一种h桥三电平有源电力滤波器的控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电能质量控制技术领域，更具体地，涉及一种H桥三电平有源电力滤 波器的控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子器件的发展，电网中越来越多地接入了开关电源、整流负载等一系 列非线性负载，给电网带来了大量的谐波问题，在增加了线路损耗的同时，也威胁到了电网 的安全稳定运行。有源电力滤波器是解决此类电能质量问题的优选办法之一，能够补偿全 频点的谐波，并且补偿精度高，响应速度快。传统的有源电力滤波器大多采用两电平逆变 器，存在着直流母线电压高，du/dt大，选用功率器件额定电压高，输出电压波形质量低等问 题。
[0003] 基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器在相同电网电压等级的情况下，直流母 线电压降低了一半，因此选择的IGBT额定电压以及直流母线电容的额定电压均可以减小， 从而有利于在一定程度上降低装置的成本。但是由于这种拓扑的逆变器控制有三条直流 母线，因此其控制的复杂度较高，特别是如何保持三条直流母线电压的一致，是一个难题。 文献《零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧电压平衡控制》给出了用零序电压 注入和负序电压注入的方式来解决这一类拓扑的逆变器的直流母线电压不平衡问题，但是 这种方法需要逆变器输出一定的基波电流，而有源电力滤波器输出的电流大部分为谐波电 流。此外，传统的负载电流谐波检测方法通过提取dq轴的直流分量只相应地提取了负载电 流中的基波正序分量，而没有考虑到负序基波电流分量在dq轴坐标系下以两倍频分量存 在，因而所得到的谐波检测结果并不准确，同时，由于负序分量的存在给直流母线电压的相 间平衡带来了负面影响，降低了有源电力滤波器的谐波补偿精度。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种H桥三电平有源电力滤 波器的控制方法及系统，鲁棒性更高，与传统的基于负序电压注入的方法相比，不会影响电 流环的性能，与传统的基于零序电压注入的方法相比，其相间平衡控制的能力更强；此外， 消除了基波负序电流分量给直流母线电压相间平衡控制带来的不利影响，谐波检测的精度 更尚。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种H桥三电平有源电力滤波 器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006] (1)采样电网电压usa,usb和usc，通过锁相环求得电网电压相角wt，其中，usa,usb和 us。分别为A相、B相和C相电网电压；
[0007] (2)直流母线电压平均电压控制：采集三相直流母线电压udcA，udcB和udcC，得到三 相直流母线的平均电压^ =^^f ^ :，将"与给定的直流母线电压二求差，得 5 到Aud。，将Aud。输入PI控制器，得到d轴电流参考指令AP，其中，udrf，和u^分别为A相、B相和C相直流母线电压；
[0008] (3)直流母线电压相间平衡控制，进一步包括如下步骤：
[0009] (3-1)将采样得到的三相直流母线电压iw，1^和u^分别与三相直流母线的平 均电压"做差，得到Audrf，AUm和AUdcC;
[0010] (3-2)将Aud(：A，AujpAudrf；变换到a0 坐标系下，得到Au&jpAud(：p，将 Audca和Audc{^别输人a轴和0轴的PI调节器，得到APa和APp;
[0011] (3-3)将APa和AP^进行角度为2wt的Park变换，得到直流电压相间平衡所需 基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值/^和^,;
[0012] (4)负载电流谐波检测：检测负载谐波电流，并将其变换到正序dq轴坐标系下，得 到dq轴坐标系下的电流给定指令&和:匕3
[0013](5)有功无功电流解耦控制：利用电网电压usa，usb和us。，d轴电流参考指令AP， 基波负序电流在dq轴坐标系下对应的分量&，.和& ,以及dq轴坐标系下的电流给定指令 〇和^，根据H桥三电平有源电力滤波器的输出电流ia，ib和i。，得到逆变器的输出电压指 令'X和'，其中，ia，ib和i。分别为A相、B相和C相输出电流，?和分别为A相、B相和C相逆变器的输出电压指令；
[0014] (6)根据三相直流母线的电压udcA，udcB和udcC以及逆变器的输出电压指令和 W,%生成PWM信号，利用PWM信号控制IGBT的导通与关断。
[0015] 优选地，所述步骤（4)进一步包括如下步骤：
[0016] (4-1)将负载电流ila，4和ii。变换到正序dq轴坐标系下得到（和<，变换到负 序dq轴坐标系下得到/,,和^，其中，ila，4和ii。分别为A相、B相和C相负载电流；
[0017] (4-2)分别由益和|得到g和g，分别由巧和g得到$和g:将上一次中断周期 内计算得到的G和&进行角度为_2wt的Park变换后，分别与g和< 作差，所得结果分别 通过低通滤波器得到/rf+和将上一次中断周期内计算得到的4和^进行角度为2wt的 Park变换后，分别与6和&作差，所得结果分别通过低通滤波器得到^和^ ;
[0018] (4-3)将正序dq轴坐标系下的/j和$变换到abc坐标系下得到正序基波电流 和癌，将负序dq轴坐标系下的和/^变换到abc坐标系下得到负序基波电流 和$，由负载电流、正序基波电流和负序基波电流得到谐波电流iha，ihb和ih。分别为：
[0019]
[0020] 其中，iha，ih#Pih。分别为A相、B相和C相谐波电流；
[0021] (4-4)将谐波电流iha，^和ih。变换到正序dq轴坐标系下，得到dq轴坐标系下的 电流给定指令/二,和％!.P
[0022] 按照本发明的另一方面，提供了一种H桥三电平有源电力滤波器的控制系统，其 特征在于，包括：
[0023] 计算模块，用于采样电网电压usa，usjPus。，通过锁相环求得电网电压相角wt，其 中，usa，1^和us。分别为A相、B相和C相电网电压；
[0024] 直流母线电压平均电压控制模块，用于采集三相直流母线电压iw，和u^，得 到三相直流母线的平均电压
将与给定的直流母线电压^求 差，得到AUd。，将AuJi入PI控制器，得到d轴电流参考指令AP，其中，udrf，和u ^分 别为A相、B相和C相直流母线电压；
[0025] 直流母线电压相间平衡控制模块，进一步包括：
[0026] 第一平衡模块，用于将采样得到的三相直流母线电压udeA，udeB和u^分别与三相直 流母线的平均电压《&.做差，得到Aud(：A，Audd^PAud(：c;
[0027] 第二平衡模块，用于将AUd_AU&B和Au ^变换到a0坐标系下，得到Aud。。和 八4{5，将&1^。和& 1^。{!分别输入€[轴和0轴的？1调节器，得到&?。和&? {!;
[0028] 第三平衡模块，用于将APa和APp进行角度为2wt的Park变换，得到直流电压 相间平衡所需基波负序电流分量在正序dq轴坐标系下的值和;
[0029] 负载电流谐波检测模块，用于检测负载谐波电流，并将其变换到正序dq轴坐标系 下，得到dq轴坐标系下的电流给定指令;
[0030] 有功无功电流解耦控制模块，用于利用电网电压usa,usb和us。，d轴电流参考指令 AP，基波负序电流在dq轴坐标系下对应的分量&和,以及dq轴坐标系下的电流给定指 令纟^和^，根据H桥三电平有源电力滤波器的输出电流ia，ib和i。，得到逆变器的输出电 压指令和<，其中，ia,ib和i。分别为A相、B相和C相输出电流，和< 分别为A相、B相和C相逆变器的输出电压指令；
[0031] PWM控制模块，用于根据三相直流母线的电压iw，和u^以及逆变器的输出电 压指令和 <，生成PWM信号，利用PWM信号