适用于电流定时比较控制的并联apf虚拟阻尼方法
【专利摘要】适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，涉及一种并联APF虚拟阻尼方法。为了解决并联APF的LCL输出滤波器加装阻尼电阻增加损耗而不加装又容易引起谐振的问题。本发明基于APF采用定时比较这种直接电流控制策略，从虚拟阻尼控制角度分析，引入新的指令电流分量，相当于在LCL输出滤波器中的电容支路并联接入一个仅针对电容电压谐波分量的阻值可调的虚拟电阻，取代真实的电阻，解决了加装阻尼电阻增加损耗的问题，同时增加的虚拟阻尼又能抑制谐振，提高系统稳定性。它适用于在并联APF中。
【专利说明】适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种并联APF虚拟阻尼方法。
【背景技术】
[0002] 通常，并联APF (有源电力滤波器，Active power filter)中LCL滤波器设计方法 是基于无源阻尼技术的，而APF在实际应用中滤波支路串联电阻发热严重，降低了系统的 效率。因此采用虚拟电阻技术全部或部分代替无源电阻的功能是一种不错的选择。
[0003] -般情况下，受APF的补偿目标及控制方法决定，APF的变换器连同近逆变器电抗 被等效为一个受控电流源，它通常采用基于数字控制器的定时比较控制策略。当LCL滤波 器处于无阻尼状态时，系统存在谐振点，对稳定性存在严重的影响。为避免系统发生谐振， 可以采用回避的策略，即令APF避开对谐振频率附近谐波分量的补偿，但APF的输出带宽范 围较大，尤其是当主要次谐波（如5次、7次、11次、13次）发生谐振时，此种处理方式必然 会导致APF的补偿精度大幅下降，严重影响系统的性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决并联APF的LCL输出滤波器加装阻尼电阻增加损耗而不 加装又容易引起谐振的问题，本发明提供一种适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻 尼方法。
[0005] 本发明的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，
[0006] 三相LCL输出滤波器作为APF的输出滤波器，它包括以下步骤：
[0007] 步骤一：将APF输出端公共点A、B、C三相电压ea、eb、e。经过锁相环PLL进行锁 相，获得A相电压基波相位ω t，从而获得与三相交流电网电压的A相电压同相位的单位正 弦信号sin ω t和单位余弦信号cos ω t ;
[0008] 步骤二：将APF的三相LCL输出滤波器中的A相电容电压uga、B相电容电压u gb和 C相电容电压ug。经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga 和 ug0 ;
[0009] 步骤三：将步骤一获得的A相电压基波相位ω t作为角速度矢量，对α β坐标系 下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga和ug0进行同步旋转坐标变换，获得三相LCL输出 滤波器中的电容电压的d轴分量u gd和q轴分量ugq ;
[0010] 步骤四：将步骤三获得的三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴分量ugd和q轴 分量IV经过低通滤波器LPF进行滤波，分别获得三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴 基波分量^^和q轴基波分量;
[0011] 步骤五：将步骤四获得的三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴基波分量和 q轴基波分量?分别与步骤一中获得的单位正弦信号sin ω t和单位余弦信号cos ω t进 行叠加，并经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容基波电压5和 usfi ;
[0012] 步骤六：将步骤五获得的电容基波电压^和^经两相变三相的变换后，获得三 相LCL输出滤波器中的A相电容基波电压tt ga、B相电容基波电压?和C相电容基波电压
[0013] 步骤七：将步骤二获得的A相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相电容电压u g。 分别与步骤六获得的A相电容基波电压、B相电容基波电压和C相电容基波电压 进行相减，获得三相LCL输出滤波器中的A相电容谐波电压?ζ、B相电容谐波电压?和C 相电容谐波电压;
[0014] 步骤八：将步骤七获得的Α相电容谐波电压€、Β相电容谐波电压^和C相电容 谐波电压分别乘以虚拟阻尼控制系数K，获得A相虚拟阻尼参考电流&、B相虚拟阻尼 参考电流4和C相虚拟阻尼参考电流C ;
[0015] 步骤九：将步骤八获得A相虚拟阻尼参考电流4、B相虚拟阻尼参考电流4和C相 虚拟阻尼参考电流4分别与负载电流检测出的A相谐波电流、B相谐波电流和C相谐波电 流相叠加作为APF的A相补偿参考电流、B相补偿参考电流和C相补偿参考电流。
