[發(fā)明專利]有源濾波器電流預測滯環(huán)控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510840345.2
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105529709A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 王健;季昆玉;劉江東
• 申請（專利權）人: 國家電網(wǎng)公司;江蘇省電力公司;江蘇省電力公司泰州供電公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 泰州地益專利事務所 32108
• 代理人: 王楚云

技術領域

本發(fā)明涉及一種有源濾波器電流預測滯環(huán)控制方法，屬于電網(wǎng)的電能質量治理領 域。

背景技術

APF是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對不同大小 和頻率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收 固定頻率與大小的諧波而言，APF可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控 制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應，抵銷負載中相應電流，實現(xiàn)了動態(tài) 跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。

隨著我國日新月異的工業(yè)化進程，電網(wǎng)接入了大量的非線性和沖擊性負載，這些 負載產生的諧波、無功對電網(wǎng)的電能質量帶來了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無源濾波器、投切電容 器組等補償設備已無法滿足要求，而APF以其不受電網(wǎng)參數(shù)影響，可進行動態(tài)、快速精細化 補償?shù)葍?yōu)點，正在被廣泛的推廣。有源濾波器的補償效果，一方面取決于電流檢測算法的準 確性，另一方面取決于電流控制算法的性能。

常用的控制算法有滯環(huán)控制、電壓矢量控制、無差拍控制、預測控制等，這些算法 控制效果各有所長。電流滯環(huán)控制以其快速的動態(tài)響應、魯棒性好、有內在限流能力等優(yōu) 點，是工程應用最廣泛的控制算法。目前對滯環(huán)控制的研究主要在以下幾個方面：1）通過引 入頻率反饋，對開關頻率進行閉環(huán)控制，穩(wěn)定了開關頻率；2）根據(jù)開關頻率與環(huán)寬的函數(shù)關 系，采用可變環(huán)寬來實現(xiàn)定頻；3）利用控制器的過采樣算法穩(wěn)定了開關頻率，同時提高了控 制精度；4）在滯環(huán)控制中引入空間矢量控制，優(yōu)化了滯環(huán)控制的開關狀態(tài)。以上研究主要是 對滯環(huán)控制的開關頻率及開關狀態(tài)進行了優(yōu)化，而對滯環(huán)控制的精度研究較少。通過有源 濾波器的工程實踐應用，發(fā)現(xiàn)實際控制誤差無法完全控制在理論誤差范圍以內。本發(fā)明為 改善滯環(huán)控制的控制精度，將基于模型的電流預測方法和傳統(tǒng)滯環(huán)控制有機結合，提出一 種基于電流預測的APF滯環(huán)控制方法。該方法可提高有源濾波器的控制精度，具有很高的工 程實踐價值。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種有源濾波器電流預測滯環(huán)控制方法，用于電 網(wǎng)的電能質量的治理，包括如下步驟：

步驟1：提取電網(wǎng)相位和指令電流。運用鎖相環(huán)（PLL）提取電網(wǎng)相位；基于瞬時功率理論 的ip-iq法提取負載的諧波與無功電流；

步驟2：構建輸出電流預測模型。

由圖2其電路原理可知：

式中：分別為網(wǎng)側電壓，分別為逆變器輸出電壓，分別為逆變器輸出電流，為輸出側電感，為輸出側電阻。

定義每個橋臂的開關狀態(tài)為：

設三相電路是對稱的則

聯(lián)立方程組解出

化為

由于控制器只能處理離散的數(shù)據(jù)，因此將有源濾波器的模型離散化可得：

式中：，，分別為abc三相的實際采樣點電流，，，為每個橋臂的開關狀態(tài)。

k為某采樣時刻，為采樣周期。根據(jù)有源濾波器的離散模型可知，通過上一個采樣時刻的數(shù)據(jù)可推算出下一個采樣時刻的電流，以A相為例，k+1時刻的電流為：

式中：為a相的實際采樣點電流，為APF主電路中電容兩端電壓，，，為每個橋臂的開關狀態(tài)。

由于的值非常小，因此可以忽略，上式化簡為：

式中：為a相的實際采樣點電流，為APF主電路中電容兩端電壓，，，為每個橋臂的開關狀態(tài)。

由上式可知，若人為虛擬的設置一個周期替換采樣周期，仍將成立，改寫為：

式中：為a相的實際采樣點電流，為APF主電路中電容兩端電壓，，，為每個橋臂的開關狀態(tài)。

此時為經過時間之后的值，利用上式預測兩個采樣點之間的值。令，N為大于1的整數(shù)，，為實際采樣點，為預測值，則預測值與實際采樣點的關系如下：

式中：為實際采樣點電流，為電流預測值，為采樣周期，為電網(wǎng)電壓。

由于直流側電壓在一個采樣周期內基本保持穩(wěn)定，則

式中：為APF主電路中電容兩端電壓。