基于电容电流反馈的hapf谐振抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种谐振抑制方法，尤其是一种基于电容电流反馈的HAPF谐振抑制 方法，属于电工类电力电子的技术领域。
【背景技术】
[0002] 有源电力滤波器（Active PowerFilter，APF)作为一种先进的谐波治理装置，由于 具有良好的动态性能以及不受电网参数影响等诸多优点，近年来被越来越多的应用于配电 网谐波抑制与无功补偿等电能质量治理领域。特别地，在某些无功需求量较大的场合，为了 降低APF的容量和造价，通常结合无功补偿电容器（Fixed Capacitor，FC)组成混合补偿装 置（Hybrid active power filter，HAPF)，由FC补偿大部分无功功率，APF补偿谐波和剩余 少量无功功率。然而，在一定的参数条件下，电网谐波电压或负载谐波电流会引起无功补偿 电容器和电网阻抗之间的串联或并联谐振，造成谐波放大；并且，当APF检测电流包含电容 电流时，系统通常处于不稳定状态。
[0003] 为了抑制谐振，现有的典型方法包括如下两种：第一，通过在FC支路上串联电抗 器来调节系统的谐振点，该方法只能消除某一个频率点上的谐振，当谐振激励源或电网参 数发生变化时，就会产生新的谐振。第二，检测公共接入点（PCC)谐波电压，该方法等效为 在电网侧并联一个谐波电阻来阻尼系统谐振，但实际工程中由于电网谐波电压含量较小及 检测误差，并不能充分提取该谐波电压。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于电容电流反馈的HAPF 谐振抑制方法，其操作方便，通过电容电流的反馈控制环节，增强系统阻尼，在实现对负载 电流补偿的同时，有效抑制系统串联和并联谐振。
[0005] 按照本发明提供的技术方案，一种基于电容电流反馈的HAPF谐振抑制方法，所述 HAPF谐振抑制方法包括如下步骤：
[0006] 步骤1、获取负载电流ia，并将获取的负载电流ia传输至谐波电流检测环节；
[0007] 步骤2、获取三相电网的电网电压Ug，对于获取的电网电压Ug，通过PLL锁相环获 取所述电网电压U g的同步信号Θ e，PLL锁相环将获取的同步信号叭传输至谐波电流检测 环节；
[0008] 步骤3、获取SAPF滤波器直流侧的电压值Ud。，将所述电压值Ud。与指令电压相 比较，并经过PI电压控制器生成谐波指令电流的有功功率分量P^PI电压控制器将生成谐 波指令电流的有功功率分量Pd。传输至谐波电流检测环节；
[0009] 步骤4、谐波电流检测环节根据负载电流ia、同步信号Θ M及谐波指令电流的有 功功率分量Pd。生成SAPF谐波补偿指令电流i %
[0010] 步骤5、检测并获取SAPF滤波器输出的SAPF补偿电流if，在获取SAPF补偿电流 if后确定SAPF补偿电流i f与SAPF谐波补偿指令电流i $的电流偏差值△ i，其中，所述电 流偏差值△ i为
[0011] Δ i =
[0012] 将得到的电流偏差值Δ i输入至PI电流控制器，以使得PI电流控制器根据电流 偏差值Δ i生成调制波电压Ul，生成的调制波电压化为
[0013]
[0014] 其中，kp、Ic1分别为PI电流控制器的比例和积分常数；
[0015] 步骤6、获取FC支路的FC电容电流fC电容电流i。经过反馈比例调节器后，以 得到反馈调节值-IX i。;将反馈调节值-K i。与调制波电压u i相叠加，以生成综合调制 波电压u，所述综合调制波电压u为
[0016] U = UfkcXic;
[0017] 步骤7、对综合调制波电压u采用空间矢量脉宽调制输出PffM触发脉冲，以通过 PWM触发脉冲触发SAPF滤波器内的开关工作。
[0018] PI电压棹制器牛成的谐波指今电流的有功功率分量Pd。为
[0019]
[0020] 其中，kpd。、kld。分别为PI电压控制器的比例和积分常数。
[0021] 本发明的优点：
[0022] 1、相比较于传统在FC支路上串联电抗器的谐振抑制方法，本发明谐振抑制频带 范围较宽，且无需在FC支路上串联调谐电抗器，降低了装置的体积和造价，便于工程应用；
[0023] 2、通过增加 FC电容电流的反馈比例调节器来增强系统阻尼，在实现对负载电流 补偿的同时，能够在负载电流包含和不包含FC电容电流的两种情况下，有效抑制系统串联 和并联谐振，提高系统的稳定性；
[0024] 3、当负载电流不包含FC电容器电流或者无功补偿装置为晶闸管投切电容器 (Thyristor Switched Capacitor，TSC)时，该检测电流一方面可以用于APF和FC或TSC的 协调控制，另一方面，可以实时监测FC支路或TSC支路的电流情况，保护装置的正常运行。
【附图说明】
[0025] 图1为现有HAPF谐振抑制的电路原理图。
[0026] 图2为本发明的电路原理图。
