一种LCL型三相并联有源电力滤波器的新型控制方法与流程
本发明涉及三相并联有源电力滤波器技术领域，特别涉及一种lcl型三相并联有源电力滤波器的新型控制方法。
背景技术：
随着大量电力电子装置在电力系统中的广泛应用，非线性负载所引起的谐波畸变问题日益严重。谐波治理受到人们越来越多的重视。与无源滤波器相比，有源电力滤波器(activepowerfilter，apf)具有滤波特性好、体积小、应用灵活、不易于电网产生谐振等特点，成为电网谐波治理有效手段之一。
随着半导体技术的发展，apf正朝着大容量、高功率密度的方向发展。并网输出滤波器成为制约大容量apf发展的关键因素之一。与传统单电感滤波器相比，lcl型滤波器能以较小的电感量实现比较理想的开关纹波的抑制效果，在大功率应用场合使得apf系统成本明显降低，并且显著缩减了装置的体积。
补偿电流的跟踪性能是apf系统性能的重要指标之一。谐波电流含有多次高频交流信号，加之负载谐波的随机性，很实现快速准确的跟踪控制。目前，apf的补偿电流控制方法主要包括：滞环控制、无差拍控制以及pi控制。滞环控制响应快、不用载波，不含特定次数谐波，但是滞环带宽不易设置，功率器件的开关频率也不固定；无差拍控制具有动态响应快的特点，但是对系统参数依赖性强，抗干扰能力差；pi控制是广泛应用的一种成熟的控制方法，针对直流信号能够实现无稳态误差调节，但对于apf的谐波电流这种高频交流分量，跟踪效果不佳。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种lcl型三相并联有源电力滤波器的新型控制方法,包括以下步骤：
步骤1：建立lcl型有源电力滤波器系统；由主电路和控制电路组成：
主电路包括：电压型逆变器、输出滤波器lcl以及非线性负载；所述电压型逆变器直流侧为储能电容c；所述输出滤波器由逆变器侧电感l1、滤波电容c0以及网侧电感l2组成；所述非线性负载为三相不可控整流器带阻感性负载；电压型逆变器与输出滤波器串联之后与非线性负载并联接入电网；
控制电路包括谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、直流侧电压检测电路、锁相环电路、网侧电流检测电路、驱动电路以及直流电容电压控制器；网侧电流检测电路采用单网侧电感电流反馈，并在反馈回路中加入一阶高通滤波器，连接电流跟踪控制电路，通过单一变量控制法对参数进行优化选取；电流跟踪控制电路采用由多个新型广义积分器单元组成的选择性谐波补偿控制器，只在正序或者只在负序谐振频率处具有无限大增益，对相同频率的正负序信号具有选择性补偿的特性，并且可以分配不同的增益，实现三相系统中的正负序信号的独立解耦控制；两个谐振频率相同、相序相反的一阶广义积分器，并且增加阻尼项使得谐振频率处的无限增益变为可调的幅值增益，确保谐振频率点处apf的稳态跟踪性能；电流跟踪控制电路连接网侧电流检测电路、谐波电流检测电路和驱动电路,所述每个新型广义积分器单元由两个谐振频率相同、相序相反的一阶广义积分器组成，并且加入阻尼项；
步骤2：检测负载电流，根据瞬时无功功率理论经指令电流运算电路得到待补偿的指令电流；将指令电流送入电流跟踪控制电路产生驱动信号，驱动逆变器的发出补偿电流；
步骤3：检测电网电压，经锁相环电路获取电压相位信息；检测逆变器直流电容电压，直流电容参考值与该检测值的误差经pi调节，再与相位信息相乘，得到基波指令电流，对逆变器直流电容电压进行控制；
步骤4：检测网侧电感电流，对有源阻尼进行控制；
步骤5：对单网侧电感电流反馈的有源阻尼优化控制方法中的参数进行选取。
根据权利要求1所述的一种lcl型三相并联有源电力滤波器的新型控制方法，所述步骤五中参数选取的具体方法为：
建立lcl滤波器单网侧电感电流反馈的闭环传递函数模型，得到
对传递函数对应的特征方程进行等效变换得到
d(s)＝l1l2c0s(s+kωr)(s2+2ξωr+ωr)，
从而引入一个额外的实数极点；
对比传递函数对应的原特征方程和等效变换得到的特征方程，根据同次幂系数相等，kg，ωg可用新的参数k和ξ表示：
其中
根据伯德图可知，当k＝2ξ时，谐振峰抑制效果、系统稳定性最佳，从而kg和ωg都可用ξ表示，由此，多变量降为单一变量；
根据ξ取不同值时稳定裕度的变化情况，选取最佳的ξ值，从而确定kg和ωg的最优取值。
有益效果：
