本發(fā)明涉及有源濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及LCL型有源電力濾波器及其控制方法。

背景技術(shù)：

有源濾波器是利用變流器輸出電流補(bǔ)償?shù)糌?fù)載諧波電流實(shí)現(xiàn)濾波功能的。這就需要有源濾波器輸出電流滿足兩個(gè)條件，一是幅值和補(bǔ)償?shù)闹C波電流幅值相等；二是相位和補(bǔ)償?shù)闹C波電流相位相反。所以其對(duì)電流控制的要求很高。

相比與傳統(tǒng)的L型有源濾波器，LCL型有源濾波器可以兼顧低頻段增益和高頻段的衰減，是有源濾波器的發(fā)展方向，但是LCL濾波器的高階特性使其存在諧振的問題。影響了其對(duì)輸出電流的控制，使其在幅值和相位上難以和指令值保持一致。

目前有源電力濾波器的輸出濾波網(wǎng)絡(luò)逐漸LCL網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)橄鄬?duì)與L型網(wǎng)絡(luò)，LCL可以兼顧低頻段增益和高頻段的衰減，但是LCL網(wǎng)絡(luò)固有的諧振特性使得控制更加復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種LCL型有源電力濾波器及其控制方法，該控制方法在變流器側(cè)電感電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，加入有源阻尼控制和相位補(bǔ)償控制，使LCL型有源電力濾波器的輸出電流準(zhǔn)確跟蹤指令值。保證了LCL型有源電力濾波器的濾波效果。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段：

一種LCL型有源電力濾波器，包括變流器T1、LCL濾波電路和控制系統(tǒng)；所述的變流器T1一側(cè)并聯(lián)直流電容C，另一側(cè)為L(zhǎng)CL濾波電路；所述LCL濾波電路包含濾波電容C_f，變流器T1側(cè)連接濾波電感L₁；電網(wǎng)側(cè)連接濾波電感L₂；控制系統(tǒng)分別通過濾波電感L₁電流采樣電路、濾波電容C_f電壓采樣電路、直流電容C電壓采樣電路、負(fù)載電流采樣電路與單相變流器T1的輸出端、濾波電容C_f、直流電容C及負(fù)載連接；控制系統(tǒng)對(duì)變流器T1側(cè)濾波電感L₁的電流進(jìn)行閉環(huán)控制。

所述的有源電力濾波器的輸出濾波采用LCL型濾波器。

所述的變流器T1為單相或三相變流器。

一種基于LCL型有源電力濾波器的控制方法，包括以下步驟：

1)對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行諧波檢測(cè)，得到電流中諧波的幅值和相位；

2)對(duì)濾波電容電壓進(jìn)行諧波檢測(cè)，得到濾波電容電壓中諧波的相位，對(duì)濾波電容電壓進(jìn)行基波相位檢測(cè)，得到基波電壓相位；由濾波電容電壓中諧波的相位和負(fù)載電流中諧波的相位經(jīng)過計(jì)算得到補(bǔ)償相位；

3)諧波電流指令的幅值等于負(fù)載電流中諧波的幅值，得到諧波電流指令的幅值信息，諧波電流指令的相位等于負(fù)載電流中諧波的相位加上補(bǔ)償相位，得到諧波電流指令的相位信息；諧波電流指令由諧波電流指令的幅值和諧波電流指令的相位組成；

4)通過直流電容電壓指令減去直流電容電壓得到誤差值，再經(jīng)過比例積分控制器，得到基波電流幅值，由基波電流幅值和基波電壓相位得到基波電流指令；

5)進(jìn)而通過基波電流指令加上諧波電流指令得到電流生成環(huán)節(jié)中的電流指令；

6)結(jié)合電流指令對(duì)有源電力濾波器的變流器側(cè)電感電流進(jìn)行閉環(huán)控制，電流環(huán)控制器采用比例控制方式得到調(diào)制波。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在變流器側(cè)電感電流閉環(huán)控制中加入交流濾波電容電壓的比例前饋，實(shí)現(xiàn)電容并聯(lián)虛擬電阻的控制；其中的虛擬電阻控制是采樣濾波電容電壓經(jīng)過比例環(huán)節(jié)后加入到電流指令中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的補(bǔ)償相位，其生成方法如下：

第一步：采樣濾波電容電壓，提取諧波成分相位信息，得到濾波電容諧波電壓相位信息；

第二步：采樣負(fù)載電流，提取諧波成分相位信息，得到負(fù)載諧波電流相位信息；

第三步：將負(fù)載諧波電流相位減去90°再減去濾波電容諧波電壓相位得到誤差值；

第四步：將第三步計(jì)算結(jié)果的誤差值經(jīng)過比例積分控制器，得到補(bǔ)償相位值。

相對(duì)與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的LCL型有源電力濾波器的控制系統(tǒng)通過采集直流電容電壓、變流器側(cè)濾波電感電流、濾波電容電壓及負(fù)載電流進(jìn)行控制變流器側(cè)濾波電感L₁輸出一個(gè)互補(bǔ)的諧波電流，實(shí)現(xiàn)濾波功能。

