专利名称：H桥级联型有源滤波器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种H桥级联型有源滤波器及其控制方法。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是以开关方式工作的静止变流器，不可避免地会产生非正弦波形，向电网注入谐波，使得电网中电压和电流波形畸变越来越严重，电网中的谐波污染日益严重。为了克服传统无源滤波器的不足，谐波抑制装置一个重要的趋势是采用有源滤波器(APF)。并联型APF是最基本，也是目前应用最广泛的一种。其通过产生与负载电流中的谐波和无功分量大小相等、相位互差180 的补偿电流注入电网，使网侧电流成为与电网电压同相的正弦波，从而达到净化电网的目的。H桥级联型有源滤波器的补偿电流检测常采用基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测方法，这种检测方法在电网电压对称的情况下能够准确检测补偿电流，当电网电压不对称时，这种检测方法不能对基波正序有功和无功电流的准确分离，造成补偿电流检测的
较大误差。H桥级联型有源滤波器中各H桥模块的直流电容相互独立，由于各H桥的开关损耗、参数的分散性和开关器件的触发脉冲延迟等的不同会引起电容电压的不平衡，这些不平衡现象会导致H桥功率开关承受的电压不一致，威胁有源滤波器的安全运行，各H桥电容电压的均衡控制成为一个难点。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种在电网电压不对称时能准确检测补偿电流的H桥级联型有源滤波器的控制方法。为达到上述目的，本发明H桥级联型有源滤波器的控制方法的步骤包括检测非线性负载电流，得到期望的补偿电流值；依据所述补偿电流值获取有源滤波器的参考电流值；有源滤波器输出电流跟踪参考电流值；通过载波移相脉宽调制得到级联H桥功率器件的触发信号，驱动主电路功率器件。特别是，检测非线性负载电流所使用的方法是基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系检测法，所述检测法是在基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测的基础上增加基波正序电压相位锁相环节。特别是，获取有源滤波器参考电流值的步骤有源滤波器所处电网的基波正序电压相位锁定；由所述电网基波正序电压相位锁定计算得到三相负载电流的Park变换；由所述三相负载电流Park变换的输出量经低通滤波得到d轴的直流分量；
根据所述电容电压控制器得到有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流；将所述负载电流的d轴直流分量与所述基波正序有功电流相加，所得结果进行 Park反变换；根据所述Park反变换结果和三相负载电流计算得到有源滤波器的参考电流。特别是，所述载波移相脉宽调制的步骤为计算得到有源滤波器参考电流与有源滤波器输出电流信号的偏差；所得偏差经PI控制器处理后与一设定频率三角载波信号相比得到调制结果。本发明H桥级联型有源滤波器采用H桥级联的三相星形连接方式，每相电路都由多个H桥功率单元级联而成；所述H桥功率单元的电容电压通过电压控制器控制，其输出作为有源滤波器损耗的正序有功电流；所述每个H桥的电容电压通过各自的功率管和放电电阻进行放电控制，均衡控制电容电压。特别是，所述电容电压均衡控制采用的是调节各H桥单元等效损耗方法，所述方法是在电容两端并联一个由放电功率开关和放电电阻串联组成的电路，通过脉冲宽度调制策略控制功率开关的导通和关断，以调节并联于电容两端的等效电阻值。本发明H桥级联型有源滤波器的控制方法采用基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系检测法，即使在电网电压不对称和畸变时也能准确检测出负载系统所需补偿的谐波电流和无功电流等，满足系统无功补偿和谐波抑制等需要。载波移相脉宽调制使有源滤波器在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果。
图1为H桥级联型有源滤波器应用原理示意图。图2为H桥级联型有源滤波器结构示意图。图3为本发明电流检测和系统控制原理示意图。图4为H桥单元逆变器电路图。图5为电流的跟踪控制和载波移相脉冲调制原理示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明做详细描述。本发明H桥级联型有源滤波器的控制方法的步骤包括检测非线性负载电流；计算得到期望的补偿电流值；获取有源滤波器的参考电流值；令有源滤波器输出电流跟踪参考电流；通过载波移相脉宽调制得到级联H桥功率器件的触发信号，驱动主电路功率器件。 实现补偿后的网侧电流中只含有基波正序有功电流。H桥级联单元的电容电压通过电压控制器，其输出作为有源滤波器损耗的正序有功电流，每个H桥的电容电压通过各自的功率管和放电电阻进行放电控制，进而实现电容电压的均衡控制。当电网电压不对称时，dq坐标系和基波正序电压之间将存在不同相的情况，采用基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测方法将造成基波正序有功和无功电流的检测存在误差。为了使得同步变换能够正确反应基波正序电压的相位信息，在基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测的基础上增加基波正序电压相位锁相环节，即是基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系检测法。