一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器及其電流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器及其電流控制方法，屬 于有源電力濾波器控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高頻開關(guān)諧波是PWM整流器的必然產(chǎn)物，對于補償電網(wǎng)諧波的有源電力濾波器 (ActivePowerFilter，APF)來說，應(yīng)該避免其高頻諧波流入電網(wǎng)造成電網(wǎng)的二次污染。為 此，人們通常在裝置并網(wǎng)側(cè)安裝輸出濾波器。相比較于L單電感型等其他濾波器，LCL型濾 波器具有較好的濾波效果，且需要的濾波電感較小，但LCL濾波器容易產(chǎn)生諧振，影響系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。
[0003] LCL型APF的電流閉環(huán)控制反饋電流可以選擇逆變器側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電流。網(wǎng)側(cè)電 流反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)由于包含LCL環(huán)節(jié)，系統(tǒng)很難穩(wěn)定，通常采用有源或無源阻尼法來 抑制諧振峰值以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無源阻尼法無需采用復(fù)雜的控制算法，控制系統(tǒng)簡單 穩(wěn)定，主要問題是增加了額外的阻尼損耗。有源阻尼法通過控制算法增強系統(tǒng)阻尼，例如現(xiàn) 存的采用狀態(tài)反饋與無差拍控制方法，該方法性能較好，但需要較多的傳感器；又如增加附 加延時的控制方法，能夠?qū)⑾到y(tǒng)諧振峰值降低到OdB以下，且無需額外的傳感器，但閉環(huán)控 制系統(tǒng)中的附加延時同樣會降低系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和控制精度；相對來說，采用電容電流反 饋的網(wǎng)側(cè)電流反饋控制方法是比較典型有效的控制方法。
[0004] 而采用逆變器側(cè)電流反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)更容易穩(wěn)定，存在的主要問題是由于 LCL濾波器的存在，逆變器側(cè)被控電流與網(wǎng)側(cè)輸出電流之間存在誤差，從而影響APF諧波抑 制效果；同時，濾波電容與網(wǎng)側(cè)電感及電網(wǎng)參數(shù)間存在諧振可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波 器及其電流控制方法，提高APF輸出電流的控制精度并抑制LCL濾波器與電網(wǎng)參數(shù)的諧振。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于逆變器側(cè)電流反饋 的有源電力濾波器，包含APF系統(tǒng)，其特征在于：它還包含LCL濾波器。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述APF系統(tǒng)為三相橋式并聯(lián)型結(jié)構(gòu)。
[0008] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述APF系統(tǒng)包含三相電網(wǎng)電源Ug、負(fù)載整流器和電壓 型有源濾波器，所述LCL濾波器包含三組逆變器側(cè)電感L1、網(wǎng)側(cè)電感L2、濾波電容Cf和阻尼 電阻Rd、三相電網(wǎng)電源Ug三相輸入端相互連接，三相電網(wǎng)電源ug三相輸出端分別與負(fù)載整 流器三個輸入端連接，電壓型有源濾波器三個輸出端分別與三個逆變器側(cè)電感1^的一端連 接，三個逆變器側(cè)電感L1的另一端分別與三個網(wǎng)側(cè)電感L2的一端連接，三個網(wǎng)側(cè)電感L2的 另一端與負(fù)載整流器的三個輸入端連接，三個濾波電容Cf的一端相互連接，三個濾波電容 (^的另一端分別與三個阻尼電阻Rd的一端連接，三個阻尼電阻Rd的另一端分別與三個逆變 器側(cè)電感1^的另一端連接。
[0009] 作為本發(fā)明的進一步改進，電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋電流取逆變器側(cè)電流I1，主 控制器Ga (s)采用PI控制，采用電容電流反饋控制。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述電容電流反饋控制為將電容電流i。負(fù)反饋到主控 制器Ga (s)之后，反饋控制器采用比例控制。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：本發(fā)明在傳統(tǒng)單一逆變器側(cè)電流 反饋控制基礎(chǔ)上，增加了LCL濾波電容電流的反饋調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的控制精度并抑制LCL 濾波器與電網(wǎng)參數(shù)的諧振；相對于傳統(tǒng)單一逆變器側(cè)電流反饋控制和網(wǎng)側(cè)電流反饋+濾波 電容電流反饋控制的兩種傳統(tǒng)方法，基于該電流控制方法的電流閉環(huán)控制系統(tǒng)具有較大的 穩(wěn)定裕度和阻尼作用，從而具有較強的穩(wěn)定性和較好的諧振抑制能力。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電路單相等效 電路模型圖。
[0014] 圖3是本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電流控制方法 的電流閉環(huán)控制框圖。
[0015] 圖4是傳統(tǒng)基于單一逆變器側(cè)電流反饋的電流閉環(huán)控制框圖。
[0016] 圖5是傳統(tǒng)基于網(wǎng)側(cè)電流反饋+電容電流反饋的電流閉環(huán)控制框圖。
