單相等效圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明IXL型濾波器bode圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)的電路圖；
[0027] 圖6為本發(fā)明基于LCL型濾波器APF控制系統(tǒng)的框圖；
[0028] 圖7為本發(fā)明基于LCL型濾波器的并聯(lián)APF系統(tǒng)引入電容電流內(nèi)環(huán)前的根軌跡；
[0029] 圖8為本發(fā)明基于LCL型濾波器的并聯(lián)APF系統(tǒng)引入電容電流內(nèi)環(huán)后的根軌跡；
[0030] 圖9及圖10為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0031] W下將配合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)W實(shí)施。
[0032] 圖1為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)的模塊圖。
[0033] 本發(fā)明的一種基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，包括相電源，與所述S相電源連接 的=相電網(wǎng)電感，與所述=相電網(wǎng)電感連接的非線性負(fù)載，與所述=相電網(wǎng)電感及所述非 線性負(fù)載連接的LCL濾波器，與所述LCL濾波器連接的有源電力濾波器APF;S相電源用于產(chǎn) 生電網(wǎng)電壓，有源電力濾波器APF用于產(chǎn)生補(bǔ)償電流i。，抵消非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波、無功 電流;IXL濾波器用于抑制有源電力濾波器APF工作過程中產(chǎn)生的開關(guān)頻率附近的高頻諧波 電流。
[0034] 圖2為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)的電路圖。
[00巧]S相電源包括a相電源Usa、b相電源Usb及C相電源Use,所述S相電網(wǎng)電感包括S個(gè) 電感Ls,^相電源Usa、Usb、Usc采用星形接法，一端連在一起，另一端分別與立相電網(wǎng)電感Ls相 連接。
[0036] 非線性負(fù)載包括=相不控整流橋及阻感負(fù)載，所述=相不控整流橋的交流側(cè)分別 與所述=個(gè)=相電網(wǎng)電感Ls相連，直流側(cè)接阻感負(fù)載;所述阻感負(fù)載由電阻R和電感L串聯(lián) 構(gòu)成，所述電阻R-端接=相不控整流橋的正極，另一端與電感L的一端相連接；電感L一端 接電阻R、另一端與S相不控整流橋的負(fù)極相連接。有源電力濾波器APF通過LCL濾波器并入 電網(wǎng)。IXL濾波器包括逆變器側(cè)電感Li、電網(wǎng)側(cè)電感L2、電容CW及阻尼電阻Rd;所述逆變器側(cè) 電感^一端與所述APF逆變橋交流側(cè)相連、另一端與電網(wǎng)側(cè)電感L2的一端和電容C的一端相 連，電網(wǎng)側(cè)電感L2的一端與逆變器側(cè)電感^的一端和電容C的一端相連、另一端接入立相電 網(wǎng)，電容C的一端與阻尼電阻Rd相連接、另一端與逆變器側(cè)電感^的一端和電網(wǎng)側(cè)電感L2的 一端相連，阻尼電阻Rd的一端與電容C的一端相連、另一端采用星形接法。
[0037] 圖3為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)的單相等效圖。
[003引其中Us是電網(wǎng)電壓，Ui是逆變器輸出電壓，Li是逆變器側(cè)電感，L2是電網(wǎng)側(cè)電感，ri、 n分別是電感b、L2的寄生電阻，Li、L2、C構(gòu)成LCL型濾波器，Rd是串聯(lián)阻尼電阻。引入電阻Rd 的目的是增加系統(tǒng)阻尼，抑制LCL型濾波器自身存在的諧振現(xiàn)象，降低諧振峰值。帶LCL型濾 波器的并聯(lián)APF系統(tǒng)在S相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：
[0039]
(1)
[0040] 忽略電感寄生電阻ri和n，可得從逆變器側(cè)輸出電壓Ui到并網(wǎng)電流is的傳遞函數(shù) 為：
[0041 ]
i 2 ')
[0042] 其中，
是LCL型濾波器的諧振角頻率（自然振蕩角頻率），
ILCL型濾波器的阻尼比。電阻Rd的值越大，阻尼比越大；改變電阻Rd的 值，即可調(diào)節(jié)阻尼比的大小。
