专利名称：一种电力电子混合系统控制方法
技术领域：
本发明涉及电力电子系统，特别是一种电力电子混合系统控制方法。
背景技术：
随着电力电子技术的不断发展，电网负载呈非线性的用户以及无功负载越来越多，例如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。这类负载的增多使得电网中谐波成分越来越严重，造成电网元件损耗增大，影响设备正常运行，更甚者引起电网局部谐振造成严重事故；而无功负荷的增大会造成电压跌落，损耗增加等问题。因此有一个纯净、优质的电网环境与供电质量既是电网运作部门同时也是负荷用户所共同期望的。但是目前的产品大部分还存在很多不足
I、有源电力滤波器和静止无功补偿器SVC都是单独使用，功能单一，不能同时实现滤 波和无功补偿的双重功能。2、有源电力滤波器常见的控制方法有PI控制，滞环控制等；采用PI控制时控制精度较差，补偿容量低时容易振荡而且PI参数较难以调节；滞环控制时环宽的设定对系统影响较大，环宽小时对开关管的频率要求也高，导致应用不是十分广泛。3、有源电力滤波器使用PI控制器本身控制精度就不高，一旦发生负载突变，谐波情况发生变化时，滤波效果尤其不理想，不能实现在线控制。4、静止无功补偿器SVC使用PI控制器，一旦无功负载变化，补偿效果不理想，也不能实现在线控制。5、一般的基波谐振注入式有源电力滤波器，其基波谐振注入支路在应用于高压时，基波谐振部分要承受很高的电压，容量较大，工程应用时造价太高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电力电子混合系统控制方法，实现延时补偿和在线控制，提高控制精度，并改善跟踪性能，降低电网的电能损耗，净化电网污染。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种电力电子混合系统控制方法，包括电力电子混合控制系统，电力电子混合控制系统包括有源电力滤波器、静止无功补偿器，所述静止无功补偿器包括无源电力滤波器组和晶闸管控制电抗器，有源电力滤波器、无源电力滤波器组、晶闸管控制电抗器依次并接入电网和与电网连接的负载之间，其特征在于，所述电力电子混合系统控制方法包括有源电力滤波器控制方法和静止无功补偿器控制方法
所述有源电力滤波器控制方法包括以下步骤
I)检测负载电流ha、lLb、&,，有源电力滤波器实际注入到三相电网中的电流^^^、lFhb、i'Fhc，计算负载谐波电流、hhb、lLhc ;2)利用;τ-史密斯预测器对系统进行的延时补偿，使得&与hha、 、Ζ1 κ之间相位差为180Q ；
3)使用PI控制器调节负载谐波电流％3、〗iWj和有源电力滤波器实际注入到三
相电网中的电流Zjjfta之间的误差，与三角波比较产生有源电力滤波器中IGBT
的驱动信号；
4)将PI调节后的信号和有源电力滤波器注入三相电网的电流作为预测神经网络的输入，得到预测值-JjPh^-i)表示s-i时刻滤波器注入到电网中的电流，^insi (β)表示神经网络预测得到的输出；
5)根据负载谐波电流2^^J-Ihb、hhc与有源电力滤波器实际注入的电流^ & Jfmj、Iphc之间的误差、PI调节后的信号《(S)的变化量和神经网络预测的输出⑷
，利用广域预测控制准则，计算PI控制器参数的更新值&、K1，实现PI控制器的在线调节;
所述静止无功补偿器控制方法包括以下步骤
1)检测负载电流、hb、lLc和三相电网电压Ma、Uh、Uc,计算三相电网的无功电流
ILqa 、iLqb 、iLqc ；
2)用PI控制器调节负载正常工作的额定电压设定为参考电压,参考电压4e/与
检测到的三相电网电压Mii Jib、％之间的误差用PI控制器调节，经线性化环节后，产生晶闸管控制电抗器中晶闸管的控制信号；
3)将PI调节后的信号ap；)和检测到的三相电网电压Mty、吒、UC作为预测神经网络的输入，得到预测的三相电网电压输出值；
4)根据PI调节后的信号liis)的变化量、参考电压Ae/和神经网络预测的输出，利用广
域预测控制准则，计算PI控制器的更新值KP、K1，实现PI控制器的在线调节。本发明的工作原理为所述混合电力电子混合系统由注入式有源电力滤波器，无源电力滤波器组PPF，晶闸管控制电抗器TCR组成。无源滤波器组承担了主要的特征次谐波滤除，注入式有源电力滤波器进行其余谐波的抑制，PPF和TCR构成静止无功补偿器SVC进行从感性到容性的无功补偿。所述混合电力电子系统的滤波器通过w-史密斯预测器进行延时补偿，通过神经网络预测有源电力滤波器的输出，广域预测控制准则计算PI控制器的更新值控制参数，实现在线控制；其静止无功补偿器通过神经网络预测电网电压，广域预测控制准则计算PI控制器的更新值，实现在线控制。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为本发明的电力电子系统混合了滤波器和无功补偿器，实现谐波抑制与无功补偿的双重功能；该混合电力电子系统的有源电力滤波器采用-史密斯预测器结构进行滤波延时补偿，滤波效果理想；该混合电力电子系统的有源电力滤波器采用神经网络进行预测输出，通过广域预测控制准则实现在线修改PI参数，控制精度大大提升，实现精确滤波；该混合电力电子系统的静止无功补偿器SVC采用神经网络进行预测电网电压，通过广域预测控制准则实现在线修改PI参数，控制精度大大提升，实现精确补偿。
