有源电力滤波器的并网控制方法、装置和电子设备与流程

[0001]
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及有源电力滤波器的并网控制方法、装置和电子设备。


背景技术：

[0002]
传统有源电力滤波器在发第一个驱动的时候，会产生非常大的冲击电流，严重时可能触发过流保护，导致整体故障。产生该问题的根本原因是第一个驱动不可控，并非环路计算出来的占空比。已有的解决方案，从原理上区分有两种：
[0003]
一种是提高开关频率。该种方案仍然会有冲击电流，但是因为开关频率够高，环路响应快，所以不会触发过流保护，不影响整机运行。但是，提高开关频率，会增加功率损耗，绝缘栅双极型晶体管((insulated gate bipolar transistor，igbt)发热增大，为了保证有源电力滤波器可以在额定功率下运行，igbt的散热需要增加额外的成本。
[0004]
另一种是将过流保护阈值放大，等待电流尖峰过去，系统即可正常运行。该方案可以解决冲击电流的问题，但是有源电力滤波器在正常运行时，较大的过流保护阈值为系统增加了风险。


技术实现要素：

[0005]
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的有源电力滤波器的并网控制方法、装置和电子设备。
[0006]
依据本申请的一个方面，提供了一种有源电力滤波器的并网控制方法，所述方法包括：
[0007]
获取目标电网的相电压值；
[0008]
根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比；
[0009]
根据所述初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号。
[0010]
可选地，所述根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比包括：
[0011]
在外部中断中将所述开关管的初始占空比赋值为所述相电压值。
[0012]
可选地，所述方法还包括：
[0013]
在将开关管的初始占空比赋值为所述相电压值之前，将有源电力滤波器母线电压环的输出清零。
[0014]
可选地，所述方法是在驱动使能之前执行的。
[0015]
可选地，所述方法还包括：
[0016]
读取驱动使能标志位，若驱动使能标志位为否，则执行根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比的步骤；
[0017]
在根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比之后，将驱动使
能标志位设置为是。
[0018]
可选地，所述方法还包括：
[0019]
在驱动使能之后，对有源电力滤波器母线电压环输出进行软启动，以及对有源电力滤波器电流环输出进行软启动。
[0020]
可选地，所述方法还包括：
[0021]
根据母线电压环和电流环的输出重新确定所述有源电力滤波器中开关管的占空比，以生成相应的开关管驱动信号。
[0022]
依据本申请的另一方面，提供了一种有源电力滤波器的并网控制装置，所述装置包括：
[0023]
相电压值获取单元，用于获取目标电网的相电压值；
[0024]
初始占空比确定单元，用于根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比；
[0025]
驱动信号生成单元，用于根据所述初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号。
[0026]
依据本申请的又一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如上述任一项所述的方法。
[0027]
由上述可知，本申请的技术方案，通过获取目标电网的相电压值，根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比，根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号，避免有源电力滤波器在发出首个开关管驱动信号时产生冲击电流，提升了系统整体的稳定性，且本申请的技术方案容易实现，不需要增加额外的成本。
[0028]
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
[0029]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0030]
图1示出了一种基于三相星形h桥拓扑的有源电力滤波器的结构示意图；
[0031]
图2示出了根据本申请一个实施例的一种有源电力滤波器的并网控制方法的流程示意图；
[0032]
图3示出了根据本申请一个实施例的一种占空比计算方法的流程示意图；
[0033]
图4示出了根据本申请一个实施例的另一种有源电力滤波器的并网控制方法的流程示意图；
[0034]
图5示出了根据本申请一个实施例的一种有源电力滤波器的并网控制装置的结构示意图；
[0035]
图6示出了根据本申请一个实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0036]
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0037]
图1示出了一种基于三相星形h桥拓扑的有源电力滤波器的结构示意图。如图1所示，当有源电力滤波器并网且驱动使能时，有源电力滤波器桥臂侧电压与电网侧电压的压差会在电感上产生电流，如果该压差在短时间内变化太大，则会产生冲击电流。桥臂侧电压由开关管的占空比决定，传统软件算法的初始占空比一般赋值为0，而对于三相星形h桥拓扑，同一桥臂上、下管必须保证互补状态，如果初始占空比赋值为0，首个开关管驱动瞬间，总有两个开关管误导通，导致产生冲击电流，影响系统稳定。
[0038]
为了解决上述问题，本申请提出了一种有源电力滤波器的并网控制方法，该方法可以在控制算法中实现。具体地，本申请的技术方案，通过获取目标电网的相电压值，根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比，根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号，避免了传统软件算法因将初始占空比赋值为0导致产生冲击电流，提升了系统整体的稳定性。
[0039]
需要说明的是，该实施例只是以基于三相星形h桥拓扑的有源电力滤波器进行举例说明，并不是对本申请技术方案的限制。本申请的技术方案还适用于三相全桥、三相角形h桥、t型三电平、i型三电平等多种拓扑结构。
[0040]
图2示出了根据本申请一个实施例的一种有源电力滤波器的并网控制方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：