[0043] 令式（2)中的阻尼電阻Rd = 0，即可得到LCL型濾波器的傳遞函數(shù).取LCL濾波器的 參數(shù)為:Li = 3恤，L2=1恤，C= IOuF,可得bode圖如圖4所示。圖4中同時(shí)給出了 L型濾波器和 IXL型濾波器加阻尼電阻的bode圖，其中L型濾波器的參數(shù)取為:L = b+L2 = 4mH，阻尼電阻分 別取為:1Q、〇.5〇 和0.1Q。
[0044] 圖4為本發(fā)明LCL型濾波器bode圖。
[0045] 從圖4可W看出，在低頻段，IXL型濾波器對諧波的衰減能力與L型濾波器基本一 致，衰減斜率為-20地/dec,電流滯后電壓90°。頻率達(dá)到2k化左右時(shí)，由于二階振蕩環(huán)節(jié)的 作用，系統(tǒng)出現(xiàn)了一個(gè)諧振尖峰;頻率高于振蕩頻率化化后，IXL型濾波器的衰減斜率變?yōu)? 60dB/dec，衰減速度是低頻段的3倍，電流滯后電壓270°。因此，IXL型濾波器濾除高次諧波 的效果比L型濾波器要好得多。但LCL型濾波器的諧振現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致諧振頻率處諧波的幅值增 大，從而使APF輸出電流中高次諧波的含量增加。為了減小諧振峰值，最簡單可靠的方法是 采用無源阻尼。從圖3可W看出，引入阻尼電阻Rd后的LCL型濾波器諧振峰值大大減小，并且 阻尼電阻越大，諧振峰值越小。在低頻段的濾波特性基本保持不變;在高頻段，由于一階微 分環(huán)節(jié)的作用，系統(tǒng)衰減斜率逐漸變?yōu)?40地/dec,電流滯后電壓180°。因此，引入阻尼電阻 后LCL型濾波器濾除高次諧波的性能仍然比L型濾波器要好得多。
[0046] APF系統(tǒng)的輸出電流中既有低頻補(bǔ)償電流，也有開關(guān)頻率附近的高頻諧波電流 .APF的并網(wǎng)濾波器應(yīng)使低頻補(bǔ)償電流不衰減或盡量少衰減，而開關(guān)頻率附近的高次諧波應(yīng) 盡可能的被濾除。IXL型濾波器在低頻段具有和L型濾波器相同的濾波性能，在高頻段具有 比L型濾波器更好的高次諧波電流抑制作用.因此，IXL型并網(wǎng)濾波器能夠兼顧低頻段增益 和高頻段衰減，比L型濾波器更加符合APF系統(tǒng)的要求。
[0047] APF的主要任務(wù)是通過對電網(wǎng)電流幅值和相位的跟蹤控制來實(shí)現(xiàn)功率控制。針對 電網(wǎng)電流的控制，系統(tǒng)中存在兩個(gè)擾動(dòng)量:電網(wǎng)電壓Us和直流側(cè)電壓Udc。電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)可 W通過對電網(wǎng)電壓的前饋進(jìn)行抑制；而直流側(cè)電壓的波動(dòng)則會(huì)影響逆變器控制增益的大 小，需采用閉環(huán)控制來穩(wěn)定APF的直流側(cè)電壓。APF要實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償功能，需要對電網(wǎng)電流進(jìn) 行閉環(huán)控制。由于LCL濾波器自身存在諧振現(xiàn)象，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，采用無源阻尼方 案在電容支路串聯(lián)阻尼電阻雖然可W有效地抑制系統(tǒng)諧振，但阻尼電阻的引入會(huì)使系統(tǒng)損 耗增加。有源阻尼法通過構(gòu)造虛擬電阻來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，虛擬電阻可W實(shí)現(xiàn)和阻尼電 阻相同的效果，但不會(huì)引起任何損耗，電容電流反饋是一種典型的有源阻尼方法。因此，基 于有源阻尼法的并聯(lián)APF的控制系統(tǒng)采用S環(huán)控制策略來實(shí)現(xiàn)，即直流電壓外環(huán)、電網(wǎng)電流 中環(huán)和電容電流內(nèi)環(huán)。直流電壓外環(huán)主要用于穩(wěn)定APF直流側(cè)的電壓，電網(wǎng)電流中環(huán)主要實(shí) 現(xiàn)APF的諧波補(bǔ)償功能，電容電流內(nèi)環(huán)是在中環(huán)的基礎(chǔ)上引入LCL濾波器的電容電流ic的反 饋控制，起有源阻尼控制的作用，W提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此本發(fā)明提供了圖5所示的APF控 制系統(tǒng)。
[0048] 圖5為本發(fā)明基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)的電路圖。
