适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，涉及适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接 电流控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源日益匮乏，环境问题日益严重，清洁的可再生能源得到越来越多的 重视。因此分布式发电系统作为可再生能源的主要应用方式之一，在电网中的比例不断提 高。根据电网结构，电网的阻抗主要由低功率的变换器和配电线路阻抗决定。分布式电源 的增加使得电网在不同的运行条件下，阻抗不可忽略且在一个较宽的范围内变化，电网呈 现出弱电网特性。同时电力电子装置的广泛应用会给电网带来日益严重的电能污染，通常 应用有源电力滤波器（Active Power Filter即APF)进行治理。而对于弱电网，由于共连 接点（Point of Common Coupling即PCC)电压含有由谐波电流流过电网阻抗导致的背景 谐波，因此PCC电压通常表现为畸变不平衡。因此弱电网中应用APF进行电能质量的治理， 需要解决的问题是：APF能在PCC电压畸变不平衡以及发生频偏时，实时准确地检测谐波和 无功电流并进行补偿。
[0003] 对于谐波和无功电流的实时检测，目前应用最广泛的是瞬时无功功率理论 (Instantaneous Reactive Power Theory 即 IRP Theory)及其扩展方法和同步坐标系法 (Synchronous Reference Frame 即 SRF Method)。但是 IRP 理论不适用于 PCC 电压畸变不 平衡的状态。IRP的扩展方法和SRF法虽然不受电压畸变或不平衡状态影响，但需要检测正 序基波电压的实时相位。PCC电压的畸变不平衡给检测正序基波电压的实时相位带来了较 大的难度。目前较为先进的锁相技术虽然可以在一定程度上满足上述条件，但它们实现起 来大都比较复杂，需要精确的参数设计，而且会有一定的延迟，这些都不利于在工程上的实 际应用。
[0004] 通过消除检测延时来提高补偿动态性是APF的另一个主要研宄方向。采用自适应 非线性控制来消除系统检测延时对补偿效果的影响。采用重复控制器自动修正的方式来消 除延时的影响，但其动态响应速度较慢，无法在系统电流波动时满足补偿要求。采用模糊逻 辑控制器，滑膜控制器等智能算法进行预测控制来消除检测延时的影响。上述方法虽然有 效地消除了延时对于补偿效果的影响，但实现起来较为复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供了适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控制 方法，解决了传统直接电流控制在弱电网条件下无法准确补偿谐波和无功功率的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控 制方法，按照以下步骤实施：
[0007] 步骤1，采集弱电网系统PCC点处电压ea、eb和e。的瞬时值，逆变器直流侧电压V dc; 的瞬时值，负载电流U。的瞬时值，以及逆变器发出的电流i ^icJP i。。的瞬时值；
[0008] 步骤2,将采集到的ea、eb、e。、vd。、i la、込和U。的瞬时值，以及逆变器发出的电流 iM、U和i。。瞬时值经过调理电路处理后输入到DSP处理器中，通过A/D模块转换为数字信 ea、e^、ec、Vdc、i^、iix、ica、icb和 i cc;
[0009] 步骤3, DSP处理器通过对数字信号ea、eb、e。、vd。、ila、込和U。进行处理，得到有 源电力滤波器的指令电流信号i Mfa、iMfb、iMf。；
[0010] 步骤4, DSP处理器将指令电流信号irefa、irefb、irefc和数字信号i ca、icb和i cc进行 滞环比较，并控制DSP的PWM模块发出PWM波；
[0011] 步骤5,将DSP处理器发出的PWM波发送到逆变器的IGBT模块的驱动电路，控制逆 变器按照指令电流信号i Mfa、iMfb、iMf。发出电流，按照发出电流补偿弱电网系统中的谐波 和无功功率。
[0012] 本发明的特点还在于，
[0013] 步骤3中得到有源电力滤波器的指令电流信号具体按照以下步骤实施：
[0014] 1)系统PCC点电压和负载电流的瞬时值分别为：
[0017] 公式（1)、⑵中：m、n为谐波次数，+表示正序，-表示负序；《为角速度，t为时 间，K为正序m次谐波电压幅值，为负序m次谐波电压幅值，I为负序m次谐波电压的 初始相角，I,为正序m次谐波电压的初始相角，/"+为正序n次谐波电流幅值，为负序n次 谐波电流幅值，C为负序n次谐波电流的初始相角，< 为正序n次谐波电流的初始相角；
[0018] 2)将PCC点的电压和负载电流瞬时值转换为两相静止坐标系；
[0019] PCC点的电压在两相静止坐标系上的坐标值为：
[0021]
[0023] 3)根据两相静止坐标系与旋转坐标系之间的空间位置转换得到电压矢量、电流矢 量在旋转坐标系上的坐标值；
[0024] 电压矢量在旋转坐标系上的坐标值为：
[0029] 4)采用低通滤波器提取电压矢量在旋转坐标系上的坐标值，得到PCC点电压和负 载电流基波正序分量在旋转坐标系上的坐标值为：
[0031] 公式（7)中，尽+、（为基波正序电压、电流的幅值，为基波正序电压、电 流的初始相角，Y为xy坐标系的初相角；
[0032] 5)根据3)和4)中得到的电压、电流的基波正序分量在与基波正序电压同向同转 速的旋转坐标系上的坐标值，得到电压的基波正序分量与电流的基波正序分量之间的夹角 为 的+;
[0033] 再根据有功电流的定义得到有功电流，具体表达式如下：
[0036]则有功电流在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值为：
[0038] 6)根据直流侧电压与期望值的偏差，应用PI控制器得到电压控制所需的有功电 流ipd。，再根据3)和4)中得到的PCC点电压基波正序分量在旋转坐标系上的坐标值，将i pd。 也投影到xy坐标系，其坐标值分别为：
[0040] 将ipd。在xy坐标系上的分量分别加入到负载有功电流在xy轴坐标上的分量，则 系统消耗的有功电流在xy坐标系的坐标值为：
[0042] 7)将有功电流在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值进行矩阵 反变换得到有功电流的三相瞬时值分别为：
初相角；
[0045] 8)用采集到的负载电流三相瞬时值减去7)得到的系统有功电流的三相瞬时值， 即得有源电力滤波器的指令电流信号，
[0046]
[0047] 在PCC电压频率由《偏移到时，步骤3中得到有源电力滤波器的指令电流信 号具体按照以下步骤实施：
[0048] 1)系统PCC点电压和负载电流的瞬时值分别为：
[0051]公式（14)、（15)中，m、n为谐波次数，+表示正序，-表示负序；为角速度，t为 时间，K为正序m次谐波电压幅值，圮为负序m次谐波电压幅值，C1为负序m次谐波电压 的初始相角，^为正序m次谐波电压的初始相角，为正序n次谐波电流幅值，G为负序 n次谐波电流幅值，< 为负序n次谐波电流的初始相角，< 为正序n次谐波电流的初始相 角；
[0052] 2)将PCC点的电压和负载电流瞬时值转换为两相静止坐标系；
[0053] PCC点的电压