r>[0050] 步驟4,根據(jù)步驟1測出的電網(wǎng)的電壓，求出表達式ea2+eb2+e。 2的數(shù)值；
[0051] 步驟5,根據(jù)步驟1測得的電網(wǎng)電壓和步驟3求得的有功功率的穩(wěn)態(tài)值f以及步驟4 求出的ej+ef+ec 2的數(shù)值，進而獲取基波正序電流的有功分
[0052] 步驟6,根據(jù)步驟1測的負載電流ia、ib、i。，從中減去步驟5的基波正序電流的有功 分量1咖、1_、1。 1[)，即可得到包括基波無功電流、零序電流、負序電流及諧波電流在內(nèi)的所 有有害電流，并將其反極性后作為補償電流指令ic/、ic^、i。。％
[0053] 步驟7,根據(jù)步驟6求出的補償電流指令選擇合適的控制算法進行控制，產(chǎn)生控制 信號驅(qū)動三相四橋臂電路產(chǎn)生PWM波來補償電網(wǎng)中的諧波;從而達到使電網(wǎng)諧波滿足電能 質(zhì)量指標(biāo)的目的。
[0054] 圖4是三相四線制有源電力濾波器補償電流發(fā)生電路的主拓撲結(jié)構(gòu)，它是一個四 橋臂結(jié)構(gòu)，由8個IGBT開關(guān)管組成，每相橋臂有上下兩個IGBT開關(guān)管，直流側(cè)是由一個直流 電容構(gòu)成。與三相三橋臂電容中分式APF裝置相比，雖然三相四橋臂使用到的電力電子開關(guān) 器件數(shù)目要更多一點，但是在三相三橋臂電容中分式拓撲結(jié)構(gòu)中為了保證直流側(cè)兩個電容 之間的中點點位為零，需要設(shè)計控制器對兩個電容電壓進行控制，使得兩者電壓相等，不允 許出現(xiàn)直流側(cè)兩個電容電壓不平衡的情況，由此導(dǎo)致控制更加復(fù)雜，使系統(tǒng)的不可靠因素 增加。通過以上比較分析，從APF中線補償電流輸出能力、三相橋臂電流輸出能力及可靠性 幾個方面考慮，三相四線制APF的首選主電路結(jié)構(gòu)是四橋臂拓撲。
[0055] 本發(fā)明改進檢測算法的原理圖如圖5所示，其主要原理如下：
[0056] 一般假定電網(wǎng)電壓ea，eb，ec三相對稱，無畸變，則：
[0057] ea = Emsin ω t
[0058] eb = Emsin( ω t_120。） (4)
[0059] ec = Emsin( ω t+120。）
[0060] 負載電流^上丄可表示為基波與諧波之和：
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 考慮到三相不平衡，將電流分為正序、負序、零序，則基波電流表示如下：
[0065]
[0066]
[0067] " ，十, , 卜
[0068]其中11+，I卜，11()分別是基波正序、負序、零序分量的幅值，φ是功率因素角，Θ1 -是 基波負序的初始相位。諧波電流也分為正序、負序、零序，k次諧波電流可表示為：
[0069] iak= Ik+sin(k ω t+9k.)+Ik-sin(k ω t+9k-)+Ik〇
[0070] ibk= Ik+sin(k ω t+9k+-120° )+Ik-sin(k ω t+9k-+120° )+Ik〇 (7)
[0071 ] ick= Ik+sin(k ω t+9k.+120。）+Ik-sin(k ω t+9k--120。）+Ik〇
[0072] 其中Ik+，Ik-，Ik〇分別是k次基波正序、負序、零序分量的幅值，0k+，0k-是諧波正序、 負序的初始相位。三相瞬時功率P可由下式得到：
[0073]
[0074] 將式(4)、（ 6)、⑴代入P1、pk化簡可得：
[0077] 將式（9)、式（10)代入式（8)得：
[0075]
[0076]
[0078]
[0079] 上式包含直流和一系列諧波分量。諧波頻率最低可達100Hz，經(jīng)過低通濾波(LFP)， P中的諧波分量可以濾去，只剩下穩(wěn)態(tài)值J = #反,7,+ C0Sp。其中I^eosq)就是基波正序電流有 功分量的幅值。對于A相，基波正序電流有功分量& :=://+c〇等可以由下式得到：