[0049] 本發(fā)明的一種基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)，包括有源S相電源、電力濾波器 APF、lXL濾波器、PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)化L、abc/dq變換器、dq/abc變換器、P調(diào)節(jié)器，W及SVPWM 調(diào)制器;有源電力濾波器APF通過LCL濾波器并入電網(wǎng)，APF直流側(cè)電壓反饋值Udc與給定值 ^進(jìn)行比較，所得偏差信號送入PI調(diào)節(jié)器，得到電網(wǎng)電流有功分量的給定值4;電網(wǎng)電流無 功分量的給定值\根據(jù)所需輸出無功分量指令直接給定;=相電源Usa、Usb、Usc的檢測值送 入鎖相環(huán)化L，得到角度目；目值分別送入abc/dq變換器和dq/abc變換器;abc/dq變換器的輸 入信號是S相電網(wǎng)電流的測量值133、136、13。，輸出信號是兩相直流量13<1、13。;兩相直流量 isd、isq與兩相給定值C和Cq進(jìn)行比較，得到的偏差信號送入PI調(diào)節(jié)器;PI調(diào)節(jié)器的輸出信號 送入dq/abc變換器，dq/al3C變換器的輸出信號為S相電流給定值C、4、C 相電流的 反饋值ica、icb、icc與給定值4、4、4進(jìn)行比較，得到的誤差信號送入P調(diào)節(jié)器;P調(diào)節(jié)器 的輸出送入SVP歷調(diào)制器，得至IjAPF逆變橋的；相驅(qū)動(dòng)信號Sa、Sb、Sc。IXL濾波器中逆變器側(cè) 電感b左端與APF逆變橋交流側(cè)相連、右端與電網(wǎng)側(cè)電感L2的左端和電容C的上端相連，電網(wǎng) 側(cè)電感L2的右端接入=相電網(wǎng)，=相電容C的下端連接。
[0化0]在圖5所示的控制結(jié)構(gòu)中，APF直流側(cè)電壓給定值^4與其反饋值Udc進(jìn)行比較，所得 偏差信號經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，其輸出作為電網(wǎng)電流環(huán)的有功分量給定值C ;電網(wǎng)電流環(huán)的無功 分量給定值C則根據(jù)所需輸出無功分量指令直接給定。電網(wǎng)電流的測量值isa、isb、isc經(jīng)過 =相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，使靜止坐標(biāo)系的=相對稱交流量變?yōu)?W電網(wǎng)電壓定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相直流量isd、isq，兩相給定值C、4分別實(shí)現(xiàn)對 系統(tǒng)有功分量和無功分量的控制。通過兩相直流量isd、isq與兩相給定值4和C的比較，所得 偏差信號通過PI調(diào)節(jié)器的控制實(shí)現(xiàn)有功和無功電流指令的無靜差控制。電網(wǎng)電流環(huán)PI調(diào)節(jié) 器的輸出經(jīng)過兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到=相靜止坐標(biāo)系的變換后，即作為電容電流內(nèi)環(huán)的= 相電流給定值C. 4、4,通過與反饋值ica、icb、icc的比較得到內(nèi)環(huán)誤差信號。設(shè)置電容電 流內(nèi)環(huán)的目的是為了改善基于LCL濾波器的APF系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不需要實(shí)現(xiàn)無靜差控制，因 此內(nèi)環(huán)采用簡單的純比例P調(diào)節(jié)器，其輸出結(jié)果作為PWM逆變橋的調(diào)制波信號。不考慮直流 電壓外環(huán)的系統(tǒng)控制框圖如圖6所示。
[0051 ]圖6為本發(fā)明基于LCL型濾波器APF控制系統(tǒng)的框圖。
[0052]圖6中的虛線框內(nèi)是WLCL濾波器的電容電流ic作為反饋控制量的電流內(nèi)環(huán)，令電 容電流內(nèi)環(huán)增益為K = Kp ? Kpmi,忽略電感寄生電阻ri和K，可得從逆變器側(cè)輸出電壓Ui到并 網(wǎng)電流is的傳遞函數(shù)為：
[005；3]
( 3 )
[0化4]其中，
是引入電容電流反饋后LCL型濾波器的阻尼比。電容電流 反饋起到了阻尼電阻的作用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，是一個(gè)虛擬電阻。
[0055] 電容電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：
[0056]
(4)
