一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法及系统。在进行直流母线电压相间平衡控制时，通过检测各相直线母线电压与直流母线平均电压之间的偏差，确定基波负序电流的给定量，是一种双闭环结构，因此系统的鲁棒性更高。与传统的基于负序电压注入的方法相比，不会影响电流环的性能；与传统的基于零序电压注入的方法相比，其相间平衡控制的能力更强。在进行负载电流谐波检测时，在双dq轴坐标系下分别检测基波正序分量和基波负序分量，因此谐波检测的精度更高。由于在负序dq轴坐标系下检测了基波负序电流，因此谐波指令中不会出现基波负序电流分量，从而消除了基波负序电流分量给直流母线电压相间平衡控制带来的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法及系统
本专利技术属于电能质量控制
，更具体地，涉及一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法及系统。
技术介绍
随着电力电子器件的发展，电网中越来越多地接入了开关电源、整流负载等一系列非线性负载，给电网带来了大量的谐波问题，在增加了线路损耗的同时，也威胁到了电网的安全稳定运行。有源电力滤波器是解决此类电能质量问题的优选办法之一，能够补偿全频点的谐波，并且补偿精度高，响应速度快。传统的有源电力滤波器大多采用两电平逆变器，存在着直流母线电压高，du/dt大，选用功率器件额定电压高，输出电压波形质量低等问题。基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器在相同电网电压等级的情况下，直流母线电压降低了一半，因此选择的IGBT额定电压以及直流母线电容的额定电压均可以减小，从而有利于在一定程度上降低装置的成本。但是由于这种拓扑的逆变器控制有三条直流母线，因此其控制的复杂度较高，特别是如何保持三条直流母线电压的一致，是一个难题。文献《零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制》给出了用零序电压注入和负序电压注入的方式来解决这一类拓扑的逆变器的直流母线电压不平衡问题，但是这种方法需要逆变器输出一定的基波电流，而有源电力滤波器输出的电流大部分为谐波电流。此外，传统的负载电流谐波检测方法通过提取dq轴的直流分量只相应地提取了负载电流中的基波正序分量，而没有考虑到负序基波电流分量在dq轴坐标系下以两倍频分量存在，因而所得到的谐波检测结果并不准确，同时，由于负序分量的存在给直流母线电压的相间平衡带来了负面影响，降低了有源电力滤波器的谐波补偿精度。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法及系统，鲁棒性更高，与传统的基于负序电压注入的方法相比，不会影响电流环的性能，与传统的基于零序电压注入的方法相比，其相间平衡控制的能力更强；此外，消除了基波负序电流分量给直流母线电压相间平衡控制带来的不利影响，谐波检测的精度更高。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采样电网电压usa,usb和usc，通过锁相环求得电网电压相角wt，其中，usa,usb和usc分别为A相、B相和C相电网电压；(2)直流母线电压平均电压控制：采集三相直流母线电压udcA,udcB和udcC，得到三相直流母线的平均电压将与给定的直流母线电压求差，得到Δudc，将Δudc输入PI控制器，得到d轴电流参考指令ΔP，其中，udcA,udcB和udcC分别为A相、B相和C相直流母线电压；(3)直流母线电压相间平衡控制，进一步包括如下步骤：(3-1)将采样得到的三相直流母线电压udcA,udcB和udcC分别与三相直流母线的平均电压做差，得到ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC；(3-2)将ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC变换到αβ坐标系下，得到Δudcα和Δudcβ，将Δudcα和Δudcβ分别输入α轴和β轴的PI调节器，得到ΔPα和ΔPβ；(3-3)将ΔPα和ΔPβ进行角度为2wt的Park变换，得到直流电压相间平衡所需基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和(4)负载电流谐波检测：检测负载谐波电流，并将其变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令和(5)有功无功电流解耦控制：利用电网电压usa,usb和usc，d轴电流参考指令ΔP，基波负序电流在dq轴坐标系下对应的分量和以及dq轴坐标系下的电流给定指令和根据H桥三电平有源电力滤波器的输出电流ia,ib和ic，得到逆变器的输出电压指令和其中，ia,ib和ic分别为A相、B相和C相输出电流，和分别为A相、B相和C相逆变器的输出电压指令；(6)根据三相直流母线的电压udcA,udcB和udcC以及逆变器的输出电压指令和生成PWM信号，利用PWM信号控制IGBT的导通与关断。