[0027] 图3为未投入FC支路的实验波形图。
[0028] 图4为切除FC支路且在投入整流器谐波负载时的实验波形图。
[0029] 图5为在投入FC支路且不投入整流器谐波负载，仅有电网电压引起串联谐振特性 与抑制示意图。
[0030] 图6为SAPF滤波器未启动，投入FC支路以及整流器谐波负载时，采用现有谐波抑 制方法时的实验波形图。
[0031] 图7为SAPF滤波器未启动，投入FC支路以及整流器谐波负载时，采用本发明谐波 抑制方法时的实验波形图。
[0032] 图8为SAPF滤波器未启动，仅投入FC支路以及整流器谐波负载时的实验波形图。
[0033] 图9为SAPF滤波器启动后采用现有谐波抑制方法时的实验波形图。
[0034] 图10为SAPF滤波器启动后采用本发明谐波抑制方法时的实验波形图。
[0035] 附图标记说明：100-SAPF滤波器、110-电压比较器、120-PI电压控制器、130-谐 波电流检测环节、140-PLL锁相环、150-电流比较器、160-PI电流控制器、170-反馈比较器、 180-反馈比例调节器以及190-SVPWM调制器。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 如图1所示：为混合型有源电力滤波器（HAPF)的电路原理图，所述混合型有源电 力滤波器由SAPF滤波器（并联型APF) 100与无功功率补偿电容FC组成，Cf、L分别为SAPF 滤波器100直流侧的电容和网侧的滤波电感；C为FC无功补偿电容；ug为三相电网的电网 电压，R g、1^分别为电网等效电阻、等效电感；L为整流器电阻负载。
[0038] 如图2所示，为本发明对HAPF谐振抑制的电路原理图，其中，PLL锁相环140与三 相电网连接，以得到三相电网的电网电压U g的同步信息Θ y所述同步信息叭为电网电压 Ug的相位信息。PLL锁相环140的输出端与谐波电流检测环节130连接，谐波电流检测环节 130还接收负载电流i a的输入，同时，谐波电流检测环节130还与PI电压控制器120的输 出端连接，PI电压控制器120的输入端与电压比较器110的输出端连接。谐波电流检测环 节130的输出端与电流比较器150的输入端连接，电流比较器150的输入端还接收SAPF滤 波器100输出的SAPF补偿电流i f。电流比较器150的输出端与PI电流控制器160的输入 端连接，PI电流控制器160的输出端与反馈比较器170的一输入端连接，反馈比较器170的 另一输入端与反馈比例调节器180连接，反馈比例调节器180用于对无功功率补偿电容FC 的FC电容电流i。进行反馈比例调节，反馈比较器170的输出端与SVPffM调制器190的输 入端连接，SVPffM调制器190的输出端与SAPF滤波器100连接，以实现对SAPF滤波器100 内的开关导通状态进行调节。
[0039] 由图2以及上述说明可知，本发明对HAPF的谐振抑制主要由谐波电流检测、电流 跟踪控制、FC电容电流反馈控制、SAPF直流侧电压控制以及SVPffM脉冲调制等五个环节组 成，从而，本发明对HAPF谐振抑制方法包括如下步骤：
[0040] 步骤1、获取负载电流ia，并将获取的负载电流ia传输至谐波电流检测环节130 ;
[0041] 在具体实施时，负载电流込可以包含FC电容电流i。，当然也可以不包含FC电容 电流i。，具体可以根据负载工作情况确定，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。通过 常规的技术手段来获取负载电流ia，具体获取的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再 赘述。
[0042] 步骤2、获取三相电网的电网电压Ug，对于获取的电网电压Ug，通过PLL锁相环140 获取所述电网电压U g的同步信号Θ e，PLL锁相环140将获取的同步信号叭传输至谐波电 流检测环节130 ;
[0043] 本发明实施例中，在获取电网电压Ug后，PLL锁相环140通过常规的技术手段或方 式能得到电网电压U g的同步信号Θ y
[0044] 步骤3、获取SAPF滤波器100直流侧的电压值Ud。，将所述电压值Ud。与指令电压 相比较，并经过PI电压控制器120生成谐波指令电流的有功功率分量P^PI电压控制 器120将生成谐波指令电流的有功功率分量Pd。传输至谐波电流检测环节130 ;
[0045] 本发明实施例中，通过检测电容Cf两侧的电压获得SAPF滤波器100直流侧的电 压值Ud。，指令电压为控制目标值，指令电压C4的大小根据控制目标确定，确定指令电 压的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。电压值Ud。与指令电压C/:由电压 比较器no进行比较，电压比较器loo的比较过程计算为指令电压^4与电压值u d。间的差 值。