[0057] 引入電容電流內(nèi)環(huán)前、后系統(tǒng)的根軌跡如圖7及圖8所示。對比圖7及圖8可知，引入 電容電流內(nèi)環(huán)反饋前，無論開環(huán)增益取何值，系統(tǒng)總有閉環(huán)極點(diǎn)分布在復(fù)平面的右半平面， 因而系統(tǒng)是不穩(wěn)定；引入電容電流內(nèi)環(huán)后，系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)全部落在復(fù)平面的左半平面，系統(tǒng) 始終穩(wěn)定。因此，電容電流內(nèi)環(huán)起到了與阻尼電阻相同的作用，有效地解決了 LCL型濾波器 的諧振和不穩(wěn)定問題，并且電容電流內(nèi)環(huán)的引入不會(huì)增加任何有功損耗，克服了阻尼電阻 的缺點(diǎn)。
[005引仿真實(shí)驗(yàn)
[0059] 在MATLAB/Simulink環(huán)境下對基于IXL型濾波器的并聯(lián)APF系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真模 型中W =相不可控整流橋帶阻感負(fù)載電路作為諧波源，電阻設(shè)置為10 Q，電感設(shè)置為2mH， S相交流電壓源設(shè)置為220V/50HZ，仿真時(shí)間設(shè)置為0.1 s，APF從0.04s開始進(jìn)行諧波補(bǔ)償. 運(yùn)行仿真程序，可得到a相各電流的波形如圖9及圖10所示，圖9從上至下依次為負(fù)載電流 iLa、APF輸出的補(bǔ)償電流ica、電源電流isa和電源電流在0.04s后的FFT頻譜圖。從圖10仿真波 形可W看出，0.04s前APF不工作，APF輸出的補(bǔ)償電流ica為0,電源電流isa等于負(fù)載電流iLa; 由于非線性負(fù)載的作用，使電源電流中含大量的諧波分量。0.04s后APF開始進(jìn)行諧波補(bǔ)償， APF輸出的補(bǔ)償電流抵消了負(fù)載電流iLa中的諧波分量，使電源電流isa改善為正弦波;從 FFT頻譜圖可知補(bǔ)償后電源電流的THD值僅為2.06%，諧波含量非常低，APF的諧波補(bǔ)償效果 非常理想。
[0060] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可W獲得包括W下技術(shù)效果:本發(fā)明針對L型濾波器應(yīng)用 于并聯(lián)APF系統(tǒng)中的不足，建立了 IXL型輸出濾波器的數(shù)學(xué)模型，分析了 IXL型濾波器在APF 系統(tǒng)中的優(yōu)越性;設(shè)計(jì)了基于LCL型輸出濾波器的并聯(lián)APFS環(huán)控制系統(tǒng)，在APF輸出電流環(huán) 的基礎(chǔ)上引入電容電流內(nèi)環(huán)，增大系統(tǒng)阻尼，有效解決了 LCL型濾波器自身的諧振和不穩(wěn)定 問題.通過MATLAB軟件對基于LCL型濾波器的并聯(lián)APF系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明：采用S 環(huán)控制策略的并聯(lián)APF系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地對電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的諧波電流實(shí)現(xiàn)精確跟蹤和補(bǔ) 償，使電網(wǎng)電流得到明顯地改善;證明了基于LCL型濾波器的并聯(lián)APF系統(tǒng)采用S環(huán)控制策 略的有效性和合理性，為后續(xù)的研究工作提供了參考和依據(jù)。
[0061] 還需要說明的是，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的 包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確 列出的其他要素，或者是還包括為運(yùn)種商品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒有更多限制的情 況下，由語句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系統(tǒng)中還 存在另外的相同要素。
