一种三相四开关并联型apf直接跟踪补偿控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种APF直接跟踪补偿控制方法，具体地说，涉及一种三相四开关并联型APF直接跟踪补偿控制方法。
【背景技术】
[0002]面对电网内因电力电子设备的大量应用以及非线性负载的增加带来的电能质量问题，并联型有源滤波器(下称:APF)可视为可控电流源，可以快速主动补偿微电网中的谐波、无功或不平衡电流；并联型APF控制的根本目的在于通过合适的控制策略，借助APF的补偿作用，使得电源电流中不再包含谐波和无功成分。通常借助负载电流谐波检测算法，分离负载电流iL中的谐波和无功成分iLh，控制APF输出与之相反电流iF，进而把网侧馈线电流is补偿为基波有功电流。其补偿精度取决于谐波检测算法的精度，算法复杂，所需检测装置较多，对控制装置的硬件要求较高。
[0003]应用中又因其功能单一，成本高，难以大量推广应用；三相四开关变换器由于减少了功率器件和辅助装置，可广泛应用于三相低成本变换器；将两者结合形成的三相四开关经济型APF，可在治理电网电能质量的同时，借助容错切换装置，还可以作为传统三相六开关APF的容错备份装置。若将其直流侧配置适当形式的储能，还具备有功调节能力，从而拓展柔性控制应用空间，并有效提升储能装置利用率。
[0004]然而三相四开关APF在拓扑上以串联电容代替一组功率元件，串联电容因流过负载电流，存在低频电压波动，会出现直流中点电位偏移的问题，导致输出不平衡；由于三相输出只有两相是可控的，性能低于三相六开关APF的特点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种三相四开关并联型APF直接跟踪补偿控制方法，无需检测负载或补偿对象中的谐波含量；采用三相四开关的拓扑实现三相APF的补偿功能；加入直流中点电位平衡补偿措施，以抑制直流中点电位偏移对三相四开关APF输出不平衡的影响；以电源输出电流为反馈，实施APF电流直接跟踪生成PWM开关信号。其具体技术方案为:
[0006]一种三相四开关并联型APF直接跟踪补偿控制方法，包括以下步骤:
[0007]I)根据四开关APF直流侧电压闭环产生电流内环控制所需电流参考值Im，或根据需要由外部给定；
[0008]2)通过锁相环获取电源侧电压相位Θ ;
[0009]3)根据Im和Θ生成三相四开关APF所需的两相电流参考值；
[0010]4)加入直流中点平衡补偿，修正电流参考值；
[0011]5)以电源输出电流为反馈，使用电流直接跟踪方法，如滞环电流跟踪、峰值电流跟踪、单周控制等，生成三相四开关APF控制所需的开关信号。
[0012]本发明不检测负载谐波电流，通过跟踪电源侧电量变化实施APF负载侧电能质量补偿；将上述三相四开关APF直流侧配置直流储能，可以利用储能实现三相四开关APF在谐波补偿外的有功双向调节能力；加入直流中点电位平衡补偿措施，以抑制直流中点电位偏移对三相四开关APF输出不平衡的影响；以电源输出电流为反馈，实施APF电流直接跟踪生成PWM开关信号。
[0013]实施步骤如下:
[0014]I)根据需要调控的有功功率的需求和直流电压外环的控制要求，确定电流内环电流参考值Im ；
[0015]2)通过锁相环获取电源相位Θ ;
[0016]3)根据Im和Θ生成三相四开关APF所需的两相电流参考值；
[0017]4)加入直流中点平衡补偿，修正电流参考值；
[0018]5)以电源输出电流为反馈，使用电流直接跟踪方法，如滞环电流跟踪、峰值电流跟踪、单周控制等，生成三相四开关APF控制所需的开关信号。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0020]1.可有效抑制直流母线中点电位偏移影响；
[0021 ] 2.减少APF控制所需电流传感器；
[0022]3.无需检测负载谐波，算法简单，对硬件要求较低。
【附图说明】
[0023]图1为三相四开关并联型APF主回路；
[0024]图2为三相四开关并联型APF不检测谐波直接跟踪补偿方法实现流程；
[0025]图3为APF直接跟踪补偿原理；
[0026]图4为三相四开关APF补偿控制实现方法；
[0027]图5为三相四开关APF补偿结果；
[0028]图6为未加入直流中点电位平衡补偿的三相四开关APF补偿结果；
[0029]图7为加入流中点电位平衡补偿的三相四开关APF补偿结果；
