一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，首先分析控制对象的性质，得到控制对象的谐振峰值和谐振频率；进一步的根据控制对象的谐振峰值和谐振频率，设计所需要的陷波器；进一步的分析加入陷波器后的控制对象的性质，设计对应的低通滤波器，低通滤波器的加入仅仅为了获得较好的高频衰减特性；最后根据实际实验效果调整相位补偿环节的k值，至此重复控制补偿器设计完成。通过对APF控制系统的分析，简单明了的给出了通用的重复控制补偿器的设计方法，此方法可以降低APF并网电流THD，大大改善并网电流质量。大大改善并网电流质量。大大改善并网电流质量。

【技术实现步骤摘要】
一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法


[0001]本专利技术涉及APF控制系统
，具体为一种重复控制系统补偿器设计方法。

技术介绍

[0002]随着经济的迅速发展，非线性负载给电网在注入大量谐波，造成电网电压或者电流波形发生畸变。随着电网谐波源增多，电能质量不断下降，线路损耗增加，电网系统的安全性和稳定性下降。在众多谐波治理方案中，有源电力滤波器(APF)是谐波补偿的高效装置。APF具有较好的动态特性和补偿性能。
[0003]为了使APF能更好发挥其治理谐波的能力，电流设计方法就成了重中之重。为了满足对非线性负载谐波补偿的要求，要求APF的补偿范围要大于25次谐波，一般设置APF补偿次数为2
‑
50次谐波。APF输出电流的跟踪目标为负载谐波电流。当负载电流含有丰富的高次谐波，各次谐波叠加时，参考电流变化率较大，要求电流控制器较快的动态响应。常见的P I控制器不能实现对目标电流的无静差跟踪。基于内模原理，重复控制可以实现对各次谐波电流的无静差跟踪，但是重复控制的动态响应较慢，增加并网电流THD，大大降低了并网电流质量。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，通过对APF控制系统的分析，给出了通用的重复控制补偿器的设计方法，此方法可以降低并网电流THD，大大改善并网电流质量。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，所述设计方法包括以下步骤：
[0006]S1、构建基于LCL型APF的电流环控制模型；
[0007]S2、对被控对象进行分析，得出谐振峰的高度和谐振频率；
[0008]S3、根据被控对象的谐振峰高度和谐振频率设计相应的陷波器，分析加入陷波器后的被控对象频域特性，设计对应的低通滤波器，低通滤波器的加入为了获得较好的高频衰减特性，如果此时被控对象具有较好的高频衰减特性，则可以不加入低通滤波器；反之，则需要加入低通滤波器；
[0009]S4、加入相位补偿环节z
k
，至此重复控制补偿器设计完成，k为正整数，k值根据实际实验效果来确定。
[0010]进一步地，所述构建基于LCL型APF的电流环控制模型包括：实际电流与给点电流做差后，经过电流控制器，电流控制器由PI与重复控制器并联组成，电流控制器的输出经过逆变器等效比例环节和LCL滤波器输出补偿电流。
[0011]进一步地，电流控制器由PI与重复控制器并联组成，电流控制器决定了APF跟踪目标电流的好坏，重复控制器的核心为补偿器。
[0012]进一步地，重复控制器的核心为补偿器，补偿器的表达式如下：
[0013]C(z)＝G
trap
(z)G
l
(z)z
k
[0014]其中G
trap
(z)为陷波器，G
l
(z)为低通滤波器，z
k
为相位补偿环节，具体步骤如下：
[0015]首先给出陷波器G
trap
(z)的设计步骤，本专利技术所采用的陷波器表达式为：
[0016][0017]其中ω
n
为陷波频率，ξ1、ξ2为陷波系数，S为拉普拉斯函数中的复数变量；
[0018]定义陷波频率为ω
n
，陷波深度为depth，陷波宽度为B
w
[0019]进一步的B
w
＝2πΔf，Δf为陷波频率宽度；
[0020]进一步的
[0021][0022]ξ2＝depthξ1[0023]陷波器设计完成。
[0024]进一步地，
[0025]所述的低通滤波器的表达式为：
[0026][0027]其中ω
c
为截至频率，取较接近控制对象谐振频率，S为拉普拉斯函数中的复数变量，ξ为阻尼比，取0.707。
[0028]进一步地，所述S4中的补偿器包括底板和下端开口的壳体，所述壳体的两端连接有若干根螺栓插接柱，所述底板和壳体的壳口之间共同连接有组装机构；
[0029]所述组装机构包括支撑框，所述支撑框固定连接在底板的上端，所述支撑框和壳体之间共同连接有散热组件，所述支撑框的外框壁上对称开设有传动槽，所述传动槽的槽底通过弹簧连接有定位块，所述壳体对应定位块的内壳壁上开设有定位槽，所述定位块远离弹簧的一端插设在定位槽内，所述定位块和底板之间共同连接有驱动件。
[0030]进一步地，所述底板的两侧对称连接有固定耳，所述固定耳开设有固定孔。