[0041]
步骤s210，获取目标电网的相电压值。
[0042]
本实施例中，在有源电力滤波器驱动使能之前，获取目标电网的相电压值。其中，目标电网的相电压值为有源电力滤波器驱动使能之前，电网侧的相电压。而电网侧的电压值一般是实时变化的，通常获取的是某一时刻的电压瞬时值。例如，有源电力滤波器是三相h桥星形拓扑有源电力滤波器，则在该有源电力滤波器驱动使能之前，获取三相电网在该时刻的相电压瞬时值。
[0043]
步骤s220，根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比。
[0044]
本实施例中，在有源电力滤波器驱动使能之前，将获取的目标电网的相电压值赋值给有源电力滤波器中开关管的初始占空比，使有源电力滤波器桥臂侧电压跟踪电网电压，桥臂侧电压与电网电压的压差接近于零，避免产生冲击电流。
[0045]
步骤s230，根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号。
[0046]
本实施例中，将初始占空比赋值为目标电网的相电压值后，有源电力滤波器向目标电网并网并发出首个开关管驱动信号，保证有源电力滤波器输出电压与电网电压同频同相，维持系统的稳定性。
[0047]
综上所述，本申请的技术方案，根据获取的目标电网的相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比，根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号，使有源电力滤波器桥臂侧电压跟踪电网电压，桥臂侧电压与
电网电压的压差接近于零，避免产生冲击电流，保证有源电力滤波器输出电压与电网电压同频同相，维持系统的稳定性。
[0048]
在本发明的一个实施例中，上述方法中，根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比包括：
[0049]
在外部中断中将开关管的初始占空比赋值为相电压值。
[0050]
本实施例中，在外部中断中将开关管的初始占空比赋值为相电压值，该外部中断的执行周期用户可根据实际情况进行设定。优选地，将该外部中断的执行周期设置为50us。
[0051]
在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：
[0052]
在将开关管的初始占空比赋值为相电压值之前，将有源电力滤波器母线电压环的输出清零。
[0053]
本实施例中，在一个执行周期结束后，母线电压环中保留有上一个执行周期的电压值。在下一个执行周期开始时，在将开关管的初始占空比赋值为相电压值之前，将有源电力滤波器母线电压环的输出清零，防止并网时产生较大的占空比。
[0054]
在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：
[0055]
读取驱动使能标志位，若驱动使能标志位为否，则执行根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比的步骤；
[0056]
在根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比之后，将驱动使能标志位设置为是。
[0057]
本实施例中，在主函数中设置周期为1ms的任务，在该1ms任务中读取驱动使能标志位，并进行判断。若驱动使能标志位为否，则说明有源电力滤波器未驱动使能，则执行根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比的步骤，在根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比之后，将驱动使能标志位设置为是。若驱动使能标志位为是，则说明已经根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比，且有源电力滤波器已经并网且驱动使能，则执行软启动的步骤。
[0058]
需要说明的是，本申请实施例中，优选地，在主函数中设置周期为1ms的任务，用户也可根据实际情况设定任务周期，但是该任务周期要大于外部中断的执行周期。
[0059]
在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：
[0060]
在驱动使能之后，对有源电力滤波器母线电压环输出进行软启动，以及对有源电力滤波器电流环进行输出软启动。
[0061]
本实施例中，在驱动使能之后，对有源电力滤波器母线电压环输出进行软启动，在对有源电力滤波器母线电压环输出进行软启动后，再对有源电力滤波器电流环输出进行软启动。用户可以采用外加电源法和外加软启动电阻法等现有的软启动方法，对有源电力滤波器母线电压环输出以及有源电力滤波器电流环输出进行软启动，使有源电力滤波器母线电压环和有源电力滤波器电流环平滑的启动运行，防止产生冲击电流，维持系统稳定运行。
[0062]
在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：
[0063]
根据母线电压环和电流环的输出重新确定所述有源电力滤波器中开关管的占空比，以生成相应的开关管驱动信号。
[0064]
本实施例中，从第二个开关管驱动信号开始，根据母线电压环和电流环的输出重新确定有源电力滤波器中开关管的占空比，并以此生成相应的开关管驱动信号。优选地，本
实施例中的开关管采用igbt。
[0065]
图3示出了根据本申请一个实施例的一种占空比计算方法的流程示意图。如图3所示，i_dref表示电流给定值；i
d
表示电感电流在dq坐标系下的d轴分量；i
q
表示电感电流在dq坐标系下的q轴分量；u
dc
表示母线电压采样值；tpwm表示igbt开关周期；l1表示有源电力滤波器输出滤波电感；l2表示电网等效电感。
[0066]
将电流给定值i_dref与电流反馈值i
d
做差，经过pi控制器g
pi
(s)，与电网电压前馈u
gd
、解耦项“iq*2*3.14*50”相加，最后除以母线电压，得出占空比。
[0067]
图4示出了根据本申请一个实施例的另一种有源电力滤波器的并网控制方法的流程示意图。如图4所示，该方法在控制算法中实现，该方法包括：
[0068]
步骤s410，判断系统是否进入并网状态且驱动使能。
[0069]
本实施例中，在主函数中设置周期为1ms的任务，在该1ms任务中读取驱动使能标志位，并判断该驱动使能标志位的赋值是0还是1，如果该驱动使能标志位的赋值是0，则系统未进入并网状态也未驱动使能，执行步骤s420；如果该驱动使能标志位的赋值是1，则系统已经进入并网状态且已经驱动使能，执行步骤s440。
[0070]
步骤s420，判断母线电压环输出是否清零，如果判断为是，则母线电压环输出已经清零，执行步骤s430；如果判断为否，则母线电压环输出未清零，将母线电压环输出清零后，执行步骤s430。
