單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，該控制算法在通過(guò)基于功率預(yù)測(cè)技術(shù)求取用于穩(wěn)定單相有源電力濾波器的直流側(cè)電壓而必須從電網(wǎng)吸收的有功功率表達(dá)式的基礎(chǔ)上，獲得了實(shí)際工作狀態(tài)下的補(bǔ)償電流指令。由于補(bǔ)償電流指令無(wú)需由常規(guī)雙環(huán)控制算法中的電壓外環(huán)提供，因而在本發(fā)明公開(kāi)的控制算法下，傳統(tǒng)的單相并聯(lián)型有源電力濾波器的電壓和電流雙閉環(huán)控制算法，可簡(jiǎn)化為只需控制電流的單閉環(huán)控制算法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及有源電力濾波器控制技術(shù)，具體地說(shuō)，設(shè)及一種單相并聯(lián)型有源電力 濾波器的單環(huán)控制算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，電力電子裝置和非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量的諧波， 導(dǎo)致電力系統(tǒng)中諧波電流成分迅速增長(zhǎng)，電流波形崎變，加大了線損和用電設(shè)備的損耗，系 統(tǒng)功率因數(shù)急劇降低，嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。
[0003] 傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器越來(lái)越不能滿足諧波治理的要求。隨著數(shù)字信息處理技術(shù)的提 高和電力電子技術(shù)研究的深入，有源電力濾波器開(kāi)始得到應(yīng)用。有源電力濾波器通過(guò)產(chǎn)生 與負(fù)載諧波反相幅值的補(bǔ)償電流抵消負(fù)載產(chǎn)生的諧波，從而抑制負(fù)載產(chǎn)生的諧波污染電 網(wǎng)，克服了無(wú)源濾波器的一些缺點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)諧波頻次的變化。而且，一 般情況下，有源電力濾波器通常采用雙閉環(huán)控制策略。其中內(nèi)環(huán)控制有源電力濾波器產(chǎn)生 的補(bǔ)償電流，外環(huán)控制直流側(cè)電壓恒定。
[0004] 比如可參見(jiàn)題目為《單相并聯(lián)型有源濾波器的自適應(yīng)控制方法》中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申 請(qǐng)201210308107.3。該申請(qǐng)所稱(chēng)方法基于SAFT(單相并聯(lián)型有源濾波器)的近似線性動(dòng)態(tài)模 型，參考自適應(yīng)理論進(jìn)行控制，建立跟蹤參考模型的自適應(yīng)律，使SAFT輸出能夠補(bǔ)償電路諧 波和無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)崎變電流的補(bǔ)償，減小并消除電路諧波和無(wú)功功率。
[0005] 眾所周知，傳統(tǒng)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)多采用諸如單周控制、重復(fù)控制、滑膜控制，或者基 于李雅普諾夫方程控制等方法，實(shí)現(xiàn)APF(有源濾波器）的控制。然而，運(yùn)些現(xiàn)有技術(shù)的控制 方法都存在某些固有缺陷。例如單周控制方式容易受到外界條件影響，W及存在功率開(kāi)關(guān) 管工作頻率不恒定的問(wèn)題。又比如重復(fù)控制方式，貝略在控制系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，從及控制器 參數(shù)難W確定的問(wèn)題。再如滑膜控制方式，該種方式存在固有抖振的問(wèn)題。至于基于李雅普 諾夫方程的控制方式，明顯地存在算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的問(wèn)題。
[0006] 此外，W上諸種控制策略不但使算法參數(shù)設(shè)置困難，而且大大增加了每一個(gè)控制 周期所需的時(shí)間。為解決上述各自存在的個(gè)性和共性問(wèn)題，分別采取了相應(yīng)的改善措施。一 般而言，上述現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)前述各自存在的個(gè)性方面的問(wèn)題，可W使用一定的預(yù)測(cè)手段，簡(jiǎn) 化控制參數(shù);而針對(duì)它們共性方面的問(wèn)題，都選用速度更快的數(shù)字信號(hào)處理器處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的在于提供一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，大大縮短 控制周期，W及使控制算法得到簡(jiǎn)化。
[000引本發(fā)明的單環(huán)控制算法是基于功率預(yù)測(cè)技術(shù)得W實(shí)現(xiàn)的，其中取消傳統(tǒng)并聯(lián)型有 源電力濾波器中所必須要的電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)控制策略由雙閉環(huán)控制簡(jiǎn)化為單閉環(huán)控 制。
