基于直接功率控制的并联型电力滤波器的控制策略的制作方法

本发明涉及一种基于直接功率控制的并联型电力滤波器电路。
背景技术：
：髙速发展的现代电力电子技术使得越来越多的电力电子器件在电力系统中得到了应用，但是电力电子器件会产生大量谐波，严重污染电网电能质量，这就为有源电力滤波器的推广提供了市场。有源电力滤波器是电力系统中一种应用较为广泛的抑制谐波和无功补偿的设备，目前主要应用于电网中的谐波抑制和过滤。有源电力滤波器的控制策略有多种。直接功率控制系统具有更高的功率因数、低的thd、算法，且由于不需要电流环，只通过查表选择合适的电压矢量，拥有这优越的控制性能，在电机调速系统、有源滤波器等对整流器的动态性能要求高的应用场合得到广泛应用。然而，传统的直接功率控制算法，无法确定电网电压矢量的动态变化，因此，对环宽和采样频率有一定的要求，且系统的稳态误差大。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种由控制算法简单，且变流器开关状态变化相对较少，能稳定跟踪目标功率的基于直接功率控制的并联型电力滤波器策略。为了实现以上目的，本发明采用这样一种基于直接功率控制的并联型电力滤波器的控制策略，第一步：采集并网点电压、有源电力滤波器的输出电压及其输出电流，并且对这些变量进行坐标变换，得到所述的并网点电压的q轴分量和d轴分量，所述的有源电力滤波器的输出电压的q轴分量和d轴分量，有源电力滤波器的输出电流的q轴分量和d轴分量，并且测量平波电抗器的电感值和电阻值；第二步：由并网点电压和有源电力滤波器的输出电流计算所述的有源电力滤波器发出的瞬时有功功率和瞬时无功功率，并分别经各自的低通滤波器，输出所述的有源电力滤波器的瞬时有功功率的直流分量以及所述的有源电力滤波器的瞬时无功功率的直流分量；第三步：由上一步所得，按照所述的有源电力滤波器输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率随着输出电流而变化的规律，得到k+1周期的所述的有源电力滤波器的瞬时有功功率的预测值和瞬时无功功率的预测值，将所述的瞬时有功功率的预测值与瞬时有功功率的实际值进行比较，得到瞬时有功功率的误差量；将所述的瞬时无功功率的预测值与瞬时无功功率的实际值进行比较，得到瞬时无功功率的误差量；第四步：将直流母线电压的反馈值和预设值比较后作为直流侧电压控制信号接入瞬时有功功率的误差量的检测链路；第五步：将瞬时有功功率的误差量以及瞬时无功功率的误差量经滞环运算、离散化后分别得到d轴、q轴开关状态的控制信号；第六步：根据所述的d轴、q轴开关状态的控制信号以及并网点电压矢量所在的扇区，分别在开关表中查找相应的开关信号。与现有技术相比，本发明创造的有益技术效果在于：通过瞬时功率的预测模型，在每个控制周期预测瞬时有功功率和瞬时无功功率，并将以上预测值作为控制目标值，再根据开关控制信号和并网点电压矢量所在的扇区，选择调整电压矢量，在保证逐步缩小实际功率和目标功率之间的误差，达到跟踪目标功率的目的同时，又能保证瞬时有功功率和瞬时无功功率的变化达到最小，大大地减少了变流器中的开关次数。特别的，其中，所述的开关表如下表所示，spsqθ1θ2θ3θ4θ5θ611100110010011001101101100100110011011000100011100011100011100111000111000111000表中，sp＝1瞬时有功功率的实际值在滞环比较器的环宽内，需继续增加瞬时有功功率的输出；sp＝0瞬时有功功率的实际值在滞环比较器的环宽外，需停止输出瞬时有功功率的输出；sq＝1瞬时无功功率的实际值在滞环比较器的环宽内，需继续增加瞬时无功功率的输出；sq＝0瞬时无功功率的实际值在滞环比较器的环宽外，需停止输出瞬时无功功率；θ1～θ6依次表示电网电压矢量角度的十二个扇区0～π/3，π/3～2π/3，2π/3～π，π～4π/3，4π/3～5π/3，5π/3～2π。通过在调整电压矢量中加入了零矢量，在适应当前环宽的情况下，进一步地减少开关状态变化的频率。特别的，所述的第三步中的瞬时有功功率的预测值和瞬时无功功率的预测值由以下公式预测而得：其中pinj为瞬时有功功率值，qinj为瞬时无功功率值，lf为平波电抗器的电感值，rf为平波电抗器的电阻值，ω为电网角频率，vpcc,dvpcc,q为并网点电压值在d，q轴上的分量；icd为输出电流在d轴上的分量；vinv,dvpcc,q是输出电压在d，q轴上的分量。