一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法及系统

本发明属于电能质量及变流器控制，具体涉及一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法及系统。

背景技术：

1、在区域电能质量治理中，有源电力滤波器(active power filter,apf)是常见的用于治理谐波的电力电子设备。有源电力滤波器通过采集非线性负载的谐波电流分量，生成相应的谐波电流指令，输出对应的谐波电流，抵消负载电流中对应的谐波分量，从而消除注入电网中的谐波电流分量，达到滤波的效果。

2、谐波电流指令的生成是有源电力滤波器中的重要环节，直接关系到有源电力滤波器的谐波补偿效果。现有的谐波电流指令的生成方法主要有“傅里叶分解+滑窗滤波”以及“带通滤波器提取”，其中“傅里叶分解+滑窗滤波”数据多且运算量大，对控制器有较高的算力和存储空间要求；“带通滤波提取”则由于多个谐波通带重叠，存在谐波电流指令不精确的问题。

3、现有的谐波电流指令的生成方法难以满足有源电力滤波器快速精确的补偿谐波的要求，需要一种低运算量且高精度的谐波电流指令生成方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法及系统，利用多谐波矢量谐振控制器闭环反馈的方法，用于解决无法同时满足低运算量和高精度提取谐波电流的技术问题，实现了在较低运算量的情况下仍然能够较高精度生成各次谐波指令的效果。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，包括以下步骤：

4、s1、采样有源电力滤波器补偿点电压va，vb，vc，计算得到αβ静止坐标系下的补偿点电压vα，vβ；

5、s2、基于步骤s1得到的αβ静止坐标系下的补偿点电压vα，vβ计算有源电力滤波器补偿点电压频率ω；

6、s3、采样负载三相电流ila，ilb，ilc，计算得到αβ静止坐标系下的负载电流ilα，ilβ；

7、s4、将步骤s3得到的αβ静止坐标系下的负载电流ilα，ilβ与αβ静止坐标系下谐波电流指令之和∑ikα，∑ikβ作差，得到差值；

8、s5、根据步骤s2得到的有源电力滤波器补偿点电压频率ω和步骤s4得到的差值，得到k次谐波电流指令ikα，ikβ。

9、优选地，步骤s1中，αβ静止坐标系下的补偿点电压vα，vβ为：

10、。

11、

12、优选地，步骤s2中，有源电力滤波器补偿点电压频率ω计算如下：

13、ω＝ki_pll∫vq

14、其中，vq为有源电力滤波器的补偿点电压在同步旋转坐标系下的交轴分量，ki_pll为锁相环pi控制器的积分系数。

15、更优选地，有源电力滤波器的补偿点电压在同步旋转坐标系下的交轴分量vq为：

16、vq＝-sinθ·vα+cosθ·vβ

17、其中，θ为锁相环输出的有源电力滤波器补偿点电压相位。

18、再优选地，锁相环输出的有源电力滤波器补偿点电压相位θ为：

19、θ＝∫(ω+kp_pll·vq)

20、其中，kp_pll为锁相环pi控制器的比例系数。

21、优选地，步骤s3中，αβ静止坐标系下的负载电流ilα，ilβ计算如下：

22、。

23、

24、优选地，步骤s5中，k次谐波电流指令ikα，ikβ计算如下：

25、

26、其中，krk为k次谐波谐振控制器的系数。

27、第二方面，本发明实施例提供了一种有源电力滤波器谐波电流指令生成系统，包括：

28、电压模块，采样有源电力滤波器补偿点电压va，vb，vc，计算得到αβ静止坐标系下的补偿点电压vα，vβ；

29、频率模块，基于电压模块得到的αβ静止坐标系下的补偿点电压vα，vβ计算有源电力滤波器补偿点电压频率ω；

30、电流模块，采样负载三相电流ila，ilb，ilc，计算得到αβ静止坐标系下的负载电流ilα，ilβ；

31、差值模块，将电流模块得到的αβ静止坐标系下的负载电流ilα，ilβ与αβ静止坐标系下谐波电流指令之和∑ikα，∑ikβ作差，得到差值；

32、指令模块，根据频率模块得到的有源电力滤波器补偿点电压频率ω和电流模块得到的差值，得到k次谐波电流指令ikα，ikβ。

33、优选地，频率模块中，有源电力滤波器补偿点电压频率ω计算如下：

34、ω＝ki_pll∫vq

35、其中，vq为有源电力滤波器的补偿点电压在同步旋转坐标系下的交轴分量，ki_pll为锁相环pi控制器的积分系数。

36、优选地，指令模块中，k次谐波电流指令ikα，ikβ计算如下：

37、

38、其中，krk为k次谐波谐振控制器的系数。

39、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

40、一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，通过采样有源电力滤波器补偿点电压频率，用于负载电流和谐波电流指令之和做差后的各次谐波的谐振控制，生成各次谐波电流指令，再将谐波电流指令之和进行反馈，能够在低运算量的情况下高精度的生成各次谐波电流指令。

41、进一步的，采样有源电力滤波器补偿点电压vα，vβ，利用锁相环计算有源电力滤波器补偿点电压频率ω，由于获取ω只是为了能够纠正各次谐波谐振控制器的谐振频率，不需要ω有较快的动态变化，因此将锁相环的带宽设置的较低，使得有源电力滤波器有较好的稳定性。

42、进一步的，获取有源电力滤波器补偿点电压频率ω，再根据负载电流与谐波电流指令之和的差值作一定的乘法与积分运算即可得到各次谐波电流指令，计算量较小，对控制器的算力要求较低，有利于有源电力滤波器的成本降低。

43、进一步的，将生成的各次谐波电流指令反馈到与负载电流作差的环节，负反馈保证了在对各次谐波电流提取的时候能够抑制其他次谐波电流的影响，提取出的各次谐波电流具有较高精度。

44、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

45、综上所述，本发明稳定性好，运算量低，提取精度高，且控制结构简单易于实现，具有较为实际的工程应用价值。

46、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，步骤s1中，αβ静止坐标系下的补偿点电压vα，vβ为：

3.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，步骤s2中，有源电力滤波器补偿点电压频率ω计算如下：

4.根据权利要求3所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，有源电力滤波器的补偿点电压在同步旋转坐标系下的交轴分量vq为：

5.根据权利要求4所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，锁相环输出的有源电力滤波器补偿点电压相位θ为：

6.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，步骤s3中，αβ静止坐标系下的负载电流ilα，ilβ计算如下：

7.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成方法，其特征在于，步骤s5中，k次谐波电流指令ikα，ikβ计算如下：

8.一种有源电力滤波器谐波电流指令生成系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成系统，其特征在于，频率模块中，有源电力滤波器补偿点电压频率ω计算如下：

10.根据权利要求8所述的有源电力滤波器谐波电流指令生成系统，其特征在于，指令模块中，k次谐波电流指令ikα，ikβ计算如下：

技术总结
本发明公开了一种有源电力滤波器谐波电流指令生成方法及系统，利用矢量谐振器与反馈控制，使得在较低运算量的情况下能够高精度的生成各次谐波电流指令，解决了现有技术无法同时满足低运算量和高精度提取谐波电流的问题。本发明的控制方法跟踪控制精度高，运算量低，且控制结构简单易于实现，具有较为实际的工程应用价值。

技术研发人员：易皓,李雨果,姜鑫,于德硕,张志龙,谢懿晗
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24