[0017] 圖6是本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電流控制方法 的Gk3 (s)、Gk4 (s)和Gk5 (s)的Bode圖。
[0018] 圖7是本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電流控制方法 的Gb3 (s)、Gb4 (s)和Gb5 (s)的Bode圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā) 明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器包含APF系 統(tǒng)和LCL濾波器，APF系統(tǒng)為三相橋式并聯(lián)型結(jié)構(gòu)。APF系統(tǒng)包含三相電網(wǎng)電源ug、負(fù)載整 流器和電壓型有源濾波器，LCL濾波器包含三組逆變器側(cè)電感L1、網(wǎng)側(cè)電感L2、濾波電容Cf 和阻尼電阻Rd、三相電網(wǎng)電源Ug三相輸入端相互連接，三相電網(wǎng)電源ug三相輸出端分別與 負(fù)載整流器三個輸入端連接，電壓型有源濾波器三個輸出端分別與三個逆變器側(cè)電感1^的 一端連接，三個逆變器側(cè)電感L1的另一端分別與三個網(wǎng)側(cè)電感L2的一端連接，三個網(wǎng)側(cè)電 感L2的另一端與負(fù)載整流器的三個輸入端連接，三個濾波電容Cf的一端相互連接，三個濾 波電容(^的另一端分別與三個阻尼電阻Rd的一端連接，三個阻尼電阻Rd的另一端分別與 三個逆變器側(cè)電感L1的另一端連接。
[0021] 本發(fā)明的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電流控制方法，電流閉 環(huán)控制系統(tǒng)的反饋電流取逆變器側(cè)電流I1，主控制器Ga (s)采用PI控制，采用電容電流反 饋控制，將電容電流i。負(fù)反饋到主控制器GA (s)之后，反饋控制器采用比例控制。
[0022] 圖1中C為APF直流側(cè)電容，Rg、Lg為電網(wǎng)等效阻感，Li、&為負(fù)載支路等效電感以 及整流器電阻負(fù)載、ii、i2分別為逆變器側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電流。為簡化分析，設(shè)電網(wǎng)三相對稱 無畸變。
[0023] 鑒于電路的三相對稱性，以下以單相為例分析控制原理。根據(jù)圖1，建立LCL型APF 的單相等效電路模型，如圖2。圖中u為APF輸出電壓，urc為濾波支路RC電壓降，其他參 數(shù)同圖1。建立電流il、i2相對于電壓u的傳遞函數(shù)模型，分別定義為Gl(S)和G2(s):
【主權(quán)項】
1. 一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器，包含APF系統(tǒng)，其特征在于；它還包 含1XL濾波器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器，其特征在 于；所述APF系統(tǒng)為S相橋式并聯(lián)型結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器，其特征在 于；所述APF系統(tǒng)包含S相電網(wǎng)電源Ug、負(fù)載整流器和電壓型有源濾波器，所述1XL濾波器 包含S組逆變器側(cè)電感Li、網(wǎng)側(cè)電感L2、濾波電容Cf和阻巧電阻R d、S相電網(wǎng)電源UgS相輸 入端相互連接，=相電網(wǎng)電源相輸出端分別與負(fù)載整流器=個輸入端連接，電壓型有 源濾波器=個輸出端分別與=個逆變器側(cè)電感Li的一端連接，=個逆變器側(cè)電感L1的另一 端分別與=個網(wǎng)側(cè)電感L2的一端連接，=個網(wǎng)側(cè)電感L2的另一端與負(fù)載整流器的=個輸入 端連接，=個濾波電容Cf的一端相互連接，=個濾波電容C f的另一端分別與=個阻巧電阻 Rd的一端連接，=個阻巧電阻R d的另一端分別與=個逆變器側(cè)電感L 1的另一端連接。
4. 一種權(quán)利要求1所述的基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器的電流控制方法， 其特征在于；電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋電流取逆變器側(cè)電流ii，主控制器Ga(s)采用PI控 審ij，采用電容電流反饋控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流控制方法，其特征在于：所述電容電流反饋控制為將電 容電流i。負(fù)反饋到主控制器G A (S)之后，反饋控制器采用比例控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于逆變器側(cè)電流反饋的有源電力濾波器及其電流控制方法，包含APF系統(tǒng)和LCL濾波器，APF系統(tǒng)為三相橋式并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，電流控制方法電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋電流取逆變器側(cè)電流i1，主控制器GA(s)采用PI控制，采用電容電流反饋控制。本發(fā)明在傳統(tǒng)單一逆變器側(cè)電流反饋控制基礎(chǔ)上，增加了LCL濾波電容電流的反饋調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的控制精度并抑制LCL濾波器與電網(wǎng)參數(shù)的諧振。
【IPC分類】H02J3-01
【公開號】CN104600705
【申請?zhí)枴緾N201510063599
【發(fā)明人】許杏桃, 許勝 , 王益明, 陳群, 黃文靜, 李然, 許杏明, 沈鵬
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 江蘇安方電力科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月6日