[0031]进一步地，所述驱动件包括驱动块，所述驱动块连接在定位块靠近弹簧一端位置的下端，所述底板上对应驱动块的位置开设有驱动槽，所述传动槽的槽壁和驱动槽的槽底之间共同开设有长条形的滑槽，所述驱动块远离定位块的一端穿过滑槽并向驱动槽内延伸；所述驱动块远离定位块的一端连接有驱动柄。
[0032]进一步地，位于所述支撑框内的底板上安装有电路板。
[0033]进一步地，所述散热组件包括散热板，所述散热板滑动连接在支撑框的上端，所述散热板的框壁倾斜设置，所述壳体的内壳壁上连接有框型的密封圈，所述密封圈形变活动挤压设置在散热板的外框壁上，且所述散热板上设有若干个通孔，所述支撑框上设有散热孔，且散热板与支撑框之间滑动连接，连接在电路板上的散热板由热胀冷缩材料制作，通过通孔与散热孔之间的连通实现散热。
[0034]本专利技术具有以下有益效果：
[0035](1)本专利技术提出的一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，设计步骤简单，对于使用LCL滤波器的APF而言，只需要得知控制对象的谐振尖峰和谐振频率就可以直接带入上述设计步骤，设计出满足要求的补偿器，大大改善了APF对谐波电流的跟踪。且由于加入陷波器后具有较好的高频衰减特性，故可以不加入低通滤波器，降低并网电流THD，大大改善并网电流质量。
[0036](2)本专利技术提出的一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，当补偿器出现故障时，电路板长期过电压或过电流运行、电网存在谐波时。会导致补偿器运行时温度过高，还有可能导致补偿器接线端子烧毁、鼓包等现象，影响电力系统的稳定运行，此时，散热板受热膨胀使两边的散热板向两边伸展，散热板的伸展使通孔与散热孔之间连通，及时将内部的热量排出，同时，散热板能够起到很好的散热效果，防止内部零部件进步的烧毁。在正常使用过程中通孔与散热孔错开，防止外部灰尘进入到补偿器内部。
附图说明
[0037]图1为本专利技术提出的APF的PI+重复控制的控制框图；
[0038]图2为本专利技术实施例所公开的一种采用LCL滤波的APF控制对象的伯德图；
[0039]图3为本专利技术实施例所公开的一种采用LCL滤波的APF控制对象加入补偿器后的伯德图；
[0040]图4为本专利技术实施例所公开的一种采用LCL滤波的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：S1、构建基于LCL型APF的电流环控制模型；S2、对被控对象进行分析，得出谐振峰的高度和谐振频率；S3、根据被控对象的谐振峰高度和谐振频率设计相应的陷波器，分析加入陷波器后的被控对象频域特性，设计对应的低通滤波器，低通滤波器的加入为了获得较好的高频衰减特性，如果此时被控对象具有较好的高频衰减特性，则可以不加入低通滤波器；反之，则需要加入低通滤波器；S4、加入相位补偿环节z
k
，至此重复控制补偿器设计完成，k为正整数，k值根据实际实验效果来确定。2.根据权利要求1所述的一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，其特征在于，所述构建基于LCL型APF的电流环控制模型包括：实际电流与给点电流做差后，经过电流控制器，电流控制器由PI与重复控制器并联组成，电流控制器的输出经过逆变器等效比例环节和LCL滤波器输出补偿电流。3.根据权利要求2所述的一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，其特征在于，电流控制器由PI与重复控制器并联组成，电流控制器决定了APF跟踪目标电流的好坏，重复控制器的核心为补偿器。4.根据权利要求3所述的一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法，其特征在于，重复控制器的核心为补偿器，补偿器的表达式如下：C(z)＝G
trap
(z)G
l
(z)z
k
其中G
trap
(z)为陷波器，G
l
(z)为低通滤波器，z
k
为相位补偿环节，具体步骤如下：首先给出陷波器G
trap
(z)的设计步骤，本发明所采用的陷波器表达式为：其中ω
n
为陷波频率，ξ1、ξ2为陷波系数，S为拉普拉斯函数中的复数变量；定义陷波频率为ω
n
，陷波深度为depth，陷波宽度为B
w
进一步的B
w
＝2πΔf，Δf为陷波频率宽度；进一步的ξ2＝depthξ1陷波器设计完成。5.根据权利要求4所述的一种针对LCL型APF的重复控制补偿器的设计方法其特征在于，所述的低通滤波器的表达式为：
其中ω
c
为截至频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚扬，黄海宏，王永生，魏超，唐倩，夏鹏，李寰宇，陈家锋，陈世燚，陆晓坤，石磊，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司六安供电公司，
类型：发明
国别省市：