一种三相并联型有源电力滤波器电流补偿的制作方法

本发明涉及一种三相并联型有源电力滤波器，尤其涉及一种三相并联型有源电力滤波器电流补偿。

背景技术：

电力电子装置和非线性负载的普遍使用，谐波电流和无功电流大量注入电网，严重威胁电网和电气设备的安全运行与正常使用。目前，抑制谐波的主要方法有无源滤波器(passive power filter，PPF)、有源滤波器(active power filter, APF)和混合型滤波器(hybrid active power filter, HAPF)。

有源电力滤波器(APF)是动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，和无源滤波器相比有更好的补偿特性，是一种理想的补偿谐波装置。对于电压源型有源电力滤波器，其补偿电流的跟踪控制主要有三角载波线性控制、滞环比较控制及无差拍控制。另外一些新的控制如：模型参考自适应控制，滑模变结构控制，模糊控制，以及神经网络控制等也逐渐进入电力电子系统的控制领域。其中三角载波线性控制法是对参考电流和反馈信号进行比较获得电流误差，然后通过PI控制器对该误差进行调节。该方法相对简单、易于数字实现及固定的开关频率，有利于输出滤波器设计。一般来说当系统开关频率高时具有较好的控制特性。PI电流控制器在同步旋转坐标系中针对双环控制结构的CVCF逆变电源和高频PWM整流器是一种有效的方式，因为在同步旋转坐标系下基波信号转换为直流信号对于PI控制器而言，输入直流信号时其带宽是无限的。但是对于有源电力滤波器而言，其参考和反馈电流有很多次谐波叠加而成。

技术实现要素：

为了克服控制方法中的稳态精度和动态响应速度慢的难题，本发明提出一种三相并联型有源电力滤波器电流补偿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提出了基于PI控制和重复控制并联的电流控制器结构。利用PI控制的快速性保证有源电力滤波器的动态性能，利用重复控制无静差跟踪来提高有源滤波的稳态性能。

一种三相并联型有源电力滤波器电流补偿包括并联型有源电力滤波器系统、重复控制器和复合控制三个部分。

所述并联型有源电力滤波器系统采用PWM电压源型变换器，能够实现控制电流的全补偿。

所述重复控制器包括滤波器和补偿器，能够降低系统电流的畸变率。

所述复合控制将重复控制与PI调节器并联使用，能够同时兼顾系统的动态性能和稳态性能。

本发明的有益效果是：在同步旋转坐标系下提出的电流控制策略即基于PI 控制和重复控制并联结构的电流补偿方法，利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度，PI 控制保证有源电力滤波器的动态性能。本发明的控制方式也可以扩展到其它电力电子设备领域如高频PWM 双向整流器和静态无功补偿器等。

附图说明

图1为并联型有源电力滤波器图。

图2为重复控制器图。

图3为复合控制图。

具体实施方式

图1中，主电路采用PWM 电压源型变换器，实际上和高频双向整流器一样，为了实现控制电流的全补偿，直流侧电压要高于网侧线电压的峰峰值，属于boost 型拓扑结构。逆变器开关器件采用自带驱动的IGBT模块。补偿对象为RL 三相不控整流性负载。u_sa, u_sb和u_sc为电网电压；u_ra,u_rb和u_rc为PWM输出电压；i_ca,i_cb和i_cc为补偿电流。

图2中，Q（z）是一个滤波器结构，它与z^-N一起构成重复控制器的内模部分，Q（z）为一低通滤波器，避免因“纯积分”带来的位于单位圆圆周上的N个开环极点，使开环系统不会呈现临界振荡状态。前向通道上串接的周期延迟环节z^-N使控制动作延迟一个基波周期进行，即：本周期检测到的误差信息在下一周期才开始影响控制量。由于已经假定指令和扰动都是重复性的，故这样做将使系统下一周期的控制作用具有一定超前性。补偿器S（z）是针对对象P（z）的特性而设置的，在获知了上一周期的误差信息后，到了下一周期给出合适的控制量。

图3中，由于PI调节器是基于开关周期的调节，而重复控制器是基于基波周期的调节，响应速度不同，因此两层控制器在时间上是解耦的。PI 控制器及重复控制器并联作用在控制系统的前向通道中，共同对系统的输出产生影响。当系统处于稳态运行状态时，系统的跟踪误差小，PI 控制器的控制作用很小，基本不对系统产生影响，这时系统运行所需的控制作用大多由重复控制提供。当系统出现大的扰动时，如系统负载突变，其跟踪误差突然变大，重复控制器由于有一个参考周期的延时，其输出不发生变化，但PI控制器却感受到跟踪误差的突变并立即产生调节作用。这样在一个周期中虽然输出波形的质量得不到很好的保证，但输出电压不至于发生突变。一个周期过后重复控制器产生的调节作用使跟踪误差减小。随着跟踪误差减小，PI调节器的控制作用逐渐减弱，直至系统达到新的稳定运行状态。