一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有源电力滤波器电压控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种有源电 力滤波器直流侧电压的动态控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着大容量非线性负载的大量使用，谐波对公共电网的危害日益严重，为 了解决这个问题，并联型有源电力滤波器广泛应用于电网来补偿负载的谐波和无功电流。
[0003] 在有源电力滤波器的应用中，控制直流母线电压工作在线性调制区域是很有必要 的。在传统的有源电力滤波器中，通过考虑直流母线电压，直流侧电容值和额定电流值，将 直流侧电压指令值保持恒定。然而，更高的直流母线电压，就需要更大的直流侧电容值，也 会带来更大的损耗。
[0004] 有源电力滤波器的功率损耗和许多因素有关，在这些因素当中，开关损耗是最主 要的，并且开关损耗和直流母线电压成正比，为了减少功率损耗，同时保持补偿能力，一种 下垂控制策略用来调节直流母线电压指令值。然而，这种控制策略仅仅考虑了电网电压的 波动，并没有考虑负载的变化，因为在一个真实的电力系统中，负载的变化远比电网电压的 变化频繁和剧烈。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有源电力滤波器直流侧电压的 动态控制方法，能够在电网电压波动和负载变化时改变直流侧母线电压给定值，从而在保 证有源电力滤波器补偿能力的同时，尽可能地减少功率损耗。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法， 其特征在于，包括以下步骤：
[0007] (1.1)、？1^锁相环模块根据电网电压118!￡(1 = &，13，(3)获取到电网电压的相位角0 和角频率
[0008] a2)、采集有源电力滤波器输出补偿电流信号iex(x=a、b、c)，再将补偿电流信 号U通过abc-dqO模块变换为dqO坐标下的补偿电流信号i_L，iw
[0009] (1. 3)、谐波电流检测模块根据电网电压角频率％，分别对三相负载电流L进行 离散傅里叶变换（DFT)得到三相谐波电流i_、i^、
[0010] (1.4)、计算直流侧电压指令信号t/Lw，再将指令信号与直流母线电压ud。 的差值输入到PI控制器，经PI控制后得到有功电流指令idc;q;
[0011] (1. 5)、计算中性线电流给定值idcQ
[0012] 直流电压控制模块先从三电平VSC的直流侧分别获取正母线到中点N的电压U(kl， 以及中点N到负母线的电压udc;2，再将电压udc;1、电压udc;2的差值进行PI控制，得到中性线电 流给定值
[0013] (1. 6)、电流控制模块计算电流指令信号Aid、Aiq、AiQ
[0014] 1)、计算电流Aid:将三相谐波电流与补偿电流信号i作差，gpAid= iLhdled;
[0015] 2)、计算电流A&将三相谐波电流i_与补偿电流信号ieq、有功电流指令idw^ 续作差，即Ai<j=i
[0016]3)、计算电流Aiy将中性线电流给定值i^与三相谐波电流i_求和再与补偿电 流信号ic。作差，即Ai。=idcci+iMric。；
[0017](1. 7)、电流环控制模块将上述得到的电流指令信号Aid、Aiq、AL变为电压指 令信号UpU^Ud，abc-dqO模块将电压指令信号变换为abc坐标下的电压信号ux(x=a、b、 c)，再与三相电网电压ugx相加，得到调制信号uix(x=a、b、c);
[0018](1. 8)、SPWM模块根据步骤（1. 7)所述的调制信号uix得到对应的开关控制信号， 再用该开关控制信号来控制三电平VSI的各个IGBT的开通关断，完成有源电力滤波器直流 侧电压的动态控制。
[0019] 本发明的发明目的是这样实现的：
[0020] 本发明一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法，该方法根据电网电压和 负载电流大小实时计算改变直流母线电压指令大小，具体包括以下步骤：（1)采集三相APF 输出补偿电流信号；（2)计算直流电压指令信号，经PI控制得到有功电流指令；（3)计算电 流指令信号；(4)电流指令信号经电流环控制，得到电压指令信号，最后得到调制信号；（5) 通过调制信号产生PWM信号，控制IGBT开断，完成有源电力滤波器直流侧电压的动态控制。 本发明方法能够在电网电压波动或负载变化下改变直流母线电压指令值，从而实现直流母 线电压的动态调节。
[0021] 同时，本发明有源电力滤波器直流侧电压动态控制方法还具有以下有益效果：
[0022] (1)、通过直流侧电压的动态调节，实现轻载和系统欠压情况下，有源电力滤波器 效率优化。
[0023] (2)算法在数字处理器上，通过C语言编程实现，实施简单。
【附图说明】
[0024] 图1是一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法的原理框图；
[0025] 图2是图1所示直流侧电压指令信号的原理框图；
[0026] 图3是负载从100%突变到65%时，有源电力滤波器的指标变化波形图；
[0027] 图4是负载从65%突变到80%时，有源电力滤波器的各指标变化波形图；
[0028] 图5是负载从100%突变到80%时，有源电力滤波器的各指标变化波形图；
[0029] 图6是负载从100%突变到115%时，有源电力滤波器的各指标变化波形图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0031] 实施例
