一种复合型的四桥臂并联有源电力滤波器控制方法技术

本发明专利技术涉及一种复合型的四桥臂并联有源电力滤波器控制方法，利用空间矢量控制方法作为核心计算得到桥臂输出电压参考值的基本量；利用电流滞环控制方法作为核心计算得到桥臂输出电压参考值的调节量。有源电力滤波器桥臂参考电流与实际输出电流之间的误差较小时，电流滞环控制不起作用，保证在负载谐波含量较小时有源电力滤波器具有较高的控制精度；而误差较大时，计算得到的调节量与基本量相加，保证在负载谐波含量较大时有源电力滤波器具有较快的响应速度。该方法能提高四桥臂有源电力滤波器的自适应能力，使得四桥臂有源电力滤波器能在各种不同的谐波状况下均能对谐波电流和系统中线电流进行良好的补偿。

A composite four leg shunt active power filter control method

The invention relates to a composite type four leg shunt active power filter control method, control method as the core of the calculated amount of basic bridge output voltage reference value using the space vector; the current hysteresis control method as the core is calculated by regulating the amount of bridge output voltage reference value. The error between the reference current of active power filter arm bridge and the actual output current is small, the hysteresis current control has no effect, ensure the control precision of the load harmonic content is small active power filter has high; while the error is large, the calculated adjustment amount and basic addition, which has fast response speed in load when the large harmonic active power filter. This method can improve the adaptive ability of four leg active power filter, the four leg active power filter can make good compensation of harmonic current and neutral current system in harmonic condition are different.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有源电力滤波器的
，特别涉及一种复合型的四桥臂并联有源电力 滤波器控制方法。
技术介绍
四桥臂并联有源电力滤波器被广域应用于解决三相四线制电力系统中日益严重的谐 波和中线电流过大的问题。随着非线性负荷应用的不断增加，三相四线制电力系统中的谐 波和中线电流出现了新的特征在不同季节、不同月份、不同工作日、甚至在同一工作日的 不同时段，谐波特性的变化较大。因此对有源电力滤波器新的要求是在负载谐波含量较大 时能对谐波和中线电流进行良好的补偿，即具有快速响应性；在负载谐波含量较小时自身 输出的纹波电流较小，即具有高控制精度。综合而言即要求有源电力滤波器具有较高的自 适应能力。影响有源电力滤波器补偿快速性和控制精度的因素主要包括(1)参考电流的计 算。