[發明專利]基于諧波電壓選擇補償的有源濾波器控制方法

有效

• 申請號: 201310389027.X
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103427421A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 韓楊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;G06F19/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

1.基于諧波電壓選擇補償的有源濾波器控制方法，具體包括如下步驟：

S1，以APF并網點的三相電壓UL為基準，建立基于自適應濾波的諧波電壓分解算法模型，實現各次諧波分量的檢測；利用檢測得到的各次諧波分量反饋得到的基波和各次諧波分量之和，并與實測系統電壓信號作差，然后通過閉環的積分迭代過程獲取各次諧波分量；

S2，根據S1獲得的各次諧波分量和基波分量，根據各次諧波含有率的大小，采用諧波增益自適應調整算法設計各次諧波電導增益，然后分別將各次諧波分量與各次諧波電導增益進行乘積運算，求和即獲得APF參考電流；

S3，將APF直流側電容電壓與參考電壓進行比較，對其誤差進行比例積分控制，形成電壓外環；根據S2獲得的APF參考電流與電壓外環的輸出值進行求和運算，將和運算的結果與APF輸出側的三相電流比較，對其誤差進行比例積分控制，形成電流內環，將電流內環的輸出值作為驅動和控制逆變器開關開通和關斷PWM脈沖信號，使得逆變器能夠實現諧波電壓的有效阻尼。

2.根據權利要求1所述的基于諧波電壓選擇補償的有源濾波器控制方法，其特征在于，步驟S1中建立基于自適應濾波的諧波電壓分解算法模型的具體過程為：

以A相電壓為例，記為v_sa(t)，由基波和各次諧波頻率的分量組成，設電壓信號U_La在第t_k個時段采樣值U_La(t_k)的傅立葉展開式為：

其中，A_n和分別為n次諧波分量的幅值和相角，ω₀為基波角頻率，H表示所計算的最高次諧波電壓的次數；

根據自適應濾波算法的原理，設輸入向量X_k和權向量W_k為：

X_k=[1,sinω₀t_k,cosω₀t_k,…,sinHω₀t_k,cosHω₀t_k]^T

Wk=[b0k,a1k,b1k,a2k,b2k,···,aHk,bHk]T]]>

其中，權系數a_h和b_h分別為h次諧波分量的兩個權系數，假設電壓采樣值v_sa在第k個采樣周期的平方誤差ε_k為：

ϵk=12(dk-XkTWk)2=12ek2=12(dk2-2dkXkTWk+WkTXkXkTWk)]]>

其中，d_k為第k步的預期輸出值，對上式兩端取數學期望，得到均方誤差ε：

ϵ=E[ϵk]=12E[dk2]-E[dkXkT]Wk+12WkTE[XkXkT]Wk]]>

設第k步的權系數向量W_k為恒定值，而自適應濾波算法的目標是尋找最優的權系數向量使得均方誤差ε最?。?/p>

令向量PT=E[dkXkT],]]>矩陣R=E[XkXkT],]]>分別如下：

P^T=E[(d_k,d_ksinω₀t_k,d_kcosω₀t_k,…,d_ksinHω₀t_k,d_kcosHω₀t_k)]

R=E[XkXkT]=E1···cosHω0tksinω0tk···sinω0tkcosHω0tk·········cosHω0tk···cosHω0tkcosHω0tk]]>

其中，R為實對稱矩陣，T為矩陣的轉置運算，即矩陣中第i行第j列元素與第j行第i列元素交換；ε是以權系數向量為自變量的二次函數，其梯度函數▽ε為：

▿ϵ=(∂ϵ∂b0k,∂ϵ∂a1k,∂ϵ∂b1k,···,∂ϵ∂aNk,∂ϵ∂bNk)T=-P+RWk]]>

▽ε是關于權系數的線性函數，當▽ε=0時獲得最優權向量則均方誤差ε的最小值ε_min為：

ϵmin=E[dk2]-R-1P]]>

則均方誤差ε可改寫為：

ϵ=ϵmin+(W-W^)TR(W-W^)]]>

對k步均方誤差ε_k直接求導得：

▿~ϵk=(∂ϵ∂b0k,∂ϵ∂a1k,∂ϵ∂b1k,···,∂ϵ∂aHk.∂ϵ∂bHk)T=ek(∂ek∂b0k,∂ek∂a1k,∂ek∂b1k,···,∂ek∂aHk∂ek∂bHk)=-ekXk]]>

其中，估計誤差e_k=d_k-s_k，因此，第k步和k+1步的權向量迭代關系式為：

Wk+1=Wk+μ(-▿~ϵk)=Wk+μekXk=Wk+μ(dk-sk)Xk]]>

其中，μ為預先設定的步長因子；

對兩端求數學期望得：

E[▿~ϵk]=-E[ekXk]=-E[dkXk-XkXkTWk]=RWk-P=▿ϵ]]>

上式表明可用作▽ε的無偏估計量；

根據遞推迭代過程獲得各次諧波分量的權系數a_h和b_h后，則在第t_k個時段h次重構電壓分量U_Lh(t_k)的表達式為：

ULh(tk)=ahksin(hω0tk)+bhkcos(hω0tk).]]>