图I为本发明一实施例电力电子混合系统结构不意 图2为本发明一实施例注入式有源滤波器系统控制原理 图3为本发明一实施例无功补偿器系统控制原理 图4为本发明一实施例预测神经网络训练原理 图5为本发明一实施例预测神经网络结构图； 图6为本发明一实施例PI参数更新流程图。
具体实施例方式如图I-图3所示，本发明电力电子混合控制系统包括有源电力滤波器、静止无功补偿器，所述静止无功补偿器包括无源电力滤波器组和晶闸管控制电抗器，有源电力滤波器、无源电力滤波器组、晶闸管控制电抗器依次并接入电网和与电网连接的负载之间，静止无功补偿器SVC由晶闸管控制电抗器TCR和无源电力滤波器PPF组成。无源电力滤波器PPF由几组单调谐滤波器组成。注入式有源电力滤波器由注入支路和有源电力滤波器组成，其中注入支路包括两组单调谐滤波器、一组高通滤波器和分压电感。这种注入支路既满足了补偿电流能够顺利注入电网，又降低了注入支路的成本。因为在35Kv高压下，采用基波谐振注入式时其注入支路基波容量很大，成本很高。注入式有源电力滤波器由可在线修改参数的PI控制器进行调节，经三角波调制后形成IGBT控制信号，神经网络预测有源电力滤波器的输出，通过广域预测控制准则进行PI参数的在线修正，实现精确控制，同时通过a -史密斯预测进行延时补偿。静止无功补偿器SVC由电压闭环控制，使用PI控制器进行调节，神经网络预测，广域预测控制准则在线修改PI控制器的参数。电力电子混合系统控制方法，包括对有源电力滤波器的控制和对静止无功补偿器的控制
其中对有源电力滤波器的控制，包括具体包括以下步骤
I)检测负载电流L、kb,注入式有源电力滤波器实际注入到电网中的电流^ ^、^Fhb、tphc ,计算负载谐波电流'^Lhb、lLhc。2)控制目标是实现、Imb、Ipkc =- lLha、- hhh、- lLhc ’即注入式有源电力滤波器输出的补偿电流与检测得到的负载谐波电流大小相等且方向相反，而系统本身存在延时，则通过TT -史密斯预测对系统进行的延时补偿，从而iMa、lMb、lFfic与
hka、lLhh、之间相位差为180Q，不必在指令电流中对检测得到的谐波进行反向，从而达到延时补偿的功能。3)负载侧谐波与有源电力滤波器实际注入的电流之间的误差使用PI调节，与三角波比较产生滤波器中IGBT的驱动信号。4)神经网络进行模型辨识，其辨识过程是以神经网络输出和采样得到滤波器注入电网电流之间的误差为依据进行权值修改的训练，直至误差在设定的范围内为止完成辨识过程。神经网络的输入具有单位延时环节，PI调节后的信号和滤波器注入电网的电流作为
预测神经网络的输入，得到预测值(β、。5)负载谐波^^与滤波器实际注入的电流·之间的误差、PI调节后的信号M(S)的变化量和神经网络预测的输出O)作为广域预测控制准则的输入，计算PI控
制器的参数的更新值^,实现PI控制器的在线调节。静止无功补偿器SVC控制方法主要步骤包括
ο检测负载电流和电网电压叫、％、私，计算电网中无功电流芯@、
^Lqb、ILqc。2)将用户负载正常工作的额定电压设定为参考电压％# ,参考电压与检测到电网电压之间的误差使用PI调节，经线性化环节后，形成晶闸管的控制信号。3) PI调节后的信号《(S)和检测到的电网电压作为预测神经网络的输入，得到预测的电网电压输出值。4)根据PI调节后的信号aisJ的变化量、参考电压和神经网络预测的输出，利
用广域预测控制准则，计算PI控制器的更新值Kp、Kj，实现PI控制器的在线调节。参见图3，延时补偿功能的实现滤波的原理就是检测负载侧中存在的谐波通过注入与它大小相等方向相反的电流使电网电流等于零的过程。Id =即
1PJj = ~ιΙ ι，ι 表不电网电流，iLh表不负载侧谐波电流，iFh表不有源电力滤波器注入到电网中的电流。但由于系统中是存在延时的，设其总延时环节为，只要提前补偿一个时间环节,则总延时就会变成e-13= e-瓜，即Ifk =kh —怒=- ,实现h与hh
之间的反向。具体实现步骤如下
I)先假定Gisv(S)、Gm(S)都是不存在延时的，以这种情形来设计控制器O 。则GfO)的闭环传递函数如下
[_jr . rr ...................................................................................................................................................................................................................................................
