專利名稱：混合型有源濾波器的分頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源電力濾波器，特別涉及一種混合型有源濾波器的分頻控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)中非線性負載的日益增多，電網(wǎng)中的諧波含量急劇上升，致使供電電壓波形發(fā)生嚴重的畸變，嚴重影響了電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行，并危及廣大用戶的正常用電和生產(chǎn)。解決電網(wǎng)諧波污染的主要方法是加裝諧波抑制裝置。諧波抑制裝置主要有無源電力濾波器或有源電力濾波器。
無源電力濾波器(PPF)一直是傳統(tǒng)補償諧波的主要手段，其突出的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠性高、運行費用低。但無源電力濾波器的濾波性能受電網(wǎng)頻率、阻抗的影響較大。有源電力濾波器(APF)作為一種能動態(tài)抑制諧波的電力電子裝置更是廣受關(guān)注。單獨使用的有源電力濾波器雖然有很好的濾波性能，但是造價較高，特別是在高壓大功率場合，難以得到應用。
因此，小容量有源電力濾波器與大容量無源電力濾波器相結(jié)合的混合型有源電力濾波器成為當今實際應用的熱點和必然選擇，也是未來有源濾波技術(shù)的發(fā)展方向。它既可克服APF容量要求大、成本高的缺點，又可彌補PPF的不足，使整個濾波系統(tǒng)獲得良好的性能。
由于結(jié)構(gòu)上的差異，混合型有源電力濾波器與APF特性不同，控制方法的選擇上完全套用適合于單獨APF的算法是不太合適的。如無源阻抗網(wǎng)絡(luò)對有源部分的分流，一方面可能抵消PF的濾波效果，另一方面還可能導致PF過流而造成事故；而且有源部分最終輸出的補償諧波電流幅值與相位都受到無源部分的影響。這些影響都與頻率有關(guān)，因此對于混合型有源電力濾波器需要采取分頻控制，即根據(jù)不同的頻率選擇不同的控制器。
發(fā)明內(nèi)容
為解決混合型有源電力濾波器需要采用分頻控制的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種混合型有源濾波器的分頻控制方法。
1)檢測電網(wǎng)諧波電流ISh；2)計算電網(wǎng)諧波電流ISh與給定電流的電網(wǎng)諧波電流偏差e，對偏差e進行微分得到偏差變化率ec；3)將偏差e和偏差變化率ec輸入模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器，通過模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器輸出模糊控制量到廣義積分PI控制器；4)廣義積分PI控制器根據(jù)電網(wǎng)諧波電流偏差e以及模糊控制量計算控制信號；5)將廣義積分PI控制器的輸出控制信號經(jīng)過PWM調(diào)制，得到有源電力濾波器的控制信號。
上述混合型有源濾波器的分頻控制方法中，步驟3)包括以下步驟對偏差e和偏差變化率ec進行模糊化；控制查詢表；解模糊，得出調(diào)節(jié)系數(shù)Kp、Ki的修正模糊量ΔKp，ΔKi。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明將電網(wǎng)諧波電流偏差及偏差變化率輸入模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器，計算調(diào)節(jié)系數(shù)的模糊量，再用廣義積分對交流周期量進行分頻積分運算得到控制信號，從而實現(xiàn)對混合型有源濾波器的分頻控制。這種分頻控制方法充分考慮了無源部分對有源部分的影響，采用分頻控制從而實現(xiàn)了無源和有源部分的協(xié)調(diào)控制，具有更高的控制精度。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為混合型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為基于分頻的混合型有源電力濾波器控制框圖。
圖3為模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器原理框圖。