本发明采用基于单网侧电感电流反馈的有原阻尼优化控制方法对lcl谐振尖峰进行抑制，相比于单电流比例反馈，该方法通过在反馈通道加入一阶高通滤波器对低频区增益产生抑制作用，从而削弱有源阻尼反馈对低频率处稳定性的影响，保证了基波域下系统的稳定性；相比于传统双环电流控制的有源阻尼法，该方法仅需对网侧电感电流进行采样，减少了传感器的使用，提高了系统可靠性并降低了系统的成本；相比于仅根据稳定判据确定多变量反馈参数，该方法通过化多变量为单一变量进行参数选取，解决了多变量参数选取困难的问题。
本发明采用基于新型广义积分器的电流跟踪控制方法，相比于传统的二阶广义积分器在正序和负序谐振频率处同时具有无限大增益，该方法采用两个谐振频率相同、相序相反的一阶广义积分器，只在正序或者只在负序谐振频率处具有无限大增益，对相同频率的正负序信号具有选择性补偿的特性，实现三相系统中的正负序信号的独立解耦控制而无需进行坐标变换。
本发明采用基于新型广义积分器的电流跟踪控制方法，在新型广义积分器中加入阻尼项，相比于理想的一阶广义积分器在谐振频率处具有无限增益，该新型广义积分器具有幅值增益可调的特性，从而确保在该频率点处apf的稳态跟踪性能。
本发明采用基于新型广义积分器的电流跟踪控制方法，降低了控制算法的复杂程度，提高运算效率，并且解决了电网和负载不平衡情况下谐波补偿问题，提高补偿性能和应用的灵活性。
附图说明
图1是lcl型三相并联有源电力滤波器系统框图。
图2是新型广义积分器结构框图。
图3是选择性谐波补偿控制器结构框图。
图4是有源阻尼优化控制框图。
具体实施方式
一种lcl型三相并联有源电力滤波器的新型控制方法,包括以下步骤：
步骤1：建立如图1所示的lcl型有源电力滤波器系统；由主电路和控制电路组成：
主电路包括：电压型逆变器、输出滤波器lcl以及非线性负载；所述电压型逆变器直流侧为储能电容c；所述输出滤波器由逆变器侧电感l1、滤波电容c0以及网侧电感l2组成；所述非线性负载为三相不可控整流器带阻感性负载；电压型逆变器与输出滤波器串联之后与非线性负载并联接入电网；
控制电路包括谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、直流侧电压检测电路、锁相环电路、网侧电流检测电路、驱动电路以及直流电容电压控制器；网侧电流检测电路采用单网侧电感电流反馈，并在反馈回路中加入一阶高通滤波器，连接电流跟踪控制电路，通过单一变量控制法对参数进行优化选取；电流跟踪控制电路采用由多个新型广义积分器单元组成的选择性谐波补偿控制器，只在正序或者只在负序谐振频率处具有无限大增益，对相同频率的正负序信号具有选择性补偿的特性，并且可以分配不同的增益，实现三相系统中的正负序信号的独立解耦控制；在新型广义积分器单元中增加阻尼项，使得谐振频率处的无限增益变为可调的幅值增益，确保谐振频率点处apf的稳态跟踪性能；电流跟踪控制电路连接网侧电流检测电路、谐波电流检测电路和驱动电路,所述每个新型广义积分器单元由两个谐振频率相同、相序相反的一阶广义积分器组成，并且加入阻尼项；
通过谐波检测电路检测非线性负载谐波电流，得到待补偿的谐波指令电流
步骤2：检测负载电流，根据瞬时无功功率理论经指令电流运算电路得到待补偿的指令电流；将指令电流送入电流跟踪控制电路产生驱动信号，驱动逆变器的发出补偿电流。基于新型广义积分器选择性谐波补偿控制器应用在电流跟踪控制电路中，新型广义积分器如图2所示，选择性谐波补偿控制器结构为多个新型广义积分器单元并联组成，此外，为了在负载变化时，获得良好的动态补偿性能，在控制器中加入比例控制增益，如图3所示。
步骤3：检测电网电压，经锁相环电路获取电压相位信息；检测逆变器直流电容电压，直流电容参考值与该检测值的误差经pi调节，再与相位信息相乘，得到基波指令电流，对逆变器直流电容电压进行控制；
步骤4：检测网侧电感电流，对有源阻尼进行控制；有源阻尼控制框图如图4所示；
步骤5：对单网侧电感电流反馈的有源阻尼优化控制方法中的参数进行选取。
所述的一种lcl型三相并联有源电力滤波器的新型控制方法，所述步骤五中参数选取的具体方法为：
建立lcl滤波器单网侧电感电流反馈的闭环传递函数模型，得到
对传递函数对应的特征方程进行等效变换得到
d(s)＝l1l2c0s(s+kωr)(s2+2ξωr+ωr)，
从而引入一个额外的实数极点；
对比传递函数对应的原特征方程和等效变换得到的特征方程，根据同次幂系数相等，kg，ωg可用新的参数k和ξ表示：
其中
根据伯德图可知，当k＝2ξ时，谐振峰抑制效果、系统稳定性最佳，从而kg和ωg都可用ξ表示，由此，多变量降为单一变量；
根据ξ取不同值时稳定裕度的变化情况，选取最佳的ξ值，从而确定kg和ωg的最优取值。
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