专利名称：船舶电网有源滤波控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电网电能质量控制领域，特别是涉及一种电力推进船舶微网具有小电网、大负载、强耦合、负载动态变化大以及频率波动大等特点的船舶电网有源滤波控制方法。
背景技术：
近年来，随着电子技术、半导体技术、交流调速理论和微机控制技术迅速发展，使交流电机的调速性能可以与直流电机调速性能相比拟，电力推进系统一般采用变频技术实现对推进电机的转速控制，以满足船舶不同工况对航速的要求。但是，无论采用何种形式的变频调速技术，在变频过程中功率开关元件的导通和关断造成电流波动和电压脉动，会使变频器的输入侧和输出侧出现程度不同的电流谐波和电压谐波，成为电力推进系统的谐波污染源。谐波将导致电力系统供电质量下降、电动机发热加剧、控制系统的控制信号波形畸变造成控制不准确甚至误动作等，从而影响电力推进系统的运行性能，甚至对电网的容量 选择与船舶安全运行造成很大影响。为此，船舶电力推进系统的谐波抑制已成为电力推进系统推广应用必须解决的关键技术之一。有源滤波器(Active Power Filter, APF)作为抑制谐波、改善电网电能质量的一项关键技术，并可以显著提高电力系统稳定性，被公认为是解决电力系统谐波问题的最有效手段之一。有源电力滤波器在日本、美国、德国等发达工业国家得到了日益广泛的应用，在国内的应用还没达到成熟阶段。随着半导体工业的发展，器件性能价格比不断提高，以及数字信号处理技术的不断进步，近年来有源滤波在国内陆上大电网不同电力系统中得到越来越多地的应用，发明人在实施本发明的过程中，发现现有的陆上有源滤波装置对电网参数动态变化跟踪效果不好，以致成为系统一个谐波源。现有陆上大电网的有源滤波技术一般采用基于电网频率固定不变的控制方法，存在对电网参数稳定性要求较高的缺点。而在船舶微网中，由于船舶电力系统的装机容量小，电力推进系统中大功率变频驱动装置产生的谐波对船舶电网污染问题更加严重，船舶电网电压和频率参数波动频繁，直接采用陆上大电网频率不变的有源滤波技术来解决船舶电网的谐波问题，效果往往不佳并可能导致全船失电事故，适用电力推进船舶微网有源滤波技术的相关理论及控制方法的研究至今还未取得突破性成果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效解决船舶电力推进系统的谐波污染问题、提高小电网电能质量及可靠性的船舶电网有源滤波控制方法，以促进电力推进系统在船舶中的应用。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是(暂略)
采用上述方案后，由于本发明采用LMP ( least mean p-power)自适应算法来跟踪陷波器参数，结合瞬时无功功率频率，实现频率变化较大小电网的谐波电流实时检测；检测电容直流电压和输出电流，结合空间矢量算法，提出了电流控制策略。本发明提出有源电力滤波控制方法，能实时精确检测电网频率，及时准确补偿谐波电流，提高小电网电能质量及可靠性。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图I是本发明提供的有源滤波控制方法的流程示意 图2是本发明提供的电流谐波实时检测的流程示意 图3是本发明提供的电流谐波实时检测的结构示意 图4是本发明提供的电流谐波指令获取流程示意图；
图5是本发明提供的输出反相电流谐波的流程示意 图6是本发明逆变器输出反相电流谐波的结构 图7是本发明当频率突降为50Hz时自适应算法的频率跟踪 图8是本发明当频率时按斜率变换时自适应算法的频率跟踪 图9是本发明系统电源频率为线性变化时负载输入端的电流波形 图10是本发明电源频率为线性变化时电源端的电流波形 图11是本发明电源电流谐波畸变的频谱图。
具体实施例方式如图I所示，本发明是一种船舶电网有源滤波控制方法，它包括以下步骤