其计算的速度和准确性将分别影响有源电力滤波器的响应速度和控制精度。(2)有源 电力滤波器的元件参数和运行参数。主要包括桥臂输出电感值、直流侧电压等。(3)开关 控制策略。有源电力滤波器基本的开关控制方法可分为开关频率不固定的方法，如电流滞 环控制，和开关频率固定的方法，后者又可分为载波型和空间矢量型两种。在上述影响因素 中，参考电流的计算方法和有源电力滤波器的参数一般在运行过程中基本保持不变，因此 研究适用的开关控制策略以确保有源电力滤波器具有较高的自适应能力是最可行的方案。在四桥臂并联有源电力滤波器的开关控制策略中，电流滞环控制能使得桥臂输出 电流在一个开关控制周期内具有恒定的变化率，相当于存在一定的过补偿，因此其响应速 度快，适用于谐波含量较大的情况。但这种过补偿使得在谐波含量较小时补偿电流中纹波 电流也较大，控制精度变差，同时它存在开关频率不固定的缺点。载波控制和空间矢量控制 均是通过改变一个开关控制周期内开关管开通和关断时间的比例来控制输出电流，控制精 度高，开关频率固定。但由于参考值计算和电流变化时必然存在的滞后，这两种控制方式均 存在当谐波含量较大时响应速度不足的问题。为了解决上述常规开关控制策略无法兼顾高谐波含量时响应速度要求和低谐波 含量时控制精度要求的矛盾，一些研究提出了诸如基于预测技术、基于人工智能技术等的 解决方法，但均存在实现复杂的缺点而未得到广泛应用。因此，若能设计一种将电流滞环与空间矢量控制相结合的复合控制策略，充分利 用电流滞环控制响应速度快以及空间矢量控制控制精度高的优点，将能保证并联有源电力 滤波器在不同谐波状况时均具有良好的补偿性能，提高有源电力滤波器的自适应能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。该方 法使得四桥臂并联有源电力滤波器同时具有控制精度高和响应速度快的优点，能满足各种 谐波状况下谐波和中线电流补偿的要求。本专利技术的技术方案为一种复合型的四桥臂并联有源电力滤波器的控制方法，所述 四桥臂并联有源电力滤波器，包括并联在电力系统和非线性负荷之间的四桥臂有源电力滤 波器，四桥臂有源电力滤波器中的桥臂A，B, C, N接入电力系统和非线性负荷之间的节点分 别记为ii，b，C，n，四桥臂有源电力滤波器中的桥臂A，B，C分别输出电流iFb, 4，电流 iFn流入桥臂N，直流侧电容与桥臂A，B, C, N均并联；非线性负荷的电流信号包括电流iLa, iLb, iLc, iz ，非线性负荷吸收电流4，iLb, 4，输出电流4，电流4，iLb, 4为补偿前的 电力系统电流，电流iz 为中线电流；电力系统提供电压信号&3，usb, ^，电力系统的电流 信号包括电流ife，isb, iSc, 4，电力系统提供电流、，isb, 4，电流4沿中线流回电力 系统，电流乙，isb, 4为补偿后的电力系统电流，电流4为中线电流；桥臂A的上下开关 管5 ，由控制脉冲幼/7，幼/7分别控制，桥臂B的上下开关管5F&由控制脉冲 SBp, 分别控制，桥臂C的上下开关管SWcp, 由控制脉冲5场，5 分别控制，桥臂 N的上下开关管5F#P，5F#/J由控制脉冲5膠，分别控制；通过设置控制脉冲幼/7，SAn, SBp, SBn, SCp, SCn, SNp, 5M 消除谐波，并使得电力系统的中线电流乙减小为0，脉冲 设置实现方式包括以下步骤，某一开关控制周期内补偿前电力系统的畸变电流信号为电流iZ3，iLb, 4，通过电流 iLa, iLb, 4得到50Hz正序有功分量iZ3/，iLbf, ，并作为补偿后电力系统电流的目标信 号；将电流iZ3，iLb, 4减去各自50Hz正序有功分量iZ3/，iLbf, 4，得到桥臂A，B，C输出 电流的参考电流信号^&，iFb,ref, &；桥臂N输出电流的参考电流信号等于非 线性负荷的中线电流根据参考电流信号，iFb,ref, iFc,ref, 4m和四桥臂有源电力滤波器的电压电流 方程，计算得到桥臂A，B，C中点对桥臂N中点电压的参考电压信号《^6/ ，umref, Umref，然、 