[0062] 上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、 修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識 進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā) 明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，其特征在于，包括： Ξ相電源，與所述Ξ相電源連接的Ξ相電網(wǎng)電感，與所述Ξ相電網(wǎng)電感連接的非線性 負(fù)載，與所述Ξ相電網(wǎng)電感及所述非線性負(fù)載連接的LCL濾波器，與所述LCL濾波器連接的 有源電力濾波器APF; Ξ相電源用于產(chǎn)生電網(wǎng)電壓，有源電力濾波器APF用于產(chǎn)生補(bǔ)償電流i。，抵消非線性負(fù) 載產(chǎn)生的諧波、無功電流;1XL濾波器用于抑制有源電力濾波器APF工作過程中產(chǎn)生的開關(guān) 頻率附近的高頻諧波電流。2. 如權(quán)利要求1所述的基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，其特征在于： 所述Ξ相電源包括a相電源Usa、b相電源Usb及C相電源Use,所述Ξ相電網(wǎng)電感包括Ξ個(gè) 電感Ls，S相電源Usa、Usb、Usc采用星形接法，一端連在一起，另一端分別與；相電網(wǎng)電感Ls相 連接。3. 如權(quán)利要求2所述的基于1XL型濾波器的APF系統(tǒng)，其特征在于，所述非線性負(fù)載包括 Ξ相不控整流橋及阻感負(fù)載，所述Ξ相不控整流橋的交流側(cè)分別與所述Ξ個(gè)Ξ相電網(wǎng)電感 Ls相連，直流側(cè)接阻感負(fù)載;所述阻感負(fù)載由電阻R和電感L串聯(lián)構(gòu)成，所述電阻R-端接Ξ 相不控整流橋的正極，另一端與電感L的一端相連接；電感L一端接電阻R、另一端與Ξ相不 控整流橋的負(fù)極相連接。4. 如權(quán)利要求3所述的基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，其特征在于，所述有源電力濾波器 APF通過LCL濾波器并入電網(wǎng)。5. 如權(quán)利要求4所述的基于LCL型濾波器的APF系統(tǒng)，其特征在于，所述LCL濾波器包括 逆變器側(cè)電感^、電網(wǎng)側(cè)電感L2、電容CW及阻尼電阻Rd;所述逆變器側(cè)電感^一端與所述 APF逆變橋交流側(cè)相連、另一端與電網(wǎng)側(cè)電感L2的一端和電容C的一端相連，電網(wǎng)側(cè)電感L2的 一端與逆變器側(cè)電感^的一端和電容C的一端相連、另一端接入Ξ相電網(wǎng)，電容C的一端與 阻尼電阻Rd相連接、另一端與逆變器側(cè)電感b的一端和電網(wǎng)側(cè)電感L2的一端相連，阻尼電阻 Rd的一端與電容C的一端相連、另一端采用星形接法。6. -種基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)，其特征在于，包括有源Ξ相電源、電力濾波器 APF、1XL濾波器、PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)化L、abc/dq變換器、dq/abc變換器、P調(diào)節(jié)器，W及SVPWM 調(diào)制器； 有源電力濾波器APF通過LCL濾波器并入電網(wǎng)，APF直流側(cè)電壓反饋值ud。與給定值進(jìn) 行比較，所得偏差信號送入PI調(diào)節(jié)器，得到電網(wǎng)電流有功分量的給定值C; 電網(wǎng)電流無功分量的給定值^^根據(jù)所需輸出無功分量指令直接給定； S相電源Usa、usb、usc的檢測值送入鎖相環(huán)化L，得到角度θ;θ值分別送入abc/dq變換器 和dq/abc變換器;abc/dq變換器的輸入信號是S相電網(wǎng)電流的測量值isa、isb、isc，輸出信號 是兩相直流量isd、isq;兩相直流量isd、isq與兩相給定值奮和4進(jìn)行比較，得到的偏差信號送 入PI調(diào)節(jié)器； PI調(diào)節(jié)器的輸出信號送入dq/abc變換器，dq/abc變換器的輸出信號為Ξ相電流給定值 C、4、C巨相電流的反饋值ica、icb、icc與給定值4、4、C進(jìn)行比較，得到的誤差信 號送入P調(diào)節(jié)器;P調(diào)節(jié)器的輸出送入SVP歷調(diào)制器，得到APF逆變橋的Ξ相驅(qū)動(dòng)信號Sa、Sb、 Sc ο7.如權(quán)利要求6所述的基于LCL型濾波器的APF控制系統(tǒng)，其特征在于，IXL濾波器中逆 變器側(cè)電感^左端與APF逆變橋交流側(cè)相連、右端與電網(wǎng)側(cè)電感L2的左端和電容C的上端相 連，電網(wǎng)側(cè)電感L2的右端接入Ξ相電網(wǎng)，Ξ相電容C的下端連接。
【文檔編號】H02J3/01GK106099930SQ201610526686
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】王紅艷, 方如舉, 方波, 王武, 羅書克, 郭利輝, 張銀娟
【申請人】許昌學(xué)院