本發(fā)明提出的LCL型有源電力濾波器控制方法，在變流器側(cè)電感電流閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，加入有源阻尼控制和相位補(bǔ)償控制，使LCL型有源電力濾波器的輸出電流準(zhǔn)確跟蹤指令值。利用電容并聯(lián)虛擬電阻的控制方式抑制有源濾波器輸出諧波電流幅值的放大；利用交流電容電壓的閉環(huán)控制補(bǔ)償輸出電流相位滯后。利用所提出的控制方法可以使LCL型有源濾波器輸出電流幅值和相位和指令值保持一致，通過引入虛擬阻尼控制和相位補(bǔ)償控制有效的提高LCL型有源濾波器的濾波效果。

進(jìn)一步，在變流器側(cè)電感電流的控制環(huán)中加入交流濾波電容電壓的比例前饋，實(shí)現(xiàn)電容并聯(lián)虛擬電阻控制。抑制有源濾波器輸出諧波電流幅值的放大。

【附圖說明】

圖1無電壓采樣有源諧波電阻裝置電路拓?fù)鋱D；

圖2為變流器側(cè)電感電流閉環(huán)控制流程圖；

圖3為電流閉環(huán)比例控制方式；

圖4為電容電壓前饋環(huán)；

圖5為諧波電流指令生成環(huán)節(jié)；

圖6為諧波電流相位指令生成環(huán)節(jié)。

【具體實(shí)施方式】

本發(fā)明的LCL型有源電力濾波器控制方法可以適用于單相及三相系統(tǒng)?，F(xiàn)以單相系統(tǒng)為例說明其具體控制方法。

單相LCL型有源電力濾波器電路拓?fù)淙鐖D1，由一個(gè)單相變流器T1、直流電容C、變流器側(cè)濾波電感L₁、網(wǎng)側(cè)濾波電感L₂、濾波電容C_f、變流器側(cè)濾波電感電流采樣電路、濾波電容電壓采樣電路、直流電容電壓采樣電路、負(fù)載電流采樣電路和控制電路組成。所述的單相變流器T1一側(cè)并聯(lián)直流電容C，另一側(cè)為L(zhǎng)CL濾波電路，包含濾波電容C_f，變流器T1側(cè)連接濾波電感L₁；電網(wǎng)側(cè)連接濾波電感L₂；控制系統(tǒng)分別通過濾波電感L₁電流采樣電路、濾波電容電壓采樣電路、直流電容電壓采樣電路、負(fù)載電流采樣電路與單相變流器T1的輸出端、濾波電容C_f、直流電容C及負(fù)載連接。

該裝置檢測(cè)負(fù)載電流并提取其中的諧波成分，通過控制變流器側(cè)濾波電感L₁輸出一個(gè)互補(bǔ)的諧波電流，實(shí)現(xiàn)濾波功能。

本發(fā)明控制算法中，在電流指令生成環(huán)節(jié)加入相位補(bǔ)償控制，具體流程如圖2所示：

圖2所示的電流生成環(huán)節(jié)中，電流指令由兩部分組成：基波電流指令用于控制有源電力濾波器直流側(cè)電壓，諧波電流指令用于生成諧波補(bǔ)償電流。其中諧波電流指令由諧波電流指令幅值信息和諧波電流指令相位信息組成；諧波電流指令的幅值等于負(fù)載電流中諧波的幅值，諧波電流指令相位等于負(fù)載電流中諧波的相位加上補(bǔ)償相位組成；補(bǔ)償相位由濾波電容諧波電壓的相位和負(fù)載的諧波電流相位經(jīng)過計(jì)算得到。對(duì)有源電力濾波器的變流器側(cè)電感電流閉環(huán)控制?？刂屏鞒虉D如圖2所示。

電流環(huán)控制器采用比例控制方式，如圖3所示。

在變流器側(cè)電感電流的控制環(huán)中加入交流濾波電容電壓的比例前饋，實(shí)現(xiàn)電容并聯(lián)虛擬電阻控制。電容電壓前饋環(huán)如圖4所示。

諧波電流環(huán)指令由幅值指令和相位指令構(gòu)成，如圖5所示。

電流相位指令，變流器側(cè)電感電流指令的相位值由負(fù)載諧波電流相位和相位補(bǔ)償量構(gòu)成，如圖6所示。

相位補(bǔ)償量的生成方法如下：

第一步：采樣交流電容電壓，提取諧波成分相位信息，得到濾波電容諧波電壓相位信息；

第二步：采樣負(fù)載電流，提取諧波成分相位信息，得到負(fù)載諧波電流相位信息；

第三步：將負(fù)載諧波電流相位減去90°再減去濾波電容諧波電壓相位得到誤差值。

第四步：將第三步計(jì)算結(jié)果的誤差值經(jīng)過比例積分控制器，得到補(bǔ)償相位值。

本LCL型有源電力濾波器控制方法，通過引入虛擬阻尼控制和相位補(bǔ)償控制可以改善LCL型有源電力濾波器的濾波效果。