后计算得到桥臂A，B, C, N中点对直流侧电容中点M的参考电压信号基本量^fireil, Umrefl,uCM refl J UNM，refl ‘将桥臂A，B，C输出电流的参考电流信号 ，iFb:ref,分别减去桥臂A，B，C实际 的电流iFb, 4，得到桥臂A，B，C输出电流的误差信号iFb_err,根据误差信号 iFa, err, 1Fbr err， Uc, err计算得到桥臂A, B, C参考电压信号调节量 UAMrref2-> UBM，ref2, UCMr ref2 ‘将桥臂A，B，C的参考电压信号基本量^fireil, umrefl,和参考电压信号调节量uAMr refl， UBM，refl， UCMr refl 分别相加，得到桥臂A，B, C的参考电压信号 UAM, ref, UBM，ref, UCMf ref ；价 臂N的参考电压信号uc ’ref等于桥臂N的参考电压信号基本量Umren ；根据桥臂A，B，C，N的参考电压信号^fire/，umref, umref, 计算得到各桥臂上开 关管SWbp, SWcp, 5 ^在一开关控制周期内的开关状态转换时刻& & T0 7；，而同一桥 臂下开关管的开关状态与上开关管总是为相反状态，从而得到该开关控制周期内各开关管 SWAp, SWAn, SWbp, SWBn, SWcp, SWcn, SWjvp, 5F#/J 的相应控制脉冲幼/7，SAn, SBp, SBn, SCp, SCn, SNp, SNn。本专利技术的四桥臂并联有源电力滤波器的复合型控制方法同时具有常规电流滞环 控制响应速度快和常规空间矢量控制控制精度高的优点，能提高四桥臂并联有源电力滤波 器的自适应能力，在各种不同的谐波状况下均具有良好的谐波和中线电流补偿效果。同时 计算简单，易于硬件实现。附图说明图1是四桥臂并联有源电力滤波器的系统结构原理图； 图2是本专利技术原理图。图3是本专利技术实施例的参考电流计算原理图。图4是本专利技术实施例的桥臂N中点对直流电容中点M电压取值范围示意图。图5是本专利技术实施例的开关状态转换时刻计算公式中取负号的控制脉冲示意图。图6是本专利技术实施例的开关状态转换时刻计算公式中取正号的控制脉冲示意图。图7是电力系统补偿前的C相电流波本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种复合型的四桥臂并联有源电力滤波器控制方法，所述四桥臂并联有源电力滤波器，包括并联在电力系统和非线性负荷之间的四桥臂有源电力滤波器，四桥臂有源电力滤波器中的桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ接入电力系统和非线性负荷之间的节点分别记为ａ，ｂ，ｃ，ｎ，四桥臂有源电力滤波器中的桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ分别输出电流ｉＦａ，　ｉＦｂ，　ｉＦｃ，电流ｉＦｎ流入桥臂Ｎ，直流侧电容与桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ均并联；非线性负荷的电流信号包括电流ｉＬａ，　ｉＬｂ，　ｉＬｃ，　ｉＬｎ，非线性负荷吸收电流ｉＬａ，　ｉＬｂ，ｉＬｃ，输出电流ｉＬｎ，电流ｉＬａ，　ｉＬｂ，　ｉＬｃ为补偿前的电力系统电流，电流ｉＬｎ为中线电流；电力系统提供电压信号ｕＳａ，　ｕＳｂ，　ｕＳｃ，电力系统的电流信号包括电流ｉＳａ，　ｉＳｂ，　ｉＳｃ，　ｉＳｎ，电力系统提供电流ｉＳａ，　ｉＳｂ，　ｉＳｃ，电流ｉＳｎ沿中线流回电力系统，电流ｉＳａ，　ｉＳｂ，　ｉＳｃ为补偿后的电力系统电流，电流ｉＳｎ为中线电流；桥臂Ａ的上下开关管　ＳＷＡｐ，　ＳＷＡｎ由控制脉冲ＳＡｐ，　ＳＡｎ分别控制，桥臂Ｂ的上下开关管ＳＷＢｐ，　ＳＷＢｎ由控制脉冲ＳＢｐ，　ＳＢｎ分别控制，桥臂Ｃ的上下开关管　ＳＷＣｐ，　ＳＷＣｎ由控制脉冲ＳＣｐ，　ＳＣｎ分别控制，桥臂Ｎ的上下开关管ＳＷＮｐ，　ＳＷＮｎ由控制脉冲ＳＮｐ，　ＳＮｎ分别控制；其特征在于：通过设置控制脉冲ＳＡｐ，　ＳＡｎ，　