[0032]图1是一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法的原理框图。
[0033] 在本实施例中，如图1所示，本发明一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制 方法，包括以下步骤：
[0034] S1、PLL锁相环模块根据电网电压ugx(x=a，b，c)获取到电网电压的相位角0和 角频率
[0035] S2、采集有源电力滤波器输出补偿电流信号icx(x=a、b、c)，再将补偿电流信号icx 通过abc-dqO模块变换为dqO坐标下的补偿电流信号iq,L，i。。；
[0036] S3、谐波电流检测模块根据电网电压角频率，分别对三相负载电流L进行离 散傅里叶变换OFT)得到三相谐波电流i_、i^、
[0037]S4、计算直流侧电压指令信号，再将指令信号％_;与直流母线电压UJ勺差 值输入到PI控制器，经PI控制后得到有功电流指令idc;q;
[0038] 在本实施例中，如图2所示，计算直流侧电压指令信号的方法为：
[0039] S4. 1、在一个电网基波周期内，设最后一个控制周期的直流母线电压指令信号为 Udclast，则比较该电网基波周期内三相调制比Mx，得到该电网基波周期内三相最大调制比 M_，那么下一个电网基波周期的直流母线电压指令
[0040] 计算值以为：
【主权项】
1. 一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法，其特征在于，包括以下步骤： (1. 1)、PLL锁相环模块根据电网电压ugx(x=a,b，c)获取到电网电压的相位角0和 角频率 (1. 2)、采集有源电力滤波器输出补补偿电流信号=a、b、c)，再将补偿电流信号U通过abc-dqO模块变换为dqO坐标下的补偿电流信号i_U，i。。； (1. 3)、谐波电流检测模块根据电网电压角频率c^，分别对三相负载电流L进行离散 傅里叶变换OFT)得到三相谐波电流i_、i^、 (1. 4)、计算直流侧电压指令信号c/；L",，再将指令信号与直流母线电压Ud。的差 值输入到PI控制器，经PI控制后得到有功电流指令idc;q; (1. 5)、计算中性线电流给定值 直流电压控制模块先从三电平VSC的直流侧分别获取正母线到中点N的电压udc;1，以及 中点N到负母线的电压udc;2，再将电压udc;1、电压udc;2的差值进行PI控制，得到中性线电流给 定值id。； (1. 6)、电流控制模块计算电流指令信号Aid、Aiq、A、 1) 、计算电流Aid:将三相谐波电流i^与补偿电流信号i。<1作差，即Aid=iM-id; 2) 、计算电流A^:将三相谐波电流i_与补偿电流信号i、有功电流指令idc;q连续作 差，即Aiq=iLhq-idcq-icq; 3) 、计算电流△iy将中性线电流给定值idc;(l与三相谐波电流i_求和再与补偿电流信 号ic。作差，即Ai。=i咖+'-。 (1. 7)、电流环控制模块将上述得到的电流指令信号Aid、Aiq、A、变为电压指令信号ud、Uq、Ud，abc-dqO模块将电压指令信号变换为abc坐标下的电压信号ux(x=a、b、c)，再 与三相电网电压ugx相加，得到调制信号uix(x=a、b、c); (1. 8)、SPWM模块根据步骤（1. 7)所述的调制信号uix得到对应的开关控制信号，再用 该开关控制信号来控制三电平VSI的各个IGBT的开通关断，完成有源电力滤波器直流侧电 压的动态控制。
2. 根据权利要求1所述的有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法，其特征在于： 所述的步骤（1.4)中，计算直流侧电压指令信号^/^^的方法为： (2.1)、在一个电网基波周期内，设最后一个控制周期的直流母线电压指令信号为Udclast，则比较该电网基波周期内三相调制比Mx，得到该电网基波周期内三相最大调制比 M_，那么下一个电网基波周期的直流母线电压指令计算值C4为：
其中，表示目标调制比； (2. 2)、将直流母线电压指令计算值C4经控制器D(s)调节，得到直流母线电压指令实 际值，Ml,分两路作用于控制系统，一路对指令电压进行标幺化得到新的三 相调制比Mx;另一路作为直流稳压控制环指令信号。
3.根据权利要求2所述的一种有源电力滤波器直流侧电压动态控制方法，其特征在 于：所述的步骤（2. 1)中，计算三相最大调制比11_的方法为： (3. 1)、计算各相调制比Mx(x=a、b、c):
其中，1^表不三相调制比Ma,Mb,M。，|uix | _表不有源电力滤波器各相输出电压在一个电 网基波周期的最大值，Udc=Udc;1+Udc;2，表示直流母线电压； (3. 2)、通过对步骤（3. 1)求出的三相调制比1為^。比较，得到三相最大调制比1_:Mmax=max{Ma,Mb,Mj〇
【专利摘要】本发明公开了一种有源电力滤波器直流侧电压的动态控制方法，该方法根据电网电压和负载电流大小实时计算改变直流母线电压指令大小，具体包括以下步骤：(1)采集三相APF输出补偿电流信号；(2)计算直流电压指令信号，经PI控制得到有功电流指令；(3)计算电流指令信号；(4)电流指令信号经电流环控制，得到电压指令信号，最后得到调制信号；(5)通过调制信号产生PWM信号，控制IGBT开断，完成有源电力滤波器直流侧电压的动态控制。发明方法能够在电网电压波动或负载变化下改变直流母线电压指令值，从而实现直流母线电压的动态调节。
【IPC分类】H02J3-01
【公开号】CN104578075
【申请号】CN201510040076
【发明人】王敏, 陆明龙, 唐德炜, 陈永祥, 郑国彬, 秦勇, 谢川, 郑宏
【申请人】四川厚天科技股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日