无谐波检测控制三电平有源电力滤波器补偿电流计算方法与流程

本发明涉及电力电子装置控制技术领域，是一种基于无谐波检测控制三电平有源电力滤波器补偿电流计算方法，能够在无需电流传感器的条件下得到三电平有源电力滤波器的补偿电流。

背景技术：

随着电网谐波问题的日益严重，作为补偿无功及谐波的有源电力滤波器得到迅速发展，在工业生产中尤其在高压大功率交流电机变频调速领域，三电平有源电力滤波器是较为理想的谐波补偿装置。现有的三电平有源电力滤波器多是基于谐波检测方法，但该方法计算量较大，且相位有延时，最终会影响补偿效果。而基于无谐波检测的有源电力滤波器控制系统，由于计算量大大减小，没有相位延时，且降低了硬件成本，因此特别适合于以dsp等数字信号处理器为核心的三电平有源电力滤波器系统。

中点电位的控制是三电平有源电力滤波器的一个固有问题，现有的比较可靠的方法是利用有源电力滤波器输出补偿电流对中点电位的影响进行闭环控制。对于直接检测补偿电流的有谐波检测控制策略，此方法是方便而可行的，而无谐波检测控制策略不检测补偿电流，不能应用该方法。因此对无谐波检测控制的三电平有源电力滤波器的补偿电流计算具有重要意义。

技术实现要素：

本发明为了解决基于无谐波检测的三电平有源电力滤波器的中点电位调节问题，提出了一种有源电力滤波器补偿电流的计算方法，以便对中点电位进行控制。

本发明所采用的技术方案是：无谐波检测控制三电平有源电力滤波器补偿电流计算方法，按照如下的步骤进行

步骤一、依据该三电平有源电力滤波器开关管触发信号和直流侧电容c1、c2的电压得到有源电力滤波器端口电压uao、ubo、uco，其中uao为有源电力滤波器a相端口电压，ubo为有源电力滤波器b相端口电压、uco为有源电力滤波器c相端口电压；

步骤二、计算该三电平有源电力滤波器相电压。

uan＝uao-uno

ubn＝ubo-uno

ucn＝uco-uno

其中uan为有源电力滤波器a相相电压，ubn为有源电力滤波器b相相电压，ucn为有源电力滤波器c相相电压，uno为电源中点与直流侧电容c1、c2中点的电位差；

步骤三、计算滤波电感la、lb、lc上的电压

ula＝uan-ea

ulb＝ubn-eb

ulc＝ucn-ec

其中，ula为有源电力滤波器a相电感la电压，ulb为有源电力滤波器b相电感lb电压，ulc为有源电力滤波器c相电感lc电压，ea为电源a相电压，eb为电源b相电压ec为电源c相电压；

步骤四、计算电感电流即有源电力滤波器输出的初步补偿电流

其中l＝la＝lb＝lc，由于各个计算环节的延迟以及开关管的开通关断的延迟作用，实际的有源电力滤波器端口电压与uao、ubo、uco之间是有误差的，从而使算得的初步补偿电流存在不规则的偏移误差，ifa为a相初步补偿电流，ifb为b相初步补偿电流，ifc为c相初步补偿电流；

步骤五、将算得的所有相初步补偿电流通过级联信号延时消除(cdsc)模块处理，滤除无功及谐波分量，分别得到三相初步补偿电流的偏移量isa、isb、isc，三相初步补偿电流分别减去各自偏移量得到三相精确补偿电流，

ifa＝ifas-isa

ifb＝ifbs-isb

ifc＝ifcs-isc

其中，isa为a相初步补偿电流的偏移量，isb为b相初步补偿电流的偏移量，isc为c相初步补偿电流的偏移量，ifa为a相精确补偿电流，ifb为b相精确补偿电流，ifc为c相精确补偿电流。

本发明的有益效果是：

(1)在不增加硬件的条件下计算得到基于无谐波检测三电平有源电力滤波器的补偿电流，既保留了无谐波检测控制方式低成本的优点，还方便对中点电位的控制。

(2)该方法算法简单，易于实现，不影响原有的控制特性，适用于所有npc型和t型拓扑的无谐波检测三电平有源电力滤波器。

附图说明

图1为npc型并联三电平有源电力滤波器的拓扑结构图；

图2为整个系统的控制流程图；

图3为级联信号延时消除(cdsc)模块算法流程图；

图4为有源电力滤波器端口电压uao、ubo、uco；

图5为有源电力滤波器相电压uan、ubn、ucn；

图6为初步计算得到的有偏移的初步补偿电流ifas、ifbs、ifcs；

图7为利用cdsc模块滤波得到的初步补偿电流的偏移量isa、isb、isc；

图8为精确补偿电流ifa、ifb、ifc。

图4-图8不能使用带颜色的图，专利法规定必须使用黑白图。

具体实施方式

本发明提供一种基于无谐波检测的三电平apf补偿电流的计算方法，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

步骤一、如图1中sa1，sa2，sa3，sa4分别是a相的四个开关管，电容c1，c2将直流侧分为三个电平，即正电平p＝uc1，中电平o＝0，负电平n＝-uc2，uc1指电容c1电压，uc2指电容c2电压。开关管sa1，sa2，sa3，sa4的触发脉冲信号及其对应的a相端口电压如表1所示，1代表触发脉冲是高电平，即对应的开关管开通；0代表触发脉冲是低电平，即对应的开关管关断；如1100代表sa1，sa2开通，sa3，sa4关断，a相端口电压uao＝uc1；0110代表sa2，sa3开通，sa1，sa4关断，a相端口电压uao＝0；0011代表sa3，sa4开通，sa1，sa2关断，a相端口电压uao＝-uc2,。将npc型三电平拓扑的有源电力滤波器的三相触发脉冲信号送入逻辑判断模块，按如表1所示的端口电压与脉冲信号的对应关系得到有源电力滤波器端口电压uao，类同的可以得到b相端口电压ubo，c相端口电压uco，如图5所示。

表1有源电力滤波器端口电压

步骤二、端口电压以直流侧电容中点n为参考点，相电压以电源中点n为参考点，因此端口电压减去n与n的电位差就可得到相电压。将端口电压uao、ubo、uco输入算法为的加法器，加法器输出信号uno为电源中点与直流侧电容中点的电位差，端口电压uao、ubo、uco分别减去uno得到有源电力滤波器输出的相电压uan、ubn、ucn，如图6所示。

步骤三、有源电力滤波器相电压uan、ubn、ucn分别减去电源相电压ea、eb、ec得到电感电压ula、ulb、ulc。

步骤四、将电感电压ula、ulb、ulc输入积分器，积分器的传递函数为：(式中l＝la＝lb＝lc)，积分器的输出是有偏移的初步补偿电流ifas、ifbs、ifcs，如图6所示。

步骤五、将有偏移的初步补偿电流ifas、ifbs、ifcs输入级联信号延时消除(cdsc)模块，cdsc模块滤除了无功及谐波电流信号，输出初步补偿电流的偏移量isa、isb、isc，如图7所示。将三相初步补偿电流ifas、ifbs、ifcs分别减去偏移量isa、isb、isc，得到三相精确补偿电流ifa、ifb、ifc，如图8所示。级联信号延时消除(cdsc)模块的算法流程如图3所示，它的具体方式是将五个子模块串联，第一个子模块是将输入信号延时t/2(t为基波周期)，延时信号与输入信号相加并乘以1/2系数后输出。后四个子模块与第一个子模块结构相同，延时时间分别是t/4、t/8、t/16、t/32。