专利名称：一种并联混合型电能质量调节器的电流检测与控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电能质量调节器的控制方法，特别涉及一种并联混合型电能质量调节器的控制方法。
背景技术：
随着国民经济的电气化程度越来越高，电力用户对电能质量的要求也在不断提高。许多新型电气设备在其运行中会向电力系统注入各种电磁干扰，给电力系统的安全运行和用电设备的正常工作带来不良影响和危害。无源滤波器作为传统的谐波治理手段，由于存在只能滤除特定次谐波和可能与电网发生串并联谐振等缺点，将逐步被新型装置所取代。混合型有源滤波器(HAPF，Hybrid Active Power Filter)有效综合了有源滤波器和无源滤波器的各自优点，已成为谐波治理和无功补偿一体化系统的主要研究和发展方向。而大功率注入式混合型有源电力滤波器(IHAPF，Hybrid Active Power Filter withlnjection Circuit)，进一步减小了有源滤波部分的容量，达到了工程应用的目的。但对于现有的注入式混合型有源电力滤波器，由于注入支路中基波谐振电路的存在，直流侧电压不能通过控制基波有功的交换进行控制，并且电网频率发生波动极易对有源部分造成冲击，从而导致直流侧电压抬升，严重影响系统的稳定性和可靠性。
发明内容
为了解决并联混合型电能质量调节器控制存在的上述问题，本发明提供一种并联混合型电能质量调节器的控制方法。可以保证注入式有源滤波器系统有源部分的直流侧电压稳定，并能实现谐波抑制与无功补偿功能。本发明采取的技术方案包括以下步骤1)实时检测电网电流，通过迭代修正法计算出谐波电流参考信号；2)检测直流侧电压信号，将直流侧电压参考信号与直流侧电压信号比较，得到直流侧电压信号差值，直流侧电压信号差值经PI调节器后得到电压调节信号；3)将谐波电流参考信号与电压调节信号叠加后作为补偿电流参考信号，通过电流内环无差拍控制算法得到逆变器的开关控制信号，使逆变器所需的补偿电流。上述的并联混合型电能质量调节器的控制方法中，所述步骤2、中的电压调节信号为调节信号与瞬时有功电流的直流分量相加。本发明的技术效果在于本发明采用迭代修正法计算出谐波电流参考信号，再采用PI闭环控制得到直流侧电压调节信号，将谐波电流参考信号与电压调节信号叠加后作为补偿电流参考信号，通过电流内环无差拍控制算法得到逆变器的开关控制信号，能更加精准的跟踪电流，提高并联混合型电能质量调节器的安全可靠性。下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明中注入式混合型有源滤波器的拓扑结构示意图。图2为本发明迭代修正法示意图。图3为本发明系统单相等效电路图。图4为本发明有源滤波器的检测和控制框图。图5为本发明有源滤波器电流跟踪控制框图。
具体实施例方式参见图1，图1为并联混合型电能质量调节器(注入式混合型有源滤波器)的拓扑结构示意图。调节器由无源部分和有源部分组成。无源支路5次和7次用于滤除部分电网 5次和7次谐波电流。有源部分由上下位机对其进行控制。上位机采用工业控制计算机， 下位机采用DSP控制器，工控机通过AD采样采集电网谐波电流值，通过分析控制后输送至 DSP,由DSP发出PWM波给逆变器的IGBT触发板，进而控制IGBT触发输出所需的谐波电流注入到电网滤除谐波电流。图1中，隔离变压器的作用是合理调配有源部分承受的电压电流并且实现电气隔离。变压器原边的有源电力滤波器和电感并联连接，其基波等效阻抗远远低于变压器副边的单调谐无源滤波支路阻抗，因此分压很小，有源电力滤波器承受的系统基波电压很低，有利于减小其容量，降低成本。并且可以通过控制基波有功的交换来稳定直流侧电压，避免了采用额外的不可控整流电路，节省了成本。此外，在系统上电瞬间或电网电压发生突变时， 由于电容器电压不能突变，单调谐无源滤波支路电感和变压器二次侧的并联电感进行阻抗分压，对有源部分冲击很小，不会造成直流侧电压抬升，提高了系统的抗干扰能力。无源滤波器组与有源部分并联接入电网，滤除特征次谐波和高次谐波。单调谐无源滤波器作为有源电力滤波器的注入支路，为逆变器发出的特征次谐波电流提供低阻抗通道，可以实现很好的滤波效果。并联混合型有源滤波器中无源滤波器组相对于有源部分，其基波阻抗很小，有较大的基波无功电流流入，因而能够补偿较大容量的无功功率。同时，有源部分并联电感的存在，基波电压大部分由单调谐无源滤波支路承担，不会对有源部分造成影响。因此，并联混合型有源滤波器进行无功补偿不会导致其有源部分容量的增大。下面说明并联混合型电能质量调节器的控制过程。