[0009]按照本發(fā)明的單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，依序執(zhí)行如下步驟： 步驟I:通過(guò)直流電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，采集相鄰=個(gè)控制時(shí)刻巧-巧、丸和佈*巧時(shí)的單相并 聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容。上的電壓值嗎碑-巧、齒銜巧謀躁沖段； 步驟2 :由表達(dá)式

求取相鄰兩個(gè)控制周期內(nèi)直流側(cè)的電容能冨巧化冨論孤嫌擊n巧民.未Il田巧鄰控制周期？； 內(nèi)電容有功功率波動(dòng)心％為一恒定值J 送些約束關(guān)系， 代入等式
，求取第樂(lè)個(gè)控制周期內(nèi)單相并 聯(lián)型有源電力濾波器吸收的有功功率如(巧； 步驟3:通過(guò)數(shù)據(jù)采集獲得的出肘刻的負(fù)載電流.掉)和單相電網(wǎng)電壓心），利用數(shù) 字鎖相環(huán)形成滯后:Ia炸)和"Ja征)S巧的虛擬量(巧和"j/巧； 步驟4:利用^仲)=%。體)保)+?/巧;￡/巧計(jì)算來(lái)時(shí)刻負(fù)載側(cè)的瞬時(shí)有功功率的化)； 步驟5:采用低通濾波算法獲得&巧)的直流分量運(yùn)攤)； 步驟6:利用等式
獲得電流 環(huán)的給定指令私巧； 步驟7: ^評(píng))與經(jīng)過(guò)低通濾波器采集獲得的杰時(shí)刻單相并聯(lián)型有源電力濾波器的電流 輸出值;C(巧相減后，進(jìn)入數(shù)字化PI控制器； 步驟8:PI控制器輸出值與^。炸)相減后，形成單相全橋逆變單元的調(diào)制信號(hào)； 步驟9:由調(diào)制信號(hào)生成單相全橋逆變單元的驅(qū)動(dòng)脈沖。
[0010] 采用上述本發(fā)明的單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，能夠?qū)PF的控 制結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的控制電流和電壓的雙環(huán)結(jié)構(gòu)變成了只需控制電流的內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)，因而具有控 制參數(shù)設(shè)定簡(jiǎn)單、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快和魯棒性強(qiáng)的技術(shù)特性。適合實(shí)際工程應(yīng)用中使用。
[0011] 另外，按照上述本發(fā)明的單環(huán)控制算法，求取補(bǔ)償電流指令的表達(dá)式具有實(shí)時(shí)性 好，準(zhǔn)確性好的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，W下將結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例，詳細(xì)描述上述單相并 聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，其中， 圖1示出本發(fā)明基于單環(huán)控制算法的單相并聯(lián)型APF的工作原理圖； 圖2示出本發(fā)明基于單環(huán)控制算法的單相并聯(lián)型APF算法一種具體實(shí)施例的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[OOK]圖1示出本發(fā)明基于單環(huán)控制算法的單相并聯(lián)型APF的工作原理圖。
[0014]如圖1所示，其中的"巧咕分別為單相電網(wǎng)電壓和補(bǔ)償后的單相電網(wǎng)電流，枉為APF 輸出的補(bǔ)償電流遍為非線性負(fù)載電流，皆為APF通過(guò)計(jì)算獲得的補(bǔ)償電流指令，"皮為APF的 直流側(cè)電壓。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從單相并聯(lián)型APF的工作原理可知，實(shí)現(xiàn)單相并聯(lián)型APF功能的關(guān) (1) 鍵是獲得與補(bǔ)償電流icffi同的補(bǔ)償電流指令拖，即有 對(duì)單相系統(tǒng)構(gòu)造與單相電路中實(shí)際電流和電壓相位差為-V2的虛擬電流和電壓分量， 形成兩相正交媒S坐標(biāo)系，得：
(2) (3) (4) 其中和U如分別為％在社獲坐標(biāo)系中的化和#分量；枝和掛分別為"撕幅值和角 頻率。j扣和分別為每在緻坐標(biāo)系中的叫口齊分量；。和如分別為^在靖坐標(biāo)系中的和 巧分量；^?為;；中的基波幅值;福為指的幅值;解郝化分別為每的基波分量和;,與"謝相位 差;與為^中的n次諧波幅值;為中的n次諧波與"，的相位差。其中，角頻率是通過(guò)單相 PliXPhase locked loop)環(huán)節(jié)的作用獲得的。
[001引利用PQ變換求取單相電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的瞬時(shí)有功無(wú)功：
(5) (6) 其中，/7巧P g汾別為電網(wǎng)側(cè)瞬時(shí)有功和瞬時(shí)無(wú)功功率;/?和W分別為負(fù)載側(cè)的瞬時(shí)有功 和瞬時(shí)無(wú)功功率。
