一种应用于有源滤波器的不平衡控制算法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于有源滤波器的不平衡控制算法，首先首先通过DFT算法，提取负载电流中的有功、无功电流；然后，将有功、无功电流分别进行PARK变换，滤波后得到稳定的直流分量；将有功、无功的d轴、q轴分别相加，得到基波负序电流的d轴、q轴直流量，从而推导出基波负序电流的有效值以及对电网电压的角度；有功零序与无功零序相加获得基波零序电流，通过DFT算法得到零序电流在工频下相互垂直的两个直流量；最后，用余弦定理获得三相基波不平衡电流的有效值。本发明能够快速计算出电网中的基波不平衡分量的有效值，避免了通过逐点求和开方导致的慢速性，并根据所求出的实时更新的数据，实现补偿的限幅等相关功能。
【专利说明】
一种应用于有源滤波器的不平衡控制算法
技术领域
[0001] 本发明涉及有源滤波器在不平衡工况下的控制方法，特别涉及到如何快速得到基 波不平衡有效值的方法。
【背景技术】
[0002] 有源电力滤波器(APF)是一种动态补偿装置，能够对电网中的谐波、无功进行快速 响应，并越来越受到关注。而目前，某些应用场合需要投入大量的单相负载，这种情况通常 在个别用户使用大容量、不平衡单相负载时发生。另外，不平衡现象也可能由于三相电源带 不同负载，或是某些大型三相设备在不平衡电网条件下操作造成的，例如工业中的弧焊等 设备导致电网出现严重的不平衡。三相不平衡会引起诸多弊端：
[0003] (1)三相不平衡负荷的存在，变压器运行于不对称工况，造成损耗增大，另外，三相 负荷不平衡必将导致零序电流过大，局部金属件温升增高，可能导致变压器损坏；
[0004] (2)另一方面，三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低 电能质量，影响用户的电器使用；
[0005] 各个行业对能源需求越来越大，特别是对高质量电能需求愈来愈大。这就要求必 须改善电能质量。提高能源使用效率，改善电能质量、降低能耗己经成为国家及工业经济各 行业的共识。因此，有源滤波器作为电能质量改善装置，能够补偿不平衡负荷成为必然的趋 势。
[0006] 有源电力滤波器要实现不平衡负载的补偿控制，需提取出基波电流中负序以及零 序分量，目前常用的是基于坐标变换理论的PARK变换，经过反转PRAK变换后，将三相电流变 换到两相旋转坐标系下，经过对d轴或者q轴经过滤波后作为反变换的输入信号，得到基波 的负序、零序电流，从而提取出不平衡负荷中的不平衡分量。另外，作为有源滤波装置，设备 必然存在容量限制，那么如何快速得到不平衡负荷中不平衡分量的有效值成为计算限幅系 数的关键。目前，使用较广的方法为逐点累加求开方的方式，这种方式通常需要经过一个基 波周期才能计算出有效值，而通常在有源滤波装置控制中此种有效值计算方式并非一个周 期即更新一次，也就是说真正的限幅将会存在较长的延时，快速响应能力较差。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是现有的提取基波不平衡，计算有效值的计算方法，存 在较长的延时，快速响应能力较差，无法满足实际控制的需要。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种应用于有源滤波器的不平 衡控制算法，包括以下步骤:步骤1:通过DFT算法，提取负载电流中的基波有功、基波无功电 流;步骤2:将步骤1得到的基波有功、基波无功电流分别进行PARK变换，基波有功反转PARK 变换得到d轴、q轴分量，经过滤波后得到稳定的直流分量，基波无功反转PARK变换得到d轴、 q轴分量，经过滤波后得到稳定的直流分量;步骤3:将步骤2中得到的有功d轴与无功d轴叠 加，有功q轴与无功q轴叠加，得到基波负序电流的d轴、q轴直流量;步骤4:求解直角三角形 求出有功负序有效值，并根据d轴、q轴的正负得到A相基波负序电流对电网电压A相的角度， 进而根据三相角度关系求出B相、C相负序电流对电网电压A相的角度;步骤5:基波零序分别 与正弦表、余弦表相乘进行半个周期的累加求平均，以此获得相互垂直的分量x，y，求解直 角三角形求出基波零序的有效值，并根据分量的x，y正负得到基波零序电流对电网电压A相 的角度，进而求出B相、C相对电网电压A相的角度;步骤6:基于步骤4和步骤5得到的角度， 计算三相基波负序与零序之间的角度差，再利用余弦定理求出有功不平衡有效值。
[0009]本发明通过正转PARK变换、反转PARK变换分别得到有功电流、无功电流的正序、负 序、零序电流，从而得到基波负序电流、基波零序电流以及基波不平衡总电流;根据基波不 平衡有效值和设备额定容量获得相应的限幅系数;该方法避免了逐点累加求平方和导致的 限幅系数更新较慢的弊端，能够在几个周期内快速响应负载的变化，更新限幅系数。
[0010]具体的，所述步骤2的滤波方式采用滑窗滤波。
[0011] 本发明的优点是:能够快速计算出电网中的基波不平衡分量的有效值，避免了通 过逐点求和开方导致的慢速性，并根据所求出的实时更新的数据，实现补偿的限幅等相关 功能。