[0016] 本发明的有益效果在于，本发明基于APF采用定时比较这种直接电流控制策略， 从虚拟阻尼控制角度分析，引入新的指令电流分量，相当于在LCL输出滤波器中的电容支 路并联接入一个仅针对电容电压谐波分量的阻值可调的虚拟电阻，取代真实的电阻，解决 了加装阻尼电阻增加损耗的问题，同时增加的虚拟阻尼又能抑制谐振，提高系统稳定性。阻 尼电阻的引入不仅降低了开关纹波的衰减率，而且其本身发热严重，大大降低了系统的效 率，同时增加的风机等散热设备更提高了系统的复杂度和成本。本发明的方法，兼顾无源阻 尼技术优点，克服其缺点，降低了设备的成本，提高了系统的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为【具体实施方式】一所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法 的原理不意图；
[0018] 图2为APF的LCL输出滤波器拓扑图；
[0019] 图3为无虚拟阻尼时电流波形图；
[0020] 图4为有虚拟阻尼时电流波形图。
【具体实施方式】
[0021]
【具体实施方式】一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的适用于电流定时 比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，三相LCL输出滤波器作为APF的输出滤波器，其特征在 于，它包括以下步骤：
[0022] 步骤一：将APF输出端公共点A、B、C三相电压ea、eb、e。经过锁相环PLL进行锁相， 获得A相电压u a的基波相位ω t，从而获得与三相交流电网电压的A相电压同相位的单位 正弦信号sin ω t和单位余弦信号cos ω t ;
[0023] 步骤二：将APF的三相LCL输出滤波器中的A相电容电压uga、B相电容电压u gb和 C相电容电压ug。经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga 和 ug0 ;
[0024] 步骤三：将步骤一获得的A相电压ua的基波相位ω t作为角速度矢量，对α β坐 标系下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga和ug0进行同步旋转坐标变换，获得三相LCL 输出滤波器中的电容电压的d轴分量ugd和q轴分量ugq ;
[0025] 步骤四：将步骤三获得的三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴分量ugd和q轴 分量IV经过低通滤波器LPF进行滤波，分别获得三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴 基波分量和q轴基波分量;
[0026] 步骤五：将步骤四获得的三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴基波分量和 q轴基波分量&分别与步骤一中获得的单位正弦信号sin ω t和单位余弦信号cos ω t进 行叠加，并经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容基波电压&和 118β ;
[0027] 步骤六：将步骤五获得的电容基波电压^和&经两相变三相的变换后，获得三 相LCL输出滤波器中的Α相电容基波电压\ 3、Β相电容基波电压％和C相电容基波电压 心；
[0028] 步骤七：将步骤二获得的A相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相电容电压u g。 分别与步骤六获得的A相电容基波电压、B相电容基波电压和C相电容基波电压 进行相减，获得三相LCL输出滤波器中的Α相电容谐波电压ζ、Β相电容谐波电压?ζ；和C 相电容谐波电压〃a.;
[0029] 步骤八：将步骤七获得的Α相电容谐波电压ξ；、Β相电容谐波电压和C相电容 谐波电压?ζ分别乘以虚拟阻尼控制系数K，获得A相虚拟阻尼参考电流&、B相虚拟阻尼参 考电流4和C相虚拟阻尼参考电流;
[0030] 步骤九：将步骤八获得A相虚拟阻尼参考电流C、B相虚拟阻尼参考电流4和C 相虚拟阻尼参考电流4分别与负载电流检测出的A相谐波电流、B相谐波电流和C相谐波 电流相叠加作为APF的A相补偿参考电流、B相补偿参考电流和C相补偿参考电流。
【具体实施方式】 [0031] 二：本实施方式是对一所述的适用于电流定时比较控 制的并联APF虚拟阻尼方法的进一步限定，步骤二中，将APF的三相LCL输出滤波器中的A 相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相电容电压ug。经三相变两相得到α β坐标系下三 相LCL输出滤波器中的电容电压uga和ug0的方法为：
[0032] A相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相电容电压u g。的表达式分别为：
[0033]
【权利要求】