圖4為廣義積分PI控制器原理框圖。
具體實施例方式
參見圖1，混合型有源電力濾波器主要由有源部分、輸出濾波器、隔離變壓器、基波串聯(lián)諧振電路和無源部分組成。參見圖1，CT是電流互感器，它監(jiān)測電網(wǎng)諧波電流，并把信號傳送給APF用于產(chǎn)生參考補償信號。L2、C2串聯(lián)連接，并且選取適當?shù)腖2、C2使其在基波頻率處產(chǎn)生串聯(lián)諧振，因此C1將承擔大部分電網(wǎng)電壓，有源電力濾波器承受較小的諧波電壓；有源電力濾波器通過隔離變壓器與基波諧振電路并聯(lián)，電容C1和上述并聯(lián)支路串聯(lián)后再與無源電力濾波器PPF、非線性負載并聯(lián)后接到電網(wǎng)中。有源電力濾波器選用的是電壓源型的有源電力濾波器，其直流側(cè)儲能元件為大電容。電壓源型的有源濾波器輸出的PWM電壓波經(jīng)電感L3和電容C3濾除后接至隔離變壓器的原邊，隔離變壓器的原副邊的匝數(shù)比為1∶2。采用注入支路的主要作用是給諧波提供一條低阻抗的通道，阻隔電網(wǎng)電壓和補償一定的無功。本發(fā)明可根據(jù)實際諧波輸出和補償無功的情況選擇注入支路為N次單調(diào)諧濾波器。由于注入支路中的串聯(lián)諧振LC網(wǎng)絡(luò)諧振調(diào)諧于基波頻率，其基波阻抗近似為0，相當于基波電流的短路通道，所以流過注入支路的基波電流都將流入該網(wǎng)絡(luò)，而不會流入隔離變壓器和逆變器。有源電力濾波器的作用主要有改善整個濾波系統(tǒng)的濾波性能和濾波效果，抑制電網(wǎng)背景諧波電壓對負載供電電壓的影響，抑制無源電力濾波器和電網(wǎng)電感形成的串并聯(lián)諧振，彌補無源電力濾波器存在的缺陷和不足等。
參見圖2，圖2為基于廣義積分的模糊自整定PI分頻控制總體框圖。有源電力濾波器工作在諧波域，本身逆變器也是非線性的，諧波輸出經(jīng)過無源部分也會產(chǎn)生相位移動，因此考慮采用分頻控制。應用模糊算法進行PI參數(shù)的調(diào)整，由廣義積分實施對交流周期量的分頻積分運算。
(1)模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器采用二維結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的輸入e、ec計算出ΔKP、ΔKI，從而實現(xiàn)PI參數(shù)的調(diào)整，即KP=KP*+ΔKPKI=KI*+ΔKI---(1)]]>其中KP*、KI*為當前控制器整定值，其預整定值采用Ziegler-Nichols方法求解。
為求取最終精確量及計算輸出控制量，解模糊采用重心法。即由式(1)可得KP=KP*+Σj=1nμj(e,ec)ΔKPjΣj=1nμj(e,ec)KI=KI*+Σj=1nμj(e,ec)ΔKIjΣj=1nμj(e,ec)---(2)]]>ΔKP、ΔKI論域設(shè)為[-3，-2，-1，0，1，2，3]，對輸入的偏差e和偏差變化ec，在取得相應的語言值后，根據(jù)整定規(guī)則表，經(jīng)過公式法模糊決策，可分別得出2個修正參數(shù)ΔKp，ΔKi的模糊量，μj(e，ec)為模糊集隸屬度函數(shù)值。
(2)廣義積分PI控制器廣義積分PI控制器主要用于實現(xiàn)周期量的分頻PI控制。定義廣義積分僅對周期量的幅值進行積分，而對其頻率和相角不起作用，則正弦信號x(t)＝Asin[(ω+Δω)t+]的廣義積分可設(shè)為y(t)＝Atsin[(ω+Δω)t+]，另構(gòu)造輔助信號z(t)＝Acos[(ω+Δω)t+]，式中A為幅值，ω為角頻率，為相位，Δω為頻率偏差，則對上述三信號進行拉普拉斯變換，有 式中L(*)表示信號*的拉普拉斯變換。
當頻率偏差Δω較小時，有sinΔω2t≈Δω2t]]>也即Y(s)=ss2+ω2(s)ωs2+ω2(s)---(4)]]>仍然近似成立。
當Δω遠遠大于1時，有sinΔω2t/Δω2≈0,]]>也即ss2+ω2X(s)+ωs2+ω2Z(s)≈0---(5)]]>這表明式(4)具有頻率選擇性。當不考慮x(t)和z(t)信號中的頻率偏差Δω時，有 所以聯(lián)立式(4)和(6)，可得 相對于y(t)，Asinsinωt/ω是可以忽略的，于是可得具有分頻積分功能的則廣義積分器傳遞函數(shù)為Gn(s)=2ss2+ωn2---(8)]]>根據(jù)以上分析，由廣義積分的性質(zhì)可得廣義積分PI控制器原理框圖，如圖3所示。
