APF补偿容性非线性负载时避免发散的控制方法与流程

本发明涉及有源电力滤波器控制技术领域，特别涉及一种apf补偿容性非线性负载时避免发散的控制方法。

背景技术：

apf(activepowerfilter，有源电力滤波器)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿。之所以称为有源，是相对于只能被动吸收固定频率与大小的谐波的无源lc滤波器而言。apf可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

apf补偿谐波时，若负载中有电容器，一般要求apf的ct(currenttransformer，电流互感器)采样点不得包含电容电流，甚至要求电容器退出运行。对于用于无功补偿的自动投切电容器，根据其安装位置可采取不同的方案：一般电容器直接安装在变压器出口，此时ct可以直接采集不包含电容电流的负载电流；但某些情况下电容器安装在负载之中或者由于母排安装空间的限制只得用两组ct相减的方式得到不包含电容器的负载电流。

但是在某些工厂，例如生产自动投切电容器的厂家，调试时电容器的投切比较随机。某些产生谐波的设备本身内部交流侧含有电容器。对于上述情况，难以采集到不包含电容器的负载电流，apf进行谐波补偿时就会受到严重限制，apf进行谐波补偿时非常容易发散，造成保护频繁动作或导致设备损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种apf补偿容性非线性负载时避免发散的控制方法，以解决现有技术存在的apf进行谐波补偿时容易发散的问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种apf补偿容性非线性负载时避免发散的控制方法，其包括以下方法：步骤1，针对某次谐波，在开始补偿后，根据两个相邻工频周期采集得到的负载谐波电流和apf补偿电流，计算分流系数k值；步骤2，若|k|＞1，利用k值计算出不包含电容电流的谐波电流，并作为apf指令电流，实现稳定补偿某次谐波。

优选地，在步骤1中，计算分流系数k之后，若|k|＜1，直接将检测到的负载谐波电流作为apf指令电流输出。

优选地，在步骤1中，在步骤2中，il0表示不包含电容电流的负载谐波电流；其中，icn表示第n个周波的apf补偿电流，iln表示第n个周波的负载谐波电流，n为大于等于2的自然数。

分析可知，针对某些情况下，现场难以采集到不包含电容器的负载电流，apf进行谐波补偿时控制非常容易发散的问题，本发明针对某一次谐波，根据两个相邻工频周期采集得到的负载电流和apf补偿电流，计算分流系数k值；若k<1，apf可以稳定补偿谐波，则可以使用常规的补偿方式；若k>1，使用常规的补偿方式会导致控制发散，可利用k值计算出不包含电容电流的谐波电流作为apf指令电流，实现稳定补偿某次谐波。可见，本发明在无法采集到不包含电容器的负载电流时，仍然可以保证apf稳定补偿谐波而不会发散。

附图说明

图1为apf补偿谐波负载时采样电流包含电容电流的等效电路；

图2为本发明实施例的流程框图。

对图1所示的等效电路中各标记定义如下：

h：谐波电流源，g：电网，

il0：第一负载谐波电流(或称谐波电流源电流或称不包含电容电流的负载谐波电流)，

il：第二负载谐波电流{或称apf的ct采样点的负载谐波电流(包含电容电流)}，

ic：apf补偿电流，zs：等效阻抗(包括apf本身阻抗和电网阻抗)，

zc：电容支路的等效阻抗。

s1-s2：步骤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

在图1所示的等效电路中，针对某次谐波，电网g是工频电压源，可认为是短路，工频在中国为50hz，根据并联电路分流公式和叠加原理可得apf(也即有源电力滤波器apf)采样的负载谐波电流：

设：x＝(1－k)il0，则：il＝kic+(1-k)il0；il＝kic+x。

apf采用开环补偿方式，其指令电流(或称apf补偿电流指令)ic每周波更新一次，并为上一周波采集到的负载谐波电流il，即icn＝iln-1，换言之，(n-1)周波采集到的负载谐波电流iln-1作为n周波的指令电流，n为大于等于2的自然数。icn表示第n个周波的apf补偿电流，iln表示第n个周波的负载谐波电流(包含电容电流)。

此外，假定apf谐波提取及指令跟踪环节均为理想，即apf实际发出电流为采样到的负载谐波电流。

以下举例说明apf采样的负载谐波电流包含电容电流时的工作原理，下角标的数字即为开始补偿后第几个周波的数据。

开始补偿，需要说明的是，开始补偿前的那个周波标记为第0个周波，由于该周波下还未开始补偿，因此ic0＝0。

第1个周波：ic1＝il0＝kic0+x＝x，ic1＝x。

第2个周波：ic2＝il1＝kic1+x＝kx+x，ic2＝(k+1)x。

第3个周波：

ic3＝il2＝kic2+x＝k(k+1)x+x＝(k²+k+1)x，ic3＝(k²+k+1)x。

第n个周波(n＞3)：

icn＝iln-1＝k×icn-1+x＝(k^n-1+k^n-2+…+k+1)x，

icn＝(k^n-1+k^n-2+…+k+1)x。

利用等比数列求和公式，可得：

icn＝(1-kⁿ)il0。

若|k|＜1，apf发出的电流最终ic＝il0，此时，系统稳定补偿谐波。

若|k|＞1，apf发出的电流icn和包含电容电流的采样电流iln均随着n的增大将趋向于无穷大，造成过流保护动作或更为严重的事故。

因此，应采取抑制措施，并做如下推导：

根据采样得到的包含电容电流的负载谐波电流和apf补偿电流，计算实际的不包含电容电流的负载谐波电流作为apf补偿电流指令，即可避免控制不稳定，具体为：

k值的计算如下：

某一周波：iln＝kicn-1+(1-k)il0。

下一周波：iln+1＝kicn+(1-k)il0。

两式相减得：iln+1-iln＝kicn-kicn-1，

由公式：il＝kic+(1-k)il0，可得：

对应地，其带下角标的表达式为：由公式iln＝kicn-1+(1-k)il0，可得：il0的值为常数，其值大小并不随n的改变而改变。根据上一周波的il、ic以及之前计算得到的k可以直接求得谐波电流源的电流(或称不含电容电流的负载谐波电流)，将其作为apf的指令电流，此时：

由此可见，在这种控制方式下，il、ic均变为不包含电容电流的负载谐波电流，可以稳定补偿，不存在发散问题。

基于上述分析，采用本发明的如下步骤，即可解决控制发散的问题。

如图2所示，步骤1：针对某次谐波，在开始补偿后，根据两个相邻工频周期采集得到的负载谐波电流和apf补偿电流计算分流系数k值，下角标的数字即为第几个周波的数据。

其中

求得k值后，可进行下一步操作：将|k|＜1与1比较。

步骤2：若|k|＜1，apf可以稳定补偿谐波，可以使用常规的补偿方式，即直接将检测到的负载谐波电流作为apf指令；若|k|＞1，使用常规的补偿方式会导致控制发散，作为解决方案，可利用k值计算出不包含电容电流的谐波电流(或称谐波电流源电流)。

即：对应地，带下角标的公式为il0的值为常数，其值大小并不随n的改变而改变。将计算结果作为apf指令电流，可以实现稳定补偿某次谐波。

综上，本发明在无法采集到不包含电容器的负载电流时仍然可以保证apf稳定补偿谐波而不会发散。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。