I、获得实时谐波电流信号(I)对采集的电压信号进行自适应陷波器的运算，获得基波频率值；(2)在该基波频率上，结合逆变器电容电压信号的反馈，对所述的采集电流信号进行瞬时无功理论算法运算，获得基波电流信号；(3)将该基波电流信号与采集的电流信号相减，获得谐波信号。2、获得谐波电流指令信号(I)将逆变器输出电流信号与所得的实时谐波信号比较，修正并获得谐波指令信号；(2)将逆变器输出电流信号与所得的实时谐波信号进行相减，经过P I调节，修正实时谐波信号，获得谐波指令信号。3、获得所需的反相谐波电流(1)将谐波电流指令信号与设定的触发值相比，获得滞环控制输出的谐波电流信号，实现谐波电流的滞环控制，保证不会超出逆变元件的开关频率；(2)根据滞环控制输出的谐波电流信号，经过空间矢量脉宽调制算法，获得逆变驱动模块的驱动信号；(3)根据驱动信号控制逆变模块，获得所需的反相谐波电流。更为具体的，如图2所示。本发明步骤I采用直接型自适应IIR陷波器，该方法有两个参数，其中3为陷波器频率参数，K为陷波器带宽参数，这两者可以单独调节，通过调节陷波器频率参数P来跟踪电网频率的变化。二阶直接型IIR陷波器其传递函数为
F(z) 1+^7"*+7"2 H(z)=^ =——\ 2(I)
_+E^Z
设采样时间为-,令
Z = e^aT = CO SfafTji) + j)(2)当Z取零点值时，陷波器的频率响应为零。此时有
权利要求
1.一种船舶电网有源滤波控制方法，其特征在于它包括以下步骤(1)获得实时谐波信号采集电力推进系统的电流电压信号，对该信号进行自适应陷波器和瞬时无功理论算法运算(参见公式10)，结合逆变器电容电压信号的反馈，获得实时谐波信号；(2)获得谐波电流指令信号将逆变器输出电流信号与所得的实时谐波电流信号比较，修正并获得谐波电流指令信号；(3)获得所需的反相谐波电流谐波电流指令信号经滞环控制和空间矢量脉宽调制算法，获得的驱动信号驱动逆变模块，获得所需的反相谐波电流。
2.根据权利要求I所述的船舶电网有源滤波控制方法，其特征在于步骤(I)获得实时谐波信号包括以下步骤(11)对采集的电压信号进行自适应陷波器的运算，获得基波频率值；(12)在该基波频率上，结合逆变器电容电压信号的反馈，对所述的采集电流信号进行瞬时无功理论算法运算，获得基波电流信号；(13)将该基波电流信号与采集的电流信号相减，获得谐波信号。
3.根据权利要求I所述的船舶电网有源滤波控制方法，其特征在于步骤(2)获得谐波指令信号包括以下步骤(21)将逆变器输出电流信号与所得的实时谐波信号比较，修正并获得谐波指令信号；(22)将逆变器输出电流信号与所得的实时谐波信号进行相减，经过PI调节，修正实时谐波信号，获得谐波指令信号。
4.根据权利要求I所述的船舶电网有源滤波控制方法，其特征在于步骤(3)获得所需的反相谐波电流包括以下步骤(31)将谐波电流指令信号与设定的触发值相比，获得滞环控制输出的谐波电流信号，实现谐波电流的滞环控制，保证不会超出逆变元件的开关频率；(32)根据滞环控制输出的谐波电流信号，经过空间矢量脉宽调制算法，获得逆变驱动模块的驱动信号；(33)根据驱动信号控制逆变模块，获得所需的反相谐波电流。
全文摘要
本发明公开了了一种船舶电网有源滤波控制方法，它包括以下步骤采集电力推进系统的电流电压信号、进行对该信号进行自适应陷波器和瞬时无功理论算法运算，获得实时基波信号；将所采样的电流输入信号与所得的实时基波信号相减，获得谐波信号；该信号经滞环控制和空间矢量脉宽调制算法，获得的指令信号驱动逆变模块，获得所需的反相谐波电流。本发明解决了现有有源滤波对电网频率范围的限制问题，并具有直流电压利用率高、动态性能好等特点，拓广了有源滤波技术的应用领域。
文档编号H02J3/01GK102969716SQ20121041617
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者俞万能, 李素文, 吴德烽, 曾步辉, 郑闵颖 申请人:集美大学