一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合控制方法，特別是涉及一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù) 合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 并聯(lián)型混合有源電力濾波器由PF (無源部分）和APF (有源部分）兩部分構(gòu)成，如 圖1所示： 通過檢測負載或者電網(wǎng)中的諧波成分，將有源電力濾波器APF控制成受控電流源Iapf 或者電壓源Uapf，單相等效電路如圖2所示： 其中，采用APF控制成受控電流源的策略使得APF (有源部分）要承擔基波電壓，導(dǎo)致 有源容量較大，很難體現(xiàn)成本優(yōu)勢，故目前多采用APF控制成受控電壓源的策略，并采用網(wǎng) 側(cè)電流的電壓控制，原理如下： 根據(jù)疊加原理可分解如圖3所示： 目前應(yīng)用較多的是PI控制器，為了實現(xiàn)多頻率下的高補償精度，也有采用比例正弦積 分控制，多旋轉(zhuǎn)坐標系下的積分控制等等，以提高混合有源濾波器的補償精度。
[0003] 常規(guī)PI控制器只能實現(xiàn)參考信號為直流時的無靜差跟蹤。而在混合有源電力濾 波器中，其參考和反饋電壓是由多次諧波疊加而成，PI調(diào)節(jié)器無法準確跟蹤。另外由于器 件開關(guān)頻率受到限制，為了保證對開關(guān)頻率紋波的衰減，PI調(diào)節(jié)器的帶寬又不能取得過大。 因此，常規(guī)PI控制器在混合有源濾波器的應(yīng)用中受到了極大地限制， 比例正弦積分控制，多旋轉(zhuǎn)坐標系下的積分控制都是基于選擇性諧波補償?shù)乃枷?，?此需要在每個諧波頻率下分別嵌入控制器進行補償，在實際應(yīng)用中程序?qū)崿F(xiàn)較繁瑣，且無 法實現(xiàn)全帶寬內(nèi)諧波補償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種對目前并聯(lián)型混合有源電力濾波器 的控制器存在的不足，提出一種復(fù)合控制方法，采用PI內(nèi)環(huán)加重復(fù)控制外環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)復(fù) 合控制算法，不但能實現(xiàn)對奇次，偶次和基波負序諧波的高補償精度，而且大大降低了系統(tǒng) 的復(fù)雜度，節(jié)省了成本，易于工程實踐的。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種并聯(lián)型混合有源 電力濾波器的復(fù)合控制方法，包括：以下操作步驟， (1) 獲取電網(wǎng)、并聯(lián)型混合有源電力濾波器的狀態(tài)信息； (2) 從電網(wǎng)電流中提取電壓指令； (3) 計算電壓誤差信號； (4) 對電壓差信號進行重復(fù)控制及PI調(diào)節(jié)，得到調(diào)制信號。； (5) 構(gòu)造 PffM信號。
[0006] 其中，所述并聯(lián)型混合有源電力濾波器包括無源部分和有源部分。
[0007] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，在步驟（1)中，利用電壓電流傳感器采集電網(wǎng)電壓、 電網(wǎng)電流、有源部分的直流母線電壓以及有源部分經(jīng)過濾波后的輸出電壓。
[0008] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，在步驟（2)中，利用鎖相環(huán)提取電網(wǎng)電壓的相位，根 據(jù)相位對負載電流進行諧波指令提取，并首先通過以下傳遞函數(shù)對負載電流進行帶通濾 波，得到負載電流的各次諧波信號；對各次諧波信號進行疊加得到電網(wǎng)電流的總諧波信號； 計算諧波電壓指令信號；根據(jù)電網(wǎng)電壓的相位對進行變換，得到軸輸出電壓諧波分量和軸 輸出電壓諧波分量；根據(jù)電網(wǎng)電壓的相位對輸出電壓行變換，得到有功軸輸出電壓分量、無 功軸輸出電壓分量和零軸輸出電壓分量。