[0080]
[0081]同理可得到其他兩相基波正序電流的有功分量：
[0082]
[0083]
[0084]從實際負載電流ia、ib、ic中減去基波正序電流的有功分量ialp、i blp、iclp，即可得到 包括基波無功電流、零序電流、負序電流及諧波電流在內(nèi)的所有有害電流，并將其反極性后 作為補償電流指令ic/、icb' icx*:
[0085] iahq=ia-ialp = -lea
[0086] ibhq=ib-ibiP = -icb* (15)
[0087] ichq=ic-iciP = -icc*
[0088] 該改進算法的原理圖如附圖5所示。
[0089] 圖6是在本文改進算法下應(yīng)用MATLAB環(huán)境所測得的電網(wǎng)相電壓和基波有功相電流 的波形圖，橫坐標(biāo)是時間參數(shù)，縱坐標(biāo)代表幅值，由圖可以看出隨著時間的推移檢測出的基 波正序有功相電流始終同電網(wǎng)相電壓完全同相位，為標(biāo)準(zhǔn)正弦，而且三相對稱，幅值相等， 這說明檢測出的諧波和無功電流是完全準(zhǔn)確的。
[0090] 圖7是本發(fā)明提出的改進算法下的檢測的a、b、c相諧波電流圖，橫坐標(biāo)代表時間， 縱坐標(biāo)代表a，b，c三相電流的幅值。
[0091] 圖8是本發(fā)明提出的改進算法下的補償電流前后對比圖，橫坐標(biāo)代表時間，縱坐標(biāo) 代表電流的幅值。在圖中可以看出補償前三相不平衡負載下的電流，由于負載不平衡且非 線性，所以所測得的電流波形呈馬鞍波，且三相幅值不等，有高有低，而當(dāng)系統(tǒng)投入具有改 進算法的有源電力濾波器時，三相電流呈標(biāo)準(zhǔn)正弦波，而且三相對稱，幅值相等，可知電流 得到了很好的補償。
[0092] 有源電力濾波器主要由諧波和無功電流檢測電路、電流跟蹤控制模塊，驅(qū)動電路、 主電路和必要的保護及輔助電路組成，其中電流跟蹤控制部分，驅(qū)動電路和主電路構(gòu)成補 償電流發(fā)生電路。諧波電流檢測部分的作用是根據(jù)有源電力濾波器的補償目的得出需要進 行補償?shù)碾娏髦噶钚盘?，它的核心是實時的精確的檢測出補償對象中的諧波和無功電流分 量或有功電流分量。電流跟蹤控制部分是補償電流發(fā)生電路中的第一個環(huán)節(jié)，它的作用是 根據(jù)指令電流信號和實際補償電流之間的相互關(guān)系，得出控制主電路各個器件通斷的PWM 信號，可以采用常規(guī)的電流跟蹤控制模塊（電流跟蹤控制模塊的跟蹤控制算法一般采用pi 控制，滯環(huán)控制，三維空間矢量調(diào)制算法控制等），驅(qū)動電路里面驅(qū)動芯片一般采用芯片 m579621，他的作用是把DSP的正負5v信號轉(zhuǎn)換成+15和-10,驅(qū)動IGBT的信號?？刂频慕Y(jié)果是 保證有源電力濾波器輸出電流跟蹤指令信號的變化。主電路的作用是直接輸出實際的補償 電流。
[0093]在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示意性實施例"、 "示例"、"具體示例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié) 構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的 示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0094]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1. 