通过以上瞬时功率的预测模型，能够快速地运算出瞬时有功功率和瞬时无功功率跟随dic/dt在直轴分量和交轴分量的变化。附图说明图1是本发明并联有源电力滤波器的主电路图；图2是本发明并联有源电力滤波器的控制策略图；图3是本发明采用v1(100)矢量对瞬时功率变化的影响；图4是本发明采用v2(110)矢量对瞬时功率变化的影响；图5是本发明采用零矢量对瞬时功率变化的影响；图6是本发明中应用基于最小无功功率变化的开关策略选择的调整电压矢量对瞬时功率误差的影响。具体实施方式如图1～2所示，一种基于直接功率控制的并联型电力滤波器的控制策略，第一步：采集并网点电压vpcc、有源电力滤波器的输出电压vinv及其输出电流ic，并且对这些变量进行坐标变换，得到并网点电压的q轴分量vpcc,q和d轴分量vpcc,d，有源电力滤波器的输出电压的q轴分量vinv,q和d轴分量vinv,d，有源电力滤波器的输出电流的q轴分量ic,q和d轴分量ic,d，并且测量平波电抗器的电感值lf和电阻值rf；第二步：由并网点电压vinv和有源电力滤波器的输出电流ic计算有源电力滤波器发出的瞬时有功功率pinj和瞬时无功功率qinj，并分别经各自的低通滤波器，输出有源电力滤波器的瞬时有功功率的直流分量以及有源电力滤波器的瞬时无功功率的直流分量第三步：由上一步所得，按照有源电力滤波器输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率随着输出电流而变化的规律，得到k+1周期的有源电力滤波器的瞬时有功功率的预测值和瞬时无功功率的预测值，将瞬时有功功率的预测值pinj*与瞬时有功功率的实际值pinj进行比较，得到瞬时有功功率的误差量δpinj；将瞬时无功功率的预测值qinj*与瞬时无功功率的实际值qinj进行比较，得到瞬时无功功率的误差量δqinj；第四步：将直流母线电压的反馈值vdc和预设值vdc*比较后作为直流侧电压控制信号δvdc接入瞬时有功功率的误差量δpinj的检测链路；第五步：将瞬时有功功率的误差量δpinj以及瞬时无功功率的误差量δqinj经滞环运算、离散化后分别得到d轴、q轴开关状态的控制信号sp，sq；第六步：根据d轴、q轴开关状态的控制信号sp，sq以及并网点电压矢量vpcc所在的扇区，分别在开关表1中查找相应的开关信号。其中，第三步中的瞬时有功功率的预测值pinj*和瞬时无功功率的预测值qinj*由以下公式预测而得：其中pinj为瞬时有功功率值，qinj为瞬时无功功率值，lf为平波电抗器的电感值，rf为平波电抗器的电阻值，ω为电网角频率，vpcc,dvpcc,q为并网点电压值在d，q轴上的分量；icd为输出电流ic在d轴上的分量；vinv,dvinv,q是输出电压在d，q轴上的分量。从上面的等式可以确定，瞬时有功功率变化δpinj取决于dic/dt的直轴分量，而瞬时无功功率变化δqinj取决于dic/dt的交轴分量.结合上述等式，画出调整电压矢量v1、v2和0矢量对功率变化的影响示意图，如图3、4、5所示，不需要涉及传统的数学计算方法来确定功率变化的影响。表1是按最近相邻矢量策略而选择的调整电压矢量的，可以实现最小的瞬时无功功率变化。表1spsqθ1θ2θ3θ4θ5θ611100110010011001101101100100110011011000100011100011100011100111000111000111000表中，sp＝1瞬时有功功率的实际值在滞环比较器的环宽内，需继续增加瞬时有功功率的输出；sp＝0瞬时有功功率的实际值在滞环比较器的环宽外，需停止或减少输出瞬时有功功率的输出；sq＝1瞬时无功功率的实际值在滞环比较器的环宽内，需继续增加瞬时无功功率的输出；sq＝0瞬时无功功率的实际值在滞环比较器的环宽外，需停止或减少输出瞬时无功功率；θ1～θ6依次表示电网电压矢量角度的十二个扇区0～π/3，π/3～2π/3，2π/3～π，π～4π/3，4π/3～5π/3，5π/3～2π。从图6可以观察到零矢量000或111的应用将导致瞬时无功功率几乎没有变化或者变化可忽略不计，且可以减少开开关次数。在采用了本发明提出的改进的直接功率控制方法后，三相电流源的thd从26.3％降到了4.1％，谐波含量明显降低，且一个基波周期内开关频率降低到6.8khz，这比传统的直接功率控制小的多。当前第1页12