获取谐波电流参考信号。获取谐波电流参考信号的过程如图2所示。假定系统第一次检测电网中的谐波电流为I1，通过FFT变换计算出7次谐波电流的幅值和相位，这是第一个周期的谐波参考信号，系统控制逆变器发出相应的补偿电流用来补偿系统中的7次谐波，但由于分流等原因，导致电网中的谐波电流未完全补偿；假定系统第2次检测电网中的谐波电流为I2，那么系统将I1和I2的矢量和作为第2次补偿电流参考信号，系统控制逆变器发出补偿电流，用来弥补第1次补偿时的误差；假定系统第3次检测电网中的谐波电流为 I3，那么系统将I1U2* I3的矢量和作为第3次补偿电流参考信号，控制逆变器发出补偿电流，用来弥补第2次补偿时的误差；依次类推，假定系统第η次检测电网中的谐波电流为Ιη， 那么系统将I” 12、…、Ilri和In的矢量和作为第η次补偿电流参考信号作为补偿信号，控制逆变器发出补偿电流，用来弥补第η-1次补偿时的误差。此过程是个迭代过程，系统不断的对补偿时产生的误差进行修正。随着迭代次数η的增大，补偿时产生的误差将无限减小，电网中的7次谐波电流将无限趋近于0，从而达到对电网中的7谐波治理的效果。电压外环控制。通过加入电压外环控制，可以实现在不加入不可控整流电流的情况下达到稳定直流侧的目的。如图4，直流侧电压控制外环包括以下步骤检测直流侧电压信号u。f，将直流侧电压参考信号u。,与u。f比较，得到差值Δ udc, Δ udc经PI调节器后得到调节信号，与瞬时有功电流的直流分量相加，使补偿电流包含一定基波有功分量，有源滤波器的直流测与交流侧交换能量。当电网谐波电压较高或发生跌落而引起直流侧电压下降时，PI控制器输出正信号，逆变器补偿电流中基波有功电流分量增大，交流侧的瞬时有功功率传递到直流侧，直流侧电压升高；同理，若直流侧电压低于参考值，PI控制器输出负信号，逆变器补偿电流中基波有功电流分量减小，瞬时有功功率从直流侧向交流侧传递，直流侧电压下降，这种方法克服了不可控整流方式给直流侧电容供电时存在的直流侧电压飙升。简化的并联型APF及负载的关系如图3所示。三相逆变器本质上是三个半桥逆变器的并联模式，三个半桥逆变器共用一个直流侧电压。对每个半桥逆变器来说，有两种输出模式当上开关管开通且下开关管关闭时，逆变器输出电压为Ud。/2 ；当上开关管关闭且下开关管开通时，逆变器输出电压为_Ud。/2 ；
压为
根据单相等效模型的电压电流关系式，在一个控制周期Ts内逆变器输出的平均电则可以推得占空比为离散化之后有控制框图如图5所示，包括以下三个方面的内容1.实时检测电网电流Is，通过迭代修正法计算出谐波电流参考信号Ish ；2.电压外环采用PI闭环控制，稳定直流侧电压，并输出一个电压调节信号I。ut ；3.电流内环通过采用无差拍控制，将谐波电流参考信号与电压调节信号叠加后作为补偿电流参考信号，通过电流内环无差拍控制算法得到逆变器的开关控制信号，使逆变器输出所需的补偿电流，实现指令电流信号的快速无差跟踪，补偿谐波电流，到达电能的高效利用。
权利要求
1.一种并联混合型电能质量调节器的控制方法，包括以下步骤1)实时检测电网电流，通过迭代修正法计算出谐波电流参考信号；2)检测直流侧电压信号，将直流侧电压参考信号与直流侧电压信号比较，得到直流侧电压信号差值，直流侧电压信号差值经PI调节器后得到电压调节信号；3)将谐波电流参考信号与电压调节信号叠加后作为补偿电流参考信号，通过电流内环无差拍控制算法得到逆变器的开关控制信号，使逆变器输出所需的补偿电流。
2.根据权利要求1所述的并联混合型电能质量调节器的控制方法，所述步骤2中的电压调节信号是为调节信号与瞬时有功电流的直流分量相加。
全文摘要
本发明公开了并联混合型电能质量调节器的电流检测与控制方法。它包括以下步骤实时检测电网电流，通过迭代修正法计算出谐波电流参考信号；检测直流侧电压信号，将直流侧电压参考信号与直流侧电压信号比较，得到直流侧电压信号差值，直流侧电压信号差值经PI调节器后得到电压调节信号；将谐波电流参考信号与电压调节信号叠加后作为补偿电流参考信号，通过电流内环无差拍控制算法得到逆变器的开关控制信号，使逆变器所需的补偿电流。本发明能够实现指令电流信号的快速无差跟踪，补偿谐波电流，到达电能的高效利用。
文档编号H02J3/18GK102570466SQ20121003005
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者刘路, 刘鹏, 周一勇, 周柯, 宁文辉, 杨艺云, 楚红波, 王凯, 祝文姬, 蒙恩, 覃奇, 许飞, 高立克 申请人:广西电网公司电力科学研究院