[0071]
步骤s430，获取目标电网的相电压值，根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比，根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号，使有源电力滤波器进入并网状态且驱动使能。
[0072]
本实施例中，在外部中断中将开关管的初始占空比赋值为相电压值，将该外部中断的执行周期设置为50us。
[0073]
外部中断是单片机实时地处理外部事件的一种内部机制。当某种外部事件发生时，单片机的中断系统将迫使cpu暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理；中断处理完毕后.又返回被中断的程序处，继续执行下去。
[0074]
本实施例中，在外部中断中将开关管的初始占空比赋值为相电压值，可以使初始占空比赋值程序与驱动使能标志位判断程序同时并行运行，提高处理效率。
[0075]
步骤s440，判断有源电力滤波器母线电压环输出是否进行了软启动，若判断为是，则执行步骤s450；若判断为否，则对母线电压环输出进行软启动后，执行步骤s450。
[0076]
步骤s450，有源电力滤波器电流环输出进行软启动。
[0077]
图5示出了根据本申请一个实施例的一种有源电力滤波器的并网控制装置的结构示意图。如图5所示，该有源电力滤波器的并网控制装置500包括：
[0078]
相电压值获取单元510，用于获取目标电网的相电压值。
[0079]
初始占空比确定单元520，用于根据相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比。
[0080]
驱动信号生成单元530，用于根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号。
[0081]
在本发明的一个实施例中，上述装置中，初始占空比确定单元520，用于在外部中断中将开关管的初始占空比赋值为相电压值。
[0082]
在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：
[0083]
母线电压环输出清零单元，用于在将开关管的初始占空比赋值为相电压值之前，将有源电力滤波器母线电压环的输出清零。
[0084]
在本发明的一个实施例中，上述装置中，相电压值获取单元510、初始占空比确定单元520以及初始占空比确定单元520是在驱动使能之前执行的。
[0085]
在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：
[0086]
驱动使能标志位判断单元，用于读取驱动使能标志位，若驱动使能标志位为否，则执行根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比的步骤；在根据所述相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比之后，将驱动使能标志位设置为是。
[0087]
在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：
[0088]
软启动单元，用于在驱动使能之后，对有源电力滤波器母线电压环输出进行软启动，以及对有源电力滤波器电流环输出进行软启动。
[0089]
在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：
[0090]
占空比计算单元，用于根据母线电压环和电流环的输出重新确定有源电力滤波器中开关管的占空比，以生成相应的开关管驱动信号。
[0091]
需要说明的是，上述各装置实施例的具体实施方式可以参照前述对应方法实施例的具体实施方式进行，在此不再赘述。
[0092]
综上所述，本申请的技术方案，根据获取的目标电网的相电压值确定有源电力滤波器中开关管的初始占空比，根据初始占空比生成有源电力滤波器向目标电网并网过程中发出的首个开关管驱动信号，使有源电力滤波器桥臂侧电压跟踪电网电压，桥臂侧电压与电网电压的压差接近于零，避免产生冲击电流，保证有源电力滤波器输出电压与电网电压同频同相，维持系统的稳定性；将有源电力滤波器母线电压环的输出清零，防止下次并网时产生较大的占空比；在驱动使能之后，对有源电力滤波器母线电压环以及有源电力滤波器电流环进行软启动，使有源电力滤波器母线电压环和电流环平滑的启动运行，防止产生冲击电流，进一步维持系统稳定运行。并且，本申请的技术方案容易实现，不需要额外的成本，节约了硬件成本。
[0093]
需要说明的是：
[0094]
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
[0095]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0096]
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面
的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
[0097]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0098]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0099]
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本申请实施例的有源电力滤波器的并网控制装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0100]
例如，图6示出了根据本申请一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备600包括处理器610和被安排成存储计算机可执行指令(计算机可读程序代码)的存储器620。存储器620可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。存储器620具有存储用于执行上述方法中的任何方法步骤的计算机可读程序代码631的存储空间630。例如，用于存储计算机可读程序代码的存储空间630可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个计算机可读程序代码631。计算机可读程序代码631可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(cd)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。
[0101]
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。