【附图说明】
[0012] 图1是d、q坐标系示意图。
[0013] 图2是基波负序电流角度分布关系图。
[0014] 图3是零序DFT直流分量示意图。
[0015] 图4是基波零序电流角度分布关系图。
[0016] 图5是余弦定理计算示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过附图对本发明方法做进一步说明。
[0018] 本发明方法包括以下步骤：
[0019] 首先通过DFT算法，提取负载电流中的基波有功、基波无功电流，具体如下：（1)根 据傅里叶分解，将负载iu⑴，^办）上。(〇，表示成如下形式：
[0022] N=1时，即为该负载电流中的基波有功分量、无功分量，即：
[0023] lLxa,b,c(t) - aisinwt, iLya,b,c(t) - bicoswt
[0024] (2)将DFT算法得到的三相有功、三相无功分别进行PARK变换，得到有功反转d轴、q 轴分量dxn，qxn;无功反转d轴、q轴分量dyn，qyn;以及有功零序、无功零序iLnxO，iLnyO，将 dxn，qxn，dyn，qyn，具体参照如下变换公式：
[0025] CLARK变换将三相静止坐标系变换成α，β坐标系下，变换公式为：
[0027] PARK变换将α，β坐标系变换到旋转的d、q坐标系下，变换公式为：
[0029] 其中，Θ为经过电网电压锁相环得到的相位角，反转坐标系采用-Θ。
[0030] 3、求取负载中有功电流、无功电流的零序分量：
[0032] (3)滑窗滤波，将其中的交流分量滤除，得到稳定的直流分量Idxn、Iqxn、Idyη、 Iqyn；
[0033] (4)将有功、无功的d轴、q轴分别相加，得到基波负序电流的d轴、q轴直流量，根据 直角三角形边角关系以及余弦定理得到基波负序电流的有效值以及对电网电压的角度，具 体方法如下：
[0034] 如图1所示，Va是电网电压A相，q+是正转q轴，q_是翻转q轴，
，则基波负 序电流有效值为：
，三相负序电流有效值相同；另外根据d、q轴的正负可以判断Θ的象 限，从而得到A相基波负序电流对电网电压A相的角度Φα，考虑到反转坐标q轴与正转坐标q 轴相差180°。
[0035] 如图2所示，为象限判断方式，根据该判断方式，得到B相、C相对电网电压的角度， 即Φα+120°，Φα_120°。
[0036] (5)如图3所示，有功零序与无功零序相加获得基波零序电流，将该零序电流做DFT 算法，得到零序电流在工频下相互垂直的两个直流量IQx，I〇y，。
[0037] 如图1所示
，则基波负序电流有效值为：
，三相零序电流有效值 相同。
[0038]如图4所示，为象限判断方式，该判断方式结合I〇x、I()y的正负确定零序角度Φο。
[0039] (6)如图5所示，根据前面得到的有效值、角度，利用余弦定理获得三相基波不平衡 电流的有效值。Φ为基波负序与基波零序的角度差；Ιο为零序电流有效值;Ι η为负序电流有 效值;Ιη〇为基波不平衡电流有效值。
[0040] 基波不平衡电流有效值为基波负序、基波零序的矢量叠加，根据余弦定理即可求 得基波不平衡电流的有效值，具体公式如下：
[0042]综合上面的计算可以，即可求出各相基波不平衡电流有效值，该有效值与额定容 量比较，得到相应的限幅系数，从而用于基波不平衡补偿时有效值限幅等后续功能扩展。
【主权项】
1. 一种应用于有源滤波器的不平衡控制算法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:通过DFT算法，提取负载电流中的基波有功、基波无功电流； 步骤2:将步骤1得到的基波有功、基波无功电流分别进行PARK变换，基波有功反转PARK 变换得到d轴、q轴分量，经过滤波后得到稳定的直流分量，基波无功反转PARK变换得到d轴、 q轴分量，经过滤波后得到稳定的直流分量； 步骤3:将步骤2中得到的有功d轴与无功d轴叠加，有功q轴与无功q轴叠加，得到基波负 序电流的d轴、q轴直流量； 步骤4:求解直角三角形求出有功负序有效值，并根据d轴、q轴的正负得到A相基波负序 电流对电网电压A相的角度，进而根据三相角度关系求出B相、C相负序电流对电网电压A相 的角度； 步骤5:基波零序分别与正弦表、余弦表相乘进行半个周期的累加求平均，以此获得相 互垂直的分量x，y，求解直角三角形求出基波零序的有效值，并根据分量的x，y正负得到基 波零序电流对电网电压A相的角度，进而求出B相、C相对电网电压A相的角度； 步骤6:基于步骤4和步骤5得到的角度，计算三相基波负序与零序之间的角度差，再利 用余弦定理求出有功不平衡有效值。2. 根据权利要求1所述的一种应用于有源滤波器的不平衡控制算法，其特征在于:所述 步骤2的滤波方式采用滑窗滤波。
【文档编号】H02J3/01GK106026094SQ201610258088
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】刘希, 刘一希, 仇志凌, 张明, 葛文海
【申请人】南京亚派科技股份有限公司