為減少計算量提高實時性，圖3所示的廣義積分PI控制器采用增量式迭代算法，將式(8)離散化，根據(jù)上兩個控制周期的廣義積分控制量可得廣義積分輸出的表達式為uIn(k)=2KIeC(k)+2uIn(k-1)-uIn(k-2)1+(nωS)2---(9)]]>這樣，可得如式(10)的廣義積分PI控制器算式。
ΔUC(k)=KPeC(k)+Σn⋐HuIn(k)UC(k)=UC(k-1)+ΔUC(k)--(10)]]>式中k表示當前采樣時刻，k-1為上周期采樣時刻，KP、KI分別為PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)，H為需要控制濾除的諧波次數(shù)的集合。為有效消除干擾，式中的離散微分ec(k)采用式(11)獲得。
ec(k)=e(k)+3e(k-1)-3e(k-2)-e(k-3)6---(11)]]>本有源電力濾波器的分頻控制過程如下檢測電網(wǎng)諧波電流ISh；將監(jiān)測的電網(wǎng)諧波電流與給定的差值送給模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器進行控制參數(shù)的參數(shù)在線整定，即根據(jù)系統(tǒng)的采樣信息，將得到的偏差e和對e進行d/dt計算得到的偏差變化率ec輸入控制器，通過模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器，在PI參數(shù)預整定的基礎(chǔ)上實時在線整定PI參數(shù)，以達到最佳控制效果，其輸出送給廣義積分PI控制器；廣義積分PI控制器根據(jù)電網(wǎng)諧波電流與給定的差值以及模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器的輸出值實現(xiàn)周期量的分頻PI控制；將廣義積分PI控制器的輸出經(jīng)過PWM調(diào)制，得到有源電力濾波器的控制信號。
權(quán)利要求
1.一種基于廣義積分的模糊自整定有源濾波器控制方法，包括以下步驟1)檢測電網(wǎng)諧波電流ISh；2)計算電網(wǎng)諧波電流ISh與給定電流的電網(wǎng)諧波電流偏差e，對偏差e進行微分得到偏差變化率ec；3)將偏差e和偏差變化率ec輸入模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器，通過模糊參數(shù)調(diào)節(jié)器輸出模糊控制量到廣義積分PI控制器；4)廣義積分PI控制器根據(jù)電網(wǎng)諧波電流偏差e以及模糊控制量計算控制信號；5)將廣義積分PI控制器的輸出控制信號經(jīng)過PWM調(diào)制，得到有源電力濾波器的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣義積分的模糊自整定有源濾波器控制方法，所述步驟3)包括以下步驟對偏差e和偏差變化率ec進行模糊化；查查詢表；解模糊，得出調(diào)節(jié)系數(shù)Kp、Ki的修正模糊量ΔKp，ΔKi。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣義積分的模糊自整定有源濾波器控制方法，所述步驟4)中廣義積分PI控制器的控制量計算如下uIn(k)=2KIeC(k)+2uIn(k-1)-uIn(k-2)1+(nωS)2]]>ΔUC(k)=KPec(k)+Σn⋐HuIn(k)UC(k)=UC(k-1)+ΔUC(k).]]>其中，KP、KI為調(diào)節(jié)系數(shù)，uIn為廣義積分控制器輸出，UC為PWM開關(guān)信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合型有源濾波器的分頻控制方法。包括以下步驟檢測電網(wǎng)諧波電流I
文檔編號H02M1/12GK101026302SQ20061016600
公開日2007年8月29日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者羅安, 帥智康, 趙偉, 范瑞祥, 周柯, 湯賜, 唐杰 申請人:湖南大學