经过相位修正后的同步坐标变换矩阵，能够实现dq旋转坐标系和电网电压基波正序分量的同相位，如此便能够保证对基波正序有功和无功电流的准确检测。检测非线性负载电流所使用的方法是基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系检测法，该检测法是在基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测的基础上增加基波正序电压相位锁相环节。附图1是H桥级联型有源滤波器应用原理示意图，图中的ua、ub、Uc分别为a、b、c 三相电网电压，iLa> iLb> iLc分别为a、b、c三相负载电流，i。a、i。b、icc分别为H桥级联型有源滤波器的a、b、c三相输出电流。控制方法采用的是网侧正弦电流补偿策略，实现补偿后的网侧电流中只含有基波正序有功电流，其它基波无功电流、负序电流和谐波电流均由H桥级联型有源滤波器装置提供，不会导致电压畸变和不对称状况的恶性循环。H桥级联型有源滤波器的基本内部结构如图2所示。有源滤波器主电路拓扑是采用H桥级联的三相星形连接结构，这种结构可通过H桥的直接串联实现高压大容量化滤波补偿，与其它类型的多电平相比，具有主电路简单，装置损耗小，占地面积小，成本低。H桥级联便于模块化设计，对于有源滤波器装置的设计、生产、维护都带来了便利。此外，H桥级联易于实现冗余，这将大大提高H桥级联型有源滤波器装置的可靠性。附图3是基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系的电流检测和系统控制原理图，由附图3所示可知H桥级联型有源滤波器的控制方法包括如下步骤1.通过检测三相负载电流，得到所需补偿的谐波电流、无功电流等电流分量作为 APF期望的补偿电流。有源滤波器由于损耗从电网吸收的正序有功电流与期望的补偿电流之和作为APF的参考电流，附图3所示为APF参考电流获取方法步骤1)电网基波正序电压相位锁定将a相电压Ua通过锁相环PLL，可以得到与Ua同步的信号ω t，从而可以得到 sincot和cos cot,求出变换矩阵C为
权利要求
1.一种H桥级联型有源滤波器的控制方法，其特征在于，所述控制方法的步骤包括 检测非线性负载电流，得到期望的补偿电流值；依据所述补偿电流值获取有源滤波器的参考电流值； 有源滤波器输出电流跟踪参考电流值；通过载波移相脉宽调制得到级联H桥功率器件的触发信号，驱动主电路功率器件。
2.根据权利要求1所述的H桥级联型有源滤波器的控制方法，其特征在于检测非线性负载电流所使用的方法是基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系检测法，所述检测法是在基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测的基础上增加基波正序电压相位锁相环节。
3.根据权利要求1所述的H桥级联型有源滤波器的控制方法，其特征在于，获取有源滤波器参考电流值的步骤有源滤波器所处电网的基波正序电压相位锁定； 由所述电网基波正序电压相位锁定计算得到三相负载电流的Park变换； 由所述三相负载电流Park变换的输出量经低通滤波得到d轴的直流分量； 根据所述电容电压控制器得到有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流； 将所述负载电流的d轴直流分量与所述基波正序有功电流相加，所得结果进行Park反变换；根据所述Park反变换结果和三相负载电流计算得到有源滤波器的参考电流。
4.根据权利要求1所述的H桥级联型有源滤波器的控制方法，其特征在于，所述载波移相脉宽调制的步骤为计算得到有源滤波器参考电流与有源滤波器输出电流信号的偏差； 所得偏差经PI控制器处理后与一设定频率三角载波信号相比得到调制结果。
5.一种H桥级联型有源滤波器，其特征在于所述有源滤波器采用H桥级联的三相星形连接方式，每相电路都由多个H桥功率单元级联而成；所述H桥功率单元的电容电压通过电压控制器控制，其输出作为有源滤波器损耗的正序有功电流；所述每个H桥的电容电压通过各自的功率管和放电电阻进行放电控制，均衡控制电容电压。
6.根据权利要求5所述的H桥级联型有源滤波器，其特征在于所述电容电压均衡控制采用的是调节各H桥单元等效损耗方法，所述方法是在电容两端并联一个由放电功率开关和放电电阻串联组成的电路，通过脉冲宽度调制策略控制功率开关的导通和关断，以调节并联于电容两端的等效电阻值。
全文摘要
本发明公开一种H桥级联型有源滤波器的控制方法，为解决现有方法在电压不对称时精度低的问题而设计。该方法的步骤包括检测非线性负载电流，得到期望的补偿电流值；获取有源滤波器的参考电流值；有源滤波器输出电流跟踪参考电流；通过载波移相脉宽调制得到级联H桥功率器件的触发信号，驱动主电路功率器件。检测非线性负载电流的方法是基于基波正序电压相位锁定的改进同步参考坐标系检测法。本发明公开一种三相星形连接的H桥级联型有源滤波器，其中的滤波器单元的电容电压通过电压控制器控制，通过脉冲宽度调制策略控制功率开关的导通和关断，以调节等效电阻值。本发明在电网电压不对称且畸变的情况下，能够准确检测出负载所需的补偿电流。
文档编号H02J3/38GK102522749SQ20111035427
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者夏华, 姚自立, 李晟, 郭智文, 陆红学 申请人:中冶华天工程技术有限公司