优选地，所述步骤(4)进一步包括如下步骤：(4-1)将负载电流ila,ilb和ilc变换到正序dq轴坐标系下得到和变换到负序dq轴坐标系下得到和其中，ila,ilb和ilc分别为A相、B相和C相负载电流；(4-2)分别由和得到和分别由和得到和将上一次中断周期内计算得到的和进行角度为-2wt的Park变换后，分别与和作差，所得结果分别通过低通滤波器得到和将上一次中断周期内计算得到的和进行角度为2wt的Park变换后，分别与和作差，所得结果分别通过低通滤波器得到和(4-3)将正序dq轴坐标系下的和变换到abc坐标系下得到正序基波电流和将负序dq轴坐标系下的和变换到abc坐标系下得到负序基波电流和由负载电流、正序基波电流和负序基波电流得到谐波电流iha,ihb和ihc分别为：其中，iha,ihb和ihc分别为A相、B相和C相谐波电流；(4-4)将谐波电流iha,ihb和ihc变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令和按照本专利技术的另一方面，提供了一种H桥三电平有源电力滤波器的控制系统，其特征在于，包括：计算模块，用于采样电网电压usa,usb和usc，通过锁相环求得电网电压相角wt，其中，usa,usb和usc分别为A相、B相和C相电网电压；直流母线电压平均电压控制模块，用于采集三相直流母线电压udcA,udcB和udcC，得到三相直流母线的平均电压将与给定的直流母线电压求差，得到Δudc，将Δudc输入PI控制器，得到d轴电流参考指令ΔP，其中，udcA,udcB和udcC分别为A相、B相和C相直流母线电压；直流母线电压相间平衡控制模块，进一步包括：第一平衡模块，用于将采样得到的三相直流母线电压udcA,udcB和udcC分别与三相直流母线的平均电压做差，得到ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC；第二平衡模块，用于将ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC变换到αβ坐标系下，得到Δudcα和Δudcβ，将Δudcα和Δudcβ分别输入α轴和β轴的PI调节器，得到ΔPα和ΔPβ；第三平衡模块，用于将ΔPα和ΔPβ进行角度为2wt的Park变换，得到直流电压相间平衡所需基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和负载电流谐波检测模块，用于检测负载谐波电流，并将其变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令和有功无功电流解耦控制模块，用于利用电网电压usa,usb和usc，d轴电流参考指令ΔP，基波负序电流在dq轴坐标系下对应的分量和以及dq轴坐标系下的电流给定指令和根据H桥三电平有源电力滤波器的输出电流ia,ib和ic，得到逆变器的输出电压指令和其中，ia,ib和ic分别为A相、B相和C相输出电流，和分别为A相、B相和C相逆变器的输出电压指令；PWM控制模块，用于根据三相直流母线的电压udcA,udcB和udcC以及逆变器的输出电压指令和生成PWM信号，利用PWM信号控制IGBT的导通与关断。优选地，所述负载电流谐波检测模块进一步包括：第一检测模块，用于将负载电流ila,ilb和ilc变换到正序dq轴坐标系下得到和变换到负序dq轴坐标系下得到和其中，ila,ilb和ilc分别为A相、B相和C相负载电流；第二检测模块，用于分别由和得到和分别由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采样电网电压usa,usb和usc，通过锁相环求得电网电压相角wt，其中，usa,usb和usc分别为A相、B相和C相电网电压；(2)直流母线电压平均电压控制：采集三相直流母线电压udcA,udcB和udcC，得到三相直流母线的平均电压将与给定的直流母线电压求差，得到Δudc，将Δudc输入PI控制器，得到d轴电流参考指令ΔP，其中，udcA,udcB和udcC分别为A相、B相和C相直流母线电压；(3)直流母线电压相间平衡控制，进一步包括如下步骤：(3‑1)将采样得到的三相直流母线电压udcA,udcB和udcC分别与三相直流母线的平均电压做差，得到ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC；(3‑2)将ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC变换到αβ坐标系下，得到Δudcα和Δudcβ，将Δudcα和Δudcβ分别输入α轴和β轴的PI调节器，得到ΔPα和ΔPβ；(3‑3)将ΔPα和ΔPβ进行角度为2wt的Park变换，得到直流电压相间平衡所需基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和(4)负载电流谐波检测：检测负载谐波电流，并将其变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令和(5)有功无功电流解耦控制：利用电网电压usa,usb和usc，d轴电流参考指令ΔP，基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和以及dq轴坐标系下的电流给定指令和根据H桥三电平有源电力滤波器的输出电流ia,ib和ic，得到逆变器的输出电压指令和其中，ia,ib和ic分别为A相、B相和C相输出电流，和分别为A相、B相和C相逆变器的输出电压指令；(6)根据三相直流母线的电压udcA,udcB和udcC以及逆变器的输出电压指令和生成PWM信号，利用PWM信号控制IGBT的导通与关断。...

【技术特征摘要】
1.一种H桥三电平有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采样电网电压usa,usb和usc，通过锁相环求得电网电压相角wt，其中，usa,usb和usc分别为A相、B相和C相电网电压；(2)直流母线电压平均电压控制：采集三相直流母线电压udcA,udcB和udcC，得到三相直流母线的平均电压将与给定的直流母线电压求差，得到Δudc，将Δudc输入PI控制器，得到d轴电流参考指令ΔP，其中，udcA,udcB和udcC分别为A相、B相和C相直流母线电压；(3)直流母线电压相间平衡控制，进一步包括如下步骤：(3-1)将采样得到的三相直流母线电压udcA,udcB和udcC分别与三相直流母线的平均电压做差，得到ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC；(3-2)将ΔudcA,ΔudcB和ΔudcC变换到αβ坐标系下，得到Δudcα和Δudcβ，将Δudcα和Δudcβ分别输入α轴和β轴的PI调节器，得到ΔPα和ΔPβ；(3-3)将ΔPα和ΔPβ进行角度为2wt的Park变换，得到直流电压相间平衡所需基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和(4)负载电流谐波检测：检测负载谐波电流，并将其变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令和具体包括如下步骤：(4-1)将负载电流ila,ilb和ilc变换到正序dq轴坐标系下得到和变换到负序dq轴坐标系下得到和其中，ila,ilb和ilc分别为A相、B相和C相负载电流；(4-2)分别由和得到和分别由和得到和将上一次中断周期内计算得到的和进行角度为-2wt的Park变换后，分别与和作差，所得结果分别通过低通滤波器得到和将上一次中断周期内计算得到的和进行角度为2wt的Park变换后，分别与和作差，所得结果分别通过低通滤波器得到和(4-3)将正序dq轴坐标系下的和变换到abc坐标系下得到正序基波电流和将负序dq轴坐标系下的和变换到abc坐标系下得到负序基波电流和由负载电流、正序基波电流和负序基波电流得到谐波电流iha,ihb和ihc分别为：其中，iha,ihb和ihc分别为A相、B相和C相谐波电流；(4-4)将谐波电流iha,ihb和ihc变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令和(5)有功无功电流解耦控制：利用电网电压usa,usb和usc，d轴电流参考指令ΔP，基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和以及dq轴坐标系下的电流给定指令和根据H桥三电平有源电力滤波器的输出电流ia,ib和ic，得到逆变器的输出电压指令和其中，ia,ib和ic分别为A相、B相和C相输出电流，和分别为A相、B相和C相逆变器的输出电压指令；(6)根据三相直流母线的电压udcA,udcB和udcC以及逆变器的输出电压指令和生成PWM信号，利用PWM信号控制IGBT的导通与关断。2.一种H桥三电平有源电力滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，佃仁俊，穆朝絮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42