[0009] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，在步驟（3 )中，對直流母線電壓進行調(diào)節(jié)得到直流側(cè) 電壓調(diào)節(jié)量，給定的直流側(cè)電壓值減去直流母線電壓得到直流母線電壓誤差信號；同時，直 流母線電壓誤差信號經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)量，有功軸諧波電壓指令減去有功軸 實際輸出電壓分量得到有功軸電壓誤差信號，無功軸諧波電壓指令減去無功軸實際輸出電 壓分量再加上直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)量得到無功軸電壓誤差信號。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，在步驟（4)中，令有功軸電壓誤差信號作為輸入，對 其進行內(nèi)模更新，得到內(nèi)模更新電壓誤差信號，令無功軸電壓誤差信號和零軸電壓誤差信 號分別作為輸入，得到無功軸電壓指令信號和零軸電壓指令信號；將有功軸電壓指令信號、 無功軸電壓指令信號和零軸電壓指令信號進行反變換得到調(diào)制信號。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，在步驟（5)中，利用調(diào)制器使調(diào)制信號與給定的三角 載波信號進行比較，生成脈沖寬度調(diào)制信號。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：對目前并聯(lián)型混合有源電力濾波器的控制器存在的不足， 提出一種復(fù)合控制方法，采用PI內(nèi)環(huán)加重復(fù)控制外環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)復(fù)合控制算法，不但能實 現(xiàn)對奇次，偶次和基波負序諧波的高補償精度，而且大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，節(jié)省了成 本，易于工程實踐。
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖，其中： 圖1是【背景技術(shù)】中，并聯(lián)型混合有源電力濾波器的無源部分和有源部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是【背景技術(shù)】中，單相等效電路圖，即先串后并混合型單相等效電路圖； 圖3是【背景技術(shù)】中，疊加原理可分解示意圖，即先串后并混合型電壓源控制單相等效 及分離電路圖； 圖4是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的 HAPF的整個系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖； 圖6是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的復(fù) 合控制方法的框圖； 圖7是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的并 聯(lián)型有源電力濾波去的復(fù)合控制方法流程圖； 圖8是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的不 控整流負載進行諧波補償原理圖； 圖9是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的穩(wěn) 態(tài)補償效果中采用PI控制器的效果圖； 圖10是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的穩(wěn) 態(tài)補償效果中采用采用復(fù)合控制器效果圖； 圖11是本發(fā)明的一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法一較佳實施例的采 用復(fù)合控制負載由50%切換到100%時動態(tài)響應(yīng)效果圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0015] 本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案。
[0016] 本發(fā)明涉及一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器（HAPF)的復(fù)合控制方法。隨著生產(chǎn)力 的不斷進步和科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，鋼鐵、冶金、化工、新能源等現(xiàn)代工業(yè)得到了迅速提升， 但其中電力電子裝置的大量使用也使得電力系統(tǒng)內(nèi)負荷的復(fù)雜性和多樣性大大增加。其 中，沖擊性波動性負荷以及非線性負荷的大量應(yīng)用造成的電網(wǎng)內(nèi)電壓電流畸變、電壓波動 閃變等非正常現(xiàn)象日趨嚴重。無功補償和諧波治理設(shè)備得到了大力提倡和推廣。
