专利名称：电压不平衡下三相四开关并联型apf控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电压不平衡下三相四开关并联型APF控制方法。
背景技术：
随着智能电网技术的发展，光伏发电、风力发电等可再生能源比例的增加，大量中大功率电力电子装置及非线性设备大量应用，由此产生的谐波和无功问题日益严重，有源滤波器(APF)是解决电网谐波和无功功率补偿等电能质量问题的有效设备。
目前APF应用研究多是针对三相六开关拓扑展开，相比之下，三相四开关APF结构简单，器件成本和开关损耗显著降低，散热要求和装置体积也进一步减小；再者由于三相四开关与三相六开关拓扑间的特定内在关系，若三相六开关APF出现一相桥臂故障，可通过容错控制，切换至三相四开关APF模式，维持系统正常工作。研究三相四开关APF的特殊工作规律，对中低压领域发展经济型APF有着积极的意义。目前国内外对三相四开关逆变器应用于APF进行了相应的研究，多集中在谐波和无功的检测和新型控制方法上，如基于同步参考坐标的dq法，基于瞬时无功功率理论的pq法、ip-iq法，以及pq与ip_iq结合的方法等，这些方法都存在一定的局限性，如准确性不高、算法复杂，难以满足实时性要求，且很多方法都是以电网电压平衡为前提，未考虑电压不平衡情况及短时故障情况下，APF参考值生成方法。以直流侧电压信息的三相四开关APF指令电流确定方法，但该方法需要首先对故障电流进行分类判断，还需要采用专门的方法检测正序基波电压相角信息，计算较为为繁琐，缺乏通用性。在a ^坐标系下的三相四开关电机驱动装置中点电压平衡机理，需经Clark变换和SVPWM控制，实现较为复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种电压不平衡下三相四开关并联型APF控制方法，它具有使用传感器少、适合多种不平衡情况的优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案I. 一种电压不平衡下三相四开关并联型APF控制方法，其特征是，它的步骤为步骤一建立三相四开关APF典型拓扑，通过A相相邻的线电压矢量Uab和Uca的关系，确定同步信号Usyn J/): ^产二*(诚+丸)Ja为A相电压，CO为角频率，为相角差
*" f步骤二 在同步信号离散化的基础上，借助下式计算A相相对同步信号的相角差cK: H其中，t为米_ 刻，W1为第k+H欠米_
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亥ij，k为采样序列。
步骤三按照前述方法，求取B相相对其同步信号的相角差(K ；步骤四根据APF补偿容量确定APF补偿电流幅值Im和相对同步信号的相角差确定电流参考值iaref = Imsin(wt-<j5a)ibref = ImSin (cot-2 /3-O，其中，iaref, itof 分别为 A 相和 B 相电流参考值；步骤五在获取电流参考值的基础上，检测APF直流母线电容电压差值，作为反馈补偿引入电流参考值ix = ixref_k (Ucl-Uc2)/2，x = a, b, ixref 为 A 相或 B 相电流参考值，Ucl 和 Uc2 是直流母线分裂电容上电压值。从而消弱由直流母线分裂电容电压差值引起的不平衡对对APF补偿性能的影响；步骤六使用电流跟踪性PWM控制策略控制APF两相，第三相自然受控，完成对系统谐波源的补偿，最终使得电源电压与电流波形一致。本发明的有益效果I三相四开关APF拓扑简单，器件成本和开关损耗显著降低，且可以作为传统三相六开关APF的容错备份，在低电压领域有着良好的应用前景。2.直流母线中点不平衡引起的偏差最终引起三相输出电流的畸变，通过本文提出的直流母线中点电压差值前馈补偿算法，可有效抑制直流母线中点电位不平衡对输出性能的影响。3.以将非线性负载补偿为等效线性电阻为目标，以矢量分析为基础，提出在现有信号检测基础上，采用合成法生成APF控制电流参考值的方法。具有原理清晰、所需传感器数目少、适用于多种电压不平衡情况的优点。
图I为三相四开关APF基本电路拓扑；图2为直流母线电容电压差值前馈补偿控制流程图；图3为电压不平衡时参考值合成矢量图；图4为电压不平衡情况三相四开关APF电流参考值生成方法原理；图5为电压不平衡情况三相四开关APF电流参考值生成方法流程；图6为补偿后的电源电流和直流母线中点电压差波形；图7为电容参数差异引起的输出不平衡的电压波形；图8为电压前馈补偿效果波形图9为电源A相跌落60 %的波形；图10为电源A、B相跌落60%的波形。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图1，一种三相四开关并联型APF基本电路拓扑结构。它由四个功率开关管和四个二极管组成一个整流桥，其中四个二极管分别并联在四个开关功率管上，整流桥的两个输入端A和B分别通过一个电阻和一个滤波电感与电压源连接，两个电容组成的支路和电源ud。支路分别并联在整流桥的输出端上，两个电容的连接点C通过一个电阻和一个滤波电感与电压源连接。所述三相四开关拓扑，以电感电流和电容电压作为状态变量，以电网相电压作为输入变量，可以得到如下基本模型
权利要求
1.一种电压不平衡下三相四开关并联型APF控制方法，其特征是，它的步骤为步骤一建立三相四开关APF典型拓扑，通过A相相邻的线电压矢量Uab和Uca的关系，确定同步信号Usyn
全文摘要
本发明涉及一种电压不平衡下三相四开关并联型APF控制方法，它的步骤为步骤一建立三相四开关APF典型拓扑，确定同步信号Usyn步骤二在同步信号离散化的基础上，借助下式计算A相相对同步信号的相角差φa步骤三按照前述方法，求取B相相对其同步信号的相角差φb；步骤四根据APF补偿容量确定APF补偿电流幅值Im和相对同步信号的相角差确定电流参考值步骤五在获取电流参考值的基础上，检测APF直流母线电容电压差值，作为反馈补偿引入电流参考值，从而消弱由直流母线分裂电容电压差值引起的不平衡对对APF补偿性能的影响；步骤六使用电流跟踪性PWM控制策略控制APF两相，第三相自然受控，完成对系统谐波源的补偿，最终使得电源电压与电流波形一致。
文档编号H02J3/01GK102684196SQ20121016533
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者于春辉, 庞月龙, 张丽娜, 张黎, 李庆民, 王冠, 谭兴国, 赵彤, 邹亮 申请人:山东大学