ＳＢｐ，ＳＢｎ，　ＳＣｐ，　ＳＣｎ，　ＳＮｐ，　ＳＮｎ消除谐波，并使得电力系统的中线电流ｉＳｎ减小为０，脉冲设置实现方式包括以下步骤，某一开关控制周期内补偿前电力系统的畸变电流信号为电流ｉＬａ，　ｉＬｂ，　ｉＬｃ，通过电流ｉＬａ，　ｉＬｂ，　ｉＬｃ得到５０Ｈｚ正序有功分量ｉＬａｆ，　ｉＬｂｆ，　ｉＬｃｆ，并作为补偿后电力系统电流的目标信号；将电流ｉＬａ，　ｉＬｂ，　ｉＬｃ减去各自５０Ｈｚ正序有功分量ｉＬａｆ，　ｉＬｂｆ，　ｉＬｃ，得到桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ输出电流的参考电流信号ｉＦａ，ｒｅｆ，　ｉＦｂ，ｒｅｆ，　ｉＦｃ，ｒｅｆ；桥臂Ｎ输出电流的参考电流信号ｉＦｎ，ｒｅｆ等于非线性负荷的中线电流ｉＬｎ；根据参考电流信号ｉＦａ，ｒｅｆ，　ｉＦｂ，ｒｅｆ，　ｉＦｃ，ｒｅｆ，　ｉＦｎ，ｒｅｆ和四桥臂有源电力滤波器的电压电流方程，计算得到桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ中点对桥臂Ｎ中点电压的参考电压信号ｕＡＮ，ｒｅｆ，　ｕＢＮ，ｒｅｆ，　ｕＣＮ，ｒｅｆ，然后计算得到桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ中点对直流侧电容中点Ｍ的参考电压信号基本量ｕＡＭ，ｒｅｆ１，　ｕＢＭ，ｒｅｆ１，　ｕＣＭ，ｒｅｆ１，　ｕＮＭ，ｒｅｆ１；将桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ输出电流的参考电流信号ｉＦａ，ｒｅｆ，　ｉＦｂ，ｒｅｆ，　ｉＦｃ，ｒｅｆ分别减去桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ实际的电流ｉＦａ，　ｉＦｂ，　ｉＦｃ，得到桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ输出电流的误差信号ｉＦａ，ｅｒｒ，　ｉＦｂ，ｅｒｒ，　ｉＦｃ，ｅｒｒ；根据误差信号ｉＦａ，ｅｒｒ，　ｉＦｂ，ｅｒｒ，　ｉＦｃ，ｅｒｒ计算得到桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ参考电压信号调节量ｕＡＭ，ｒｅｆ２，　ｕＢＭ，ｒｅｆ２，　ｕＣＭ，ｒｅｆ２；将桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ的参考电压信号基本量ｕＡＭ，ｒｅｆ１，　ｕＢＭ，ｒｅｆ１，　ｕＣＭ，ｒｅｆ１和参考电压信号调节量ｕＡＭ，ｒｅｆ２，　ｕＢＭ，ｒｅｆ２，　ｕＣＭ，ｒｅｆ２分别相加，得到桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ的参考电压信号ｕＡＭ，ｒｅｆ，　ｕＢＭ，ｒｅｆ，　ｕＣＭ，ｒｅｆ；桥臂Ｎ的参考电压信号ｕＣＭ，ｒｅｆ等于桥臂Ｎ的参考电压信号基本量ｕＣＭ，ｒｅｆ１；根据桥臂Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｎ的参考电压信号ｕＡＭ，ｒｅｆ，　ｕＢＭ，ｒｅｆ，　ｕＣＭ，ｒｅｆ，　ｕＮＭ，ｒｅｆ计算得到各桥臂上开关管ＳＷＡｐ，　ＳＷＢｐ，　ＳＷＣｐ，　ＳＷＮｐ在一开关控制周期内的开关状态转换时刻ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ，ＴＮ，而同一桥臂下开关管的开关状态与上开关管总是为相反状态，从而得到该开关控制周期内各开关管ＳＷＡｐ，　ＳＷＡｎ，　ＳＷＢｐ，　ＳＷＢｎ，　ＳＷＣｐ，　ＳＷＣｎ，　ＳＷＮｐ，　ＳＷＮｎ的相应控制脉冲ＳＡｐ，　ＳＡｎ，　ＳＢｐ，　ＳＢｎ，　ＳＣｐ，　ＳＣｎ，　ＳＮｐ，　ＳＮｎ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乐健，刘开培，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83