[0030]图8为APF投切瞬时一相(A相)补偿效果；
[0031 ]图9为APF直流中点偏移对补偿性能的影响；
[0032]图10为加入直流中点前馈后的控制效果。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实例进一步阐述本发明。
[0034]在电网电压无畸变的情况下，本发明专利中的不检测谐波的直接补偿算法与常规的谐波补偿方法具有等价性。可由谐波检测补偿算法推出直接电源电流跟踪补偿算法，推导过程如图3(a)?(C)所示。其中k为需补偿的负载电流，Uh为负载电流谐波成分，iFref为APF补偿电流指令，。为APF输出反馈电流，i SMf为接入点等效电源电流参考值，i s为接入点等效电源电流反馈。
[0035]假设C相不控，本发明在有源滤波控制中使用电源电流直接跟踪补偿算法，以电源两相电流isb、is。作为控制量，使其与电网电压波形一致，具体如图3(d)所示，其中e册为接入点a相相电压，PLL为锁相环，Θ为a相跟踪相位，k为补偿系数，。为APF输出电流，^为接入点等效电源输出电流，i bMf和i。耐分别为b，c相电流内环参考值，S !-?? b, c相桥臂的开关信号，Δ 15为经电压外环得到的参考电流幅值。
[0036]图4为三相四开关并联型APF补偿控制实现方法。
[0037]其中电压外环输出为:
[0038]AIp= Ki (Uref-Udc) + / Ki (Uref-Udc) dt
[0039]有源滤波APF模式中只需补偿电网中的谐波和无功成分，外环提供两相参考电流ibMf和的幅值Ip，用于补偿因开关损耗等引起的直流电压波动，故电流内环实际指令电流为:
[0040]iaref= Δ I psin Θ
[0041]ibref= Δ I psin ( Θ+2 Ji/3)
[0042]再以A，B相电源电流为反馈，对设定电流参考值实施电流跟踪控制，从而达到消除负载谐波的目的。
[0043]若直流侧配置储能，只需调整内环电流参考幅值，就可以实现在谐波补偿的同时，实现有功调节的需求。
[0044]为了抑制直流中点电位的偏移，在上述指令基础上，需要加入电流前馈补偿，即
[0045]iaref= i aref+k (Ucl-Uc2)
[0046]Ibref= i bref+k (Ucl-Uc2)
[0047]图5是某典型二极管桥式整流驱动电阻性负载的实际负载电流，呈现非线性。图6为采用本方法得到的四开关APF三相实际补偿电流，图7为补偿后，电源A相电压及三相相电流，可见补偿后谐波得到有效补偿；图8为四开关APF投切瞬时A相上的补偿效果。
[0048]图9为未加入中点偏移补偿前的A相控制效果和直流侧电压波形；图10为加入中点前馈补偿后的控制效果。
[0049]以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种三相四开关并联型APF直接跟踪补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)根据四开关APF直流侧电压闭环产生电流内环控制所需电流参考值Im，或根据需要由外部给定； 2)通过锁相环获取电源侧电压相位Θ; 3)根据Im和Θ生成三相四开关APF所需的两相电流参考值； 4)加入直流中点平衡补偿，修正电流参考值； 5)以电源输出电流为反馈，使用电流直接跟踪方法，滞环电流跟踪、峰值电流跟踪、单周控制，生成三相四开关APF控制所需的开关信号。
【专利摘要】本发明公开了一种三相四开关并联型APF直接跟踪补偿控制方法，根据四开关APF直流侧电压闭环产生电流内环控制所需电流参考值Im，或根据需要由外部给定；通过锁相环获取电源侧电压相位θ；根据Im和θ生成三相四开关APF所需的两相电流参考值；加入直流中点平衡补偿，修正电流参考值；以电源输出电流为反馈，使用电流直接跟踪方法，如滞环电流跟踪、峰值电流跟踪、单周控制等，生成三相四开关APF控制所需的开关信号。本发明无需检测负载谐波，算法简单，对硬件要求较低。
【IPC分类】H02J3-01
【公开号】CN104868472
【申请号】CN201510232187
【发明人】谭兴国, 冯高明, 李玉东, 余开江, 杨俊起, 刘巍, 荆鹏辉, 王新
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月8日