1+明*0^.(界_(5)
OM表示pi控制器的传递函数；
Giw(S)表示逆变器的传递函数；
GsM表示电流从逆变器输出到注入电网之间的传递函数；2)我们的目标是设计得到控制器
权利要求
1.一种电力电子混合系统控制方法,包括电力电子混合控制系统，电力电子混合控制系统包括有源电力滤波器、静止无功补偿器，所述静止无功补偿器包括无源电力滤波器组和晶闸管控制电抗器，有源电力滤波器、无源电力滤波器组、晶闸管控制电抗器依次并接入电网和与电网连接的负载之间，其特征在于，所述电力电子混合系统控制方法包括有源电力滤波器控制方法和静止无功补偿器控制方法 所述有源电力滤波器控制方法包括以下步骤 检测负载电流匕、hb,有源电力滤波器实际注入到三相电网中的电流％ > lFhc，计算负载谐波电流iIfcJ > Hhb > hhc ; 利用 I -史密斯预测器对系统进行的延时补偿，使得&^、与iLM、之间相位差为18 Oq ; 使用PI控制器调节负载谐波电流^^、hhb和有源电力滤波器实际注入到三相电网中的电流％ 、I馳、Imc之间的误差，与三角波比较产生有源电力滤波器中IGBT的驱动信号； 将PI调节后的信号和有源电力滤波器注入三相电网的电流作为预测神经网络的输入，得到预测值表示s-i时刻滤波器注入到电网中的电流表示神经网络预测得到的输出； 根据负载谐波电流、hhb、lLkc与有源电力滤波器实际注入的电流、lFhb、‘c之间的误差、PI调节后的信号W(S)的变化量和神经网络预测的输出，利用广域预测控制准则，计算PI控制器参数的更新值KP、K1，实现PI控制器的在线调节; 所述静止无功补偿器控制方法包括以下步骤 检测负载电流ka、hb、lLc和三相电网电压吣、、Me ,计算三相电网的无功电流ILqa、ILqb、I Lqc ； 负载正常工作的额定电压设定为参考电压,参考电压4e/与检测到的三相电网电压Jib、 &之间的误差用PI控制器调节，经线性化环节后，产生晶闸管控制电抗器中晶闸管的控制信号； 将PI调节后的信号HP)和检测到的三相电网电压1 、％、％作为预测神经网络的输入，得到预测的三相电网电压输出值； 根据PI调节后的信号的变化量、参考电压wre/和神经网络预测的输出，利用广域预测控制准则，计算PI控制器的更新值&、，实现PI控制器的在线调节。
2.根据权利要求I所述的电力电子混合系统控制方法，其特征在于，所述有源电力滤波器为注入式有源电力滤波器。
3.根据权利要求I所述的电力电子混合系统控制方法，其特征在于，所述广域预测控制准则的目标函数为 -7 = Σ U Cs+*) - (￡+^) Γ +Z^Nts+*-， 其中，邱为最小预测时域长度，N2为最大预测时域长度，Nli为控制时域长度，八(s+.t)为(s+k)时刻4的期望响应，Λ-μΟ + ΑΟ为(s+k)时刻神经网络预测的输出，Δ 0为J的控制变量，A为权值因子。
4.根据权利要求I所述的电力电子混合系统控制方法，其特征在于，所述无源电力滤波器组由若干组单调谐滤波器连接组成。
5.根据权利要求I所述的电力电子混合系统控制方法，其特征在于，所述计算PI控制器的更新值KP、K1的具体步骤为 O :利用Ziegler-Nichols整定方法确定PI控制器的参数；，Ki ； 2):设s=l，确定神经网络的输出；其中s表示当前时刻；3):计算期望值与预测值之间的误差，如果误差为零就保持PI控制器,Ki参数不变；如果误差不为零，进入4);其中期望值是计算出的需要补偿的谐波信号和无功信；预测值是神经网络预测的输出值； 4):利用=° ’确定蝴；其中咐=[Jc0 A1] ’知=& + Ki ; U1 = -Kf ;J为广域控繼则的目标函数； 5):将转换成PI控制器的参数Kp、Kj； 6):令s=s+l，跳到 3)。
全文摘要
本发明公开了一种电力电子混合系统控制方法，包括电力电子混合控制系统，电力电子混合控制系统包括有源电力滤波器、静止无功补偿器，所述静止无功补偿器包括无源电力滤波器组和晶闸管控制电抗器，有源电力滤波器、无源电力滤波器组、晶闸管控制电抗器依次并接入电网和与电网连接的负载之间，通过无源电力滤波器和有源电力滤波器的联合使用，进行高压母线的谐波抑制，通过静止无功补偿器进行无功补偿，实现了延时补偿和在线控制，提高了控制精度，并改善了跟踪性能，降低了电网的电能损耗，净化了电网污染。
文档编号H02J3/18GK102842909SQ20121033607
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者帅智康, 涂春鸣, 盘宏斌, 姚鹏, 蒋玲, 戴晓宗, 楚烺, 肖凡, 张杨 申请人:湖南大学