[0016]考慮到在實(shí)際應(yīng)用中，APF總會(huì)存在一些損耗(諸如主回路元器件熱損耗和功率開(kāi) 關(guān)管的損耗），使得APF必須從電網(wǎng)中吸收適當(dāng)?shù)挠泄β?，用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓。因此在實(shí) 際工作狀態(tài)下，APF需要補(bǔ)償?shù)墓β嗜缦拢?br>(7) 其中，Aa/c為維持APF直流側(cè)電壓所必須從單相電網(wǎng)中吸收的有功功率。^(誠(chéng))為負(fù)載 有功功率的震蕩功率。
[0017]對(duì)電網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行PQ反變換求取和^。
[001引
（8) 其中，與挪條過(guò)LPF(Low-pass filter)環(huán)節(jié)作用后得至Ij。巧(脯：)為負(fù)載瞬時(shí)有功功率 的平均功率。
[0019]最終實(shí)際工作狀態(tài)下補(bǔ)償電流補(bǔ)償指令為： (9) 圖2示出本發(fā)明基于單環(huán)控制算法的單相并聯(lián)型APF算法一種具體實(shí)施例的方框圖，按 照該種實(shí)施例，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： 步驟1:通過(guò)直流電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，采集相鄰S個(gè)控制時(shí)刻炸和炸+1)時(shí)的單相并聯(lián) 型有源電力濾波器直流側(cè)電容巧上的電壓值明。保-1)、^腳和&。踩+1); 步驟2 :由表達(dá)式
求取相鄰兩個(gè)控制周期內(nèi)直流側(cè)的電容能量變化量誠(chéng)巧電均)和進(jìn)聊汲后，利用相鄰控制周 期騎內(nèi)電容有功功率波動(dòng)心P&-為一恒定值及炸-1) W U& (巧W [/&炸+1) W U三運(yùn)些約束關(guān) 系，代入等;
，求取第A個(gè)控制周期內(nèi)單相 并聯(lián)型有源電力濾波器吸收的有功功率如血(巧； 步驟3:通過(guò)數(shù)據(jù)采集獲得的來(lái)時(shí)刻的負(fù)載電流Z缸炸巧日單相電網(wǎng)電壓和《(巧，利用數(shù)字 鎖相環(huán)形成滯后;'如炸巧日(巧的虛擬量巧和巧； 步驟4:利用：
十算點(diǎn)肘刻負(fù)載側(cè)的瞬時(shí)有功功率&訴)； 步驟5:采用低通濾波算法獲得站烘)的直流分量攝始； 步驟6:利用等式
獲得電流 環(huán)的給定指令^腳； 步驟7:;^巧與經(jīng)過(guò)低通濾波器采集獲得的加寸刻單相并聯(lián)型有源電力濾波器的電流 輸出值惟)相減后，進(jìn)入數(shù)字化PI控制器； 步驟8:PI控制器輸出值與^。貨)相減后，形成單相全橋逆變單元的調(diào)制信號(hào)； 步驟9:由調(diào)制信號(hào)生成單相全橋逆變單元的驅(qū)動(dòng)脈沖。 按照上述實(shí)施例的單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，由于補(bǔ)償電流指令無(wú) 需由常規(guī)雙環(huán)控制算法中的電壓外環(huán)提供，因而在本發(fā)明公開(kāi)的控制算法下，傳統(tǒng)的單相 并聯(lián)型有源電力濾波器的電壓和電流雙閉環(huán)控制算法，可簡(jiǎn)化為只需控制電流的單閉環(huán)控 制算法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單相并聯(lián)型有源電力濾波器的單環(huán)控制算法，依序執(zhí)行如下步驟： 步驟1:通過(guò)直流電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，采集相鄰Ξ個(gè)控制時(shí)刻戰(zhàn)-1)、棄和化十0時(shí)的單相并 聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容貸上的電壓值步驟2:由表達(dá)式ic 取相鄰兩個(gè)控制周期內(nèi)直流側(cè)的電容能量變化量盈脈睞半巧郝Ar腳后，利用相鄰控制周 期駕內(nèi)電容有功功率波動(dòng)心瑞為一恒定值及^些約束關(guān) 系，代入等式求取第皮個(gè)控制周期內(nèi)單相 并聯(lián)型有源電力濾波器吸收的有功功率始地蛛)； 步驟3:通過(guò)數(shù)據(jù)采集獲得的帝時(shí)刻流過(guò)負(fù)載電流和單相電網(wǎng)電壓利用數(shù) 字鎖相環(huán)形成滯后;Ια腳和^腳C褲的虛擬量^做和％/·：巧； 步驟4:利月計(jì)算龍肘刻負(fù)載側(cè)的瞬時(shí)有功功率&礦)； 步驟5:采用低通濾波算法獲得要^克)的直流分量瓦炸）； 步驟6:利用等式獲得電流 環(huán)的給定指令腳； 步驟7:;'蘭(材與經(jīng)過(guò)低通濾波器采集獲得的忠財(cái)刻單相并聯(lián)型有源電力濾波器的電流輸 出值W'lb相減后，進(jìn)入數(shù)字化ΡΙ控制器； 步驟8:PI控制器輸出值與uja徒)相減后，形成單相全橋逆變單元的調(diào)制信號(hào)； 步驟9:由調(diào)制信號(hào)生成單相全橋逆變單元的驅(qū)動(dòng)脈沖。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK105977979SQ201610031321
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日
【發(fā)明人】唐雄民, 方亦超, 陳思哲, 張淼
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)