1. 适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，三相LCL输出滤波器作为APF 的输出滤波器，其特征在于，它包括以下步骤： 步骤一：将APF输出端公共点A、B、C三相电压ea、eb、e。经过锁相环PLL进行锁相，获 得A相电压基波相位〇η，从而获得与三相交流电网电压的A相电压同相位的单位正弦信号 sin ω t和单位余弦信号cos ω t ; 步骤二：将APF的三相LCL输出滤波器中的A相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相 电容电压\。经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga和 步骤三：将步骤一获得的A相电压基波相位cot作为角速度矢量，对α β坐标系下三 相LCL输出滤波器中的电容电压uga和ug0进行同步旋转坐标变换，获得三相LCL输出滤波 器中的电容电压的d轴分量u gd和q轴分量ugq ; 步骤四：将步骤三获得的三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴分量ugd和q轴分量 ugq经过低通滤波器LPF进行滤波，分别获得三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴基波 分量*V和q轴基波分量〃w ; 步骤五：将步骤四获得的三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴基波分量和q轴 基波分量^分别与步骤一中获得的单位正弦信号sin ω t和单位余弦信号cos ω t进行叠 力口，并经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容基波电压f和 步骤六：将步骤五获得的电容基波电压&和6经两相变三相的变换后，获得三相 LCL输出滤波器中的A相电容基波电压〃#、B相电容基波电压和C相电容基波电压\ ; 步骤七：将步骤二获得的A相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相电容电压ug。分别 与步骤六获得的A相电容基波电压、B相电容基波电压和C相电容基波电压％,进行 相减，获得三相LCL输出滤波器中的A相电容谐波电压、B相电容谐波电压》^和C相电 容谐波电压? ; 步骤八：将步骤七获得的Α相电容谐波电压〃w、Β相电容谐波电压?ζ和C相电容谐波 电压?分别乘以虚拟阻尼控制系数Κ，获得Α相虚拟阻尼参考电流匕、:Β相虚拟阻尼参考电 流4和C相虚拟阻尼参考电流4 ; 步骤九：将步骤八获得Α相虚拟阻尼参考电流4、Β相虚拟阻尼参考电流7_;和C相虚 拟阻尼参考电流4分别与负载电流检测出的A相谐波电流、B相谐波电流和C相谐波电流 相叠加作为APF的A相补偿参考电流、B相补偿参考电流和C相补偿参考电流。
2. 根据权利要求1所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征 在于，步骤二中，将APF的三相LCL输出滤波器中的A相电容电压u ga、B相电容电压ugb和C 相电容电压ug。经三相变两相得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga和 ug0的方法为： A相电容电压uga、B相电容电压ugb和C相电容电压ug。的表达式分别为：
其中，％为η次谐波的初始相位，Un为η次谐波的幅值； 获得电容电压uga和uge的方法为：
3. 根据权利要求2所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征 在于，步骤三中，对α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容电压uga和ug0进行同步旋 转坐标变换，获得三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴分量u gd和q轴分量ugq的方法 为：
4. 根据权利要求3所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征 在于，步骤四中，获得三相LCL输出滤波器中的电容电压的d轴基波分量^和q轴基波分 量&的方法为：
其中，A为第1次谐波的幅值，炉1为第1次谐波的初始相位。
5. 根据权利要求4所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征 在于，步骤五中，得到α β坐标系下三相LCL输出滤波器中的电容基波电压$和&方法 为：
6. 根据权利要求5所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征 在于，步骤六中，获得三相LCL输出滤波器中的A相电容基波电压、8相电容基波电压 ?和C相电容基波电压&的方法为：
7. 根据权利要求6所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征 在于，步骤七中，获得三相LCL输出滤波器中的A相电容谐波电压?ζ、B相电容谐波电压 G和C相电容谐波电压/ζ的方法为：
8. 据权利要求7所述的适用于电流定时比较控制的并联APF虚拟阻尼方法，其特征在 于，步骤八中，获得Α相虚拟阻尼参考电流C、Β相虚拟阻尼参考电流4和C相虚拟阻尼参 考电流C的方法为：
k为虚拟阻尼控制系数。
【文档编号】H02J3/01GK104113066SQ201410390719
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】武健, 王北南, 孔繁宇, 刘金生, 贾远伟, 徐殿国, 何崇飞 申请人:哈尔滨同为电气股份有限公司