[發(fā)明專利]基于時間微增量分解的有源濾波器無功與諧波補償方法

有效

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• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112670993B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設計）人: 王春生;何書航;曹原;劉子建
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 胡昌國

本發(fā)明公開了一種基于時間微增量分解的有源濾波器無功與諧波補償方法。本發(fā)明先將電壓向量由三相坐標系進行Clark變換到兩相旋轉坐標系；再經低通濾波器，濾除二次及以上諧波；引入時間微增量，并進行分解，得到關于α、β坐標系下電壓的共軛向量；共軛向量與原向量進行數學變換，得到電壓正序基波向量；進行Clark反變換到三相坐標系。通過設計時間微增量分解法中低通濾波器，調節(jié)電網電壓與負載電流正序基波分量的相位，從而調節(jié)有源濾波器輸出補償諧波電流與無功電流的相位，使有源濾波器直接對電網進行補償，而無需鎖相環(huán)。本發(fā)明不需要鎖相環(huán)，無需微分等復雜運算，延時小，精度高，可以得到需要補償的電網電流無功分量與諧波分量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種電壓電流不平衡且畸變的正序基波分量的提取方法與有源濾波器對電力系統的無功及諧波補償。

背景技術

目前，電力電子裝置在電力系統中的應用越來越廣泛，引發(fā)了許多電能質量問題，其中最顯著的是無功和諧波問題。針對這些電能質量問題，現有的補償設備有源型電力濾波器(Active power filter，APF)及統一電能質量調節(jié)器(Unified power qualityconditioner，UPQC)都需要利用逆變器對電網電壓電流正序基波分量進行檢測，才能實時有效的補償諧波、無功。因此，電網電壓電流正序基波分量的快速準確的提取對這些電能質量補償設備是至關重要的。

在無功補償方面，現有的有源濾波器對電力系統的無功補償及諧波補償都需要鎖相環(huán)來鎖定電網電壓的相位，使有源濾波器補償的電網無功電流與電網電壓相位相差90°，進行電網電流無功補償達到單位因數的效果。由于鎖相環(huán)的引進，使得系統結構和控制法法復雜。

同時，傳統同步旋轉坐標變換法的具體步驟是將三相電壓通過Park變換到同步旋轉坐標系下，正序及正序諧波分量會變換為比原分量低一次的分量，負序及負序諧波分量會變換為比原分量高一次的分量，原正序負序基波分量將被分別變換為直流分量及二次諧波分量；再經低通濾波器(LPF)可得到只含正序基波分量的直流分量。該方法不僅需要用到鎖相環(huán)(PLL)，在系統頻率波動和電網電壓波形畸變時會產生誤差，還需要使用截止頻率很低的低通濾波器，具有很高的延時。

現有的二階廣義積分器，用以構建α、β軸90°滯后的向量，再通過變換矩陣直接求得α、β軸下的正序基波分量。二階廣義積分器構建90°滯后的向量時，其濾波器模型是二階帶通濾波器，濾波效果不理想，且當開環(huán)增益一定時，其品質因數會隨輸入信號頻率的波動而波動。有方法利用正序基波提取器提取正序基波分量，雖然能夠平滑的提取出正序基波分量，但動態(tài)響應速度和濾波效果綜合性能不佳。

因此，需要改進善上述方法的不足，以解決正序基波分量提取時及有源濾波器控制方法復雜的問題。

發(fā)明內容

為了解決正序基波電壓提取時，延時高，誤差大，提取的波形含諧波等問題，本發(fā)明提出了一種無需鎖相環(huán)、僅需截止頻率較高的低通濾波器就可以達到誤差小且提取的波形含諧波少的目的。

本發(fā)明一種基于時間微增量分解的有源濾波器無功與諧波補償方法，具體步驟如下：

S1、電壓向量由三相坐標系進行Clark變換到兩相旋轉坐標系；

S2、通過低通濾波器，濾除二次及以上諧波，保留電壓正序負序基波分量；

S3、引入時間微增量，并進行分解，得到關于α、β坐標系下電壓的共軛向量；

引入時間微增量形式為：

入極小的時間微增量；U_α、U_β分別為經過低通濾波器后此刻α、β軸下的電壓向量；U₊、U_-分別為正序、負序基波電壓的幅值；分別為正序負序電壓的初相。

分解后得到的α、β坐標系下電壓的共軛向量的形式為：