[0017] 由于傳統(tǒng)無源濾波器存在有效材料消耗大，體積大，占地多，易與系統(tǒng)發(fā)生諧振， 導(dǎo)致諧波放大，引起無源濾波器過載，甚至燒毀，危及電網(wǎng)安全的問題。近年來有源電力濾 波器在低壓配電網(wǎng)得到了迅猛的發(fā)展，但是由于半導(dǎo)體器件成本以及耐壓限制，很難應(yīng)用 到高壓電網(wǎng)系統(tǒng)中?；旌嫌性措娏V波器能將傳統(tǒng)的無源電力濾波器和有源電力濾波器技 術(shù)相結(jié)合，既能有效解決無源濾波器固有的問題，又能有效降低成本，是目前高壓系統(tǒng)中諧 波治理應(yīng)用較為廣泛的裝置。本發(fā)明針對并聯(lián)型混合有源電力濾波器提出一種復(fù)合控制方 法，能有效提高HAPF的諧波補償精度及控制性能，且易于工程實踐，具有較大的應(yīng)用價值。
[0018] 在本實施例中提供一種并聯(lián)型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法，所述的并聯(lián) 型混合有源電力濾波器的復(fù)合控制方法包括：以下操作步驟， (1) 獲取電網(wǎng)、并聯(lián)型混合有源電力濾波器的狀態(tài)信息； (2) 從電網(wǎng)電流中提取電壓指令； (3) 計算電壓誤差信號； (4) 對電壓差信號進行重復(fù)控制及PI調(diào)節(jié)，得到調(diào)制信號。； (5) 構(gòu)造 PffM信號。
[0019] 其中，所述并聯(lián)型混合有源電力濾波器包括無源部分和有源部分。
[0020] 在步驟（1)中，利用電壓電流傳感器采集電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流、有源部分的直流母 線電壓以及有源部分經(jīng)過濾波后的輸出電壓。
[0021] 在步驟（2)中，利用鎖相環(huán)提取電網(wǎng)電壓的相位，根據(jù)相位對負載電流進行諧波指 令提取，并首先通過以下傳遞函數(shù)對負載電流進行帶通濾波，得到負載電流的各次諧波信 號；對各次諧波信號進行疊加得到電網(wǎng)電流的總諧波信號；計算諧波電壓指令信號；根據(jù) 電網(wǎng)電壓的相位對進行變換，得到軸輸出電壓諧波分量和軸輸出電壓諧波分量；根據(jù)電網(wǎng) 電壓的相位對輸出電壓行變換，得到有功軸輸出電壓分量、無功軸輸出電壓分量和零軸輸 出電壓分量。
[0022] 在步驟（3)中，對直流母線電壓進行調(diào)節(jié)得到直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)量，給定的直流側(cè)電 壓值減去直流母線電壓得到直流母線電壓誤差信號；同時，直流母線電壓誤差信號經(jīng)PI調(diào) 節(jié)得到直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)量，有功軸諧波電壓指令減去有功軸實際輸出電壓分量得到有功軸 電壓誤差信號，無功軸諧波電壓指令減去無功軸實際輸出電壓分量再加上直流側(cè)電壓調(diào)節(jié) 量得到無功軸電壓誤差信號。
[0023] 在步驟（4)中，令有功軸電壓誤差信號作為輸入，根據(jù)以下算式對其進行內(nèi)模更 新，得到內(nèi)模更新電壓誤差信號，令無功軸電壓誤差信號和零軸電壓誤差信號分別作為輸 入，得到無功軸電壓指令信號和零軸電壓指令信號；將有功軸電壓指令信號、無功軸電壓指 令信號和零軸電壓指令信號進行反變換得到調(diào)制信號。
[0024] 在步驟（5)中，利用調(diào)制器使調(diào)制信號與給定的三角載波信號進行比較，生成脈沖 寬度調(diào)制信號。
[0025] 在一個具體實施例中，本發(fā)明針對由PF (無源部分）和APF (有源部分）串聯(lián)的并 聯(lián)型有源電力濾波器的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4。
[0026] I，APF被控制為諧波電壓源，迫使負載中的諧波電流流入PPF，使電網(wǎng)電流中不含 諧波。為了降低系統(tǒng)損耗，無源濾波器組僅采用5,7,11次單調(diào)諧濾波器，同時去掉耦合變 壓器以節(jié)省成本，適應(yīng)高壓應(yīng)用場合。其中i sA，分別表示電網(wǎng)諧波電流和負載諧波電 流，心為HAPF輸出的電流，包括基波無功電流和補償諧波電流。&為電網(wǎng)電壓，％為APF 輸出控制電壓，^為直流側(cè)電壓。4