一種諧波及無功電流檢測的有源電力濾波器，其特征在于，包括在電網(wǎng)電流一側(cè)依 次串聯(lián)的諧波和無功電流檢測電路W及補償電流發(fā)生電路； 所述補償電流發(fā)生電路包括依次串聯(lián)的電流跟蹤控制模塊、驅(qū)動電路模塊和主電路模 塊，所述主電路模塊的拓撲結(jié)構(gòu)為一個=相四橋臂的PWM變換器； 所述諧波和無功電流檢測電路包括霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器、信號調(diào)理電路、 AD7656模塊、DSP控制器;所述霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器分別通過信號調(diào)理電路、 AD7656模塊和DSP控制器相連;DSP控制器用來執(zhí)行改進的諧波及無功電流檢測算法，并且 根據(jù)檢測信號，產(chǎn)生驅(qū)動信號，最后輸出的信號控制大功率IGBT。2. 如權(quán)利要求1所述的一種諧波及無功電流檢測的有源電力濾波器，其特征在于:所述 主電路模塊是一個四橋臂結(jié)構(gòu)，由8個IGBT開關(guān)管組成，每相橋臂有上下兩個IGBT開關(guān)管， 直流側(cè)是由一個直流電容構(gòu)成。3. 如權(quán)利要求1所述的一種諧波及無功電流檢測的有源電力濾波器，其特征在于:在電 網(wǎng)電流和所述主電路模塊之間還設(shè)有RCL組成的高通濾波器。4. 一種諧波及無功電流檢測的有源電力濾波器的檢測方法，其特征在于，包括W下步 驟： 步驟1，首先通過霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器分別獲得電網(wǎng)的電壓ea，eb，ec和負 載電流ia，ib，ic的值； 步驟2,根據(jù)所測的的ea，eb，ec和ia，ib，i冰取有功功率p = eaia+ebib+ecic; 步驟3根據(jù)步驟2所求得的有功功率P，經(jīng)過低通濾波濾去P中的諧波分量，只剩下穩(wěn)態(tài) 值乂 ，.其中Ii+cos 4就是基波正序電流有功分量的幅值； 步驟4，根據(jù)步驟1測出的電網(wǎng)的電壓，求出表達式ea2+eb2+e。2的數(shù)值； 步驟5,根據(jù)步驟1測得的電網(wǎng)電壓和步驟3求得的有功功率的穩(wěn)態(tài)值另W及步驟4求出 的ea2+eb2+e。2的數(shù)值，進而獲取基波正序電流的有功分量iaip、ibip、icip; 步驟6,根據(jù)步驟1測的負載電流13、16、1。，從中減去步驟5的基波正序電流的有功分量 131。、1郵、1。如即可得到包括基波無功電流、零序電流、負序電流及諧波電流在內(nèi)的所有有 害電流，并將其反極性后作為補償電流指令 步驟7,根據(jù)步驟6求出的補償電流指令選擇合適的控制算法進行控制，產(chǎn)生控制信號 驅(qū)動=相四橋臂電路產(chǎn)生PWM波來補償電網(wǎng)中的諧波;從而達到使電網(wǎng)諧波滿足電能質(zhì)量 指標(biāo)的目的。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種諧波及無功電流檢測的有源電力濾波器及檢測方法，包括在電網(wǎng)電流一側(cè)依次串聯(lián)的諧波和無功電流檢測電路以及補償電流發(fā)生電路；所述補償電流發(fā)生電路包括依次串聯(lián)的電流跟蹤控制模塊、驅(qū)動電路模塊和主電路模塊，所述主電路模塊的拓撲結(jié)構(gòu)為一個三相四橋臂的PWM變換器；相比于現(xiàn)有的技術(shù)，這里提出的新型的諧波檢測的算法不需要鎖相環(huán)，不需要進行矩陣變換，有效的避免了因為坐標(biāo)變換而產(chǎn)生零序諧波泄露誤差。使檢測的精度大大加強，補償效果得到大大改善。
【IPC分類】G01R23/167, G01R19/25, H02J3/01, H02J3/18
【公開號】CN105515003
【申請?zhí)枴緾N201511009943
【發(fā)明人】鄭宏, 張云, 徐文成, 王一帆
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月28日