專利名稱：基于雙側(cè)電壓信息的有源電力濾波器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于雙側(cè)電壓信息的有源電力濾波器的控制方法。
背景技術(shù)：
有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)作為動態(tài)抑制諧波電流和補償無功功率有效手段得到了廣泛關(guān)注。其基本原理是檢測出電網(wǎng)中的諧波電流，然后通過可控的功率半導體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，從而達到實時補償諧波電流的目的。APF的控制方法主要包括了諧波電流的檢測方法和補償電流控制算法兩個部分。當前APF的算法研究中，大都是以瞬時無功功率理論或其他檢測方法先計算出系統(tǒng)中的諧波電流，然后再進行相應(yīng)的控制。這種方法需要進行大量的數(shù)學運算，對APF的實時性能有·一定的影響。補償電流控制方法主要有三角載波調(diào)制法、電流滯環(huán)比較調(diào)制法和無差拍控制方法，存在諸如硬件實現(xiàn)復雜，計算量大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)APF控制算法運算量大、硬件實現(xiàn)復雜的缺點，提供了一種基于雙側(cè)電壓信息的有源電力濾波器的控制方法，該方法從瞬時有功和無功能量在系統(tǒng)中傳遞的角度出發(fā)，通過獲取交直流側(cè)電壓信息并進行數(shù)學計算，避開檢測有功、無功分量的繁瑣過程，直接對輸出的電流進行控制，快速、動態(tài)地實現(xiàn)抑制諧波電流或補償無功功率。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是基于雙側(cè)電壓信息的有源電力濾波器的控制方法，所述有源電力濾波器并聯(lián)連接在負荷點，所述控制方法包括下列步驟步驟I，對電源電壓進行采樣及存儲，并通過數(shù)字鎖相環(huán)對電源電壓鎖相，得到電源電壓的相位角，根據(jù)該相位角得到正弦值，并根據(jù)鎖相的波形確定工頻周波的起始點；步驟2，檢測APF的直流側(cè)電容電壓，將其與設(shè)定值經(jīng)過減法器比較后，進行采樣及隊列存儲，根據(jù)所述電源電壓的周期取所述直流側(cè)電容電壓的平均值；步驟3，在所述工頻周波的起始點，將所述直流側(cè)電容電壓的平均值進行PI (比例-積分)計算，從而輸出負荷的基波有功分量幅值；步驟4，將所述負荷的基波有功分量幅值與步驟I中得到的正弦值相乘，輸出負荷的基波有功電流；步驟5，采樣負荷的總電流，并經(jīng)過減法器減去所述負荷的基波有功電流，得到APF的參考電流，通過滯環(huán)比較方式直接控制變流器。上述的有源電力濾波器的控制方法，其中，所述步驟I中，所述工頻周波的起始點指電源電壓的一個周波的起始時刻。上述的有源電力濾波器的控制方法，其中，所述步驟2中，所述電源電壓的周期指
工頻周期。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明從瞬時有功和無功能量在系統(tǒng)中傳遞的角度出發(fā)，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入的有功能量為目標，通過獲取交直流側(cè)電壓信息并進行數(shù)學計算，直接對輸出的電流進行控制，可避開檢測有功和無功電流分量的繁瑣過程，簡化檢測諧波的過程，快速、動態(tài)地實現(xiàn)抑制諧波電流或補償無功功率，具有原理簡單，易于實現(xiàn)，動態(tài)性能好的特點。


圖I是單相并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的有源電力濾波器的控制方法的原理圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
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請參閱圖1，單相并聯(lián)型APF的基本結(jié)構(gòu)。圖中]^和％分別為非線性負載的有功功率和無功功率，Pa為APF工作時消耗的有功功率，Ws是電源輸出的能量，Wa是APF輸出的能量，Wl是負荷消耗的能量，Wc是APF的直流側(cè)電容C儲存的能量，Lm是APF輸出電抗器，Cm是APF輸出高頻濾波電容器，ic是APF輸出電流，iL是負荷電流，A1-A4構(gòu)成變流器的4個可控開關(guān)管，AC表示電源。本實施例中，以單相并聯(lián)型APF為例，當未采用APF時，非線性負荷使得系統(tǒng)電流is包含基波有功電流、基波無功電流和諧波電流分量。設(shè)電源電壓(電網(wǎng)電壓)us(t)為無畸變正弦波，則基波有功電流與基波電壓產(chǎn)生有功功率，其它電流與基波電壓產(chǎn)生無功功率。當采用并聯(lián)電壓型APF時，如果要求APF輸出有功功率，將會消耗直流側(cè)電容C上儲存的能量，使得直流側(cè)電容電壓Udc;(t)不斷下降。根據(jù)PWM變流器控制原理和功率平衡原理，直流側(cè)電容電壓UtJt)需要保持不變，則APF輸出的補償電流i。不能包含基波有功電流，而僅含有無功電流和諧波電流。因此，從有功和無功能量在APF中流動的角度出發(fā)，控制APF僅僅補償負荷產(chǎn)生的諧波電流和基波無功電流。則經(jīng)APF的補償后，電源只向負荷輸出功率有功功率&和向APF輸出變流器的損耗功率pA，而負荷需要的無功功率則由APF輸出，設(shè)電源電壓Us(t)=Us sin(cot), Us為固定值,貝U負荷的總電流如下式=+ cosfc/)+y/ sin(//ftr+0 )
"=2 ⑴式(I)中，I#是負荷總電流中的基波有功分量幅值；Iq是負荷總電流中的基波無功分量幅值；In是負荷總電流中的η次諧波分量幅值；θη是負荷總電流中的η次諧波分量相角。由于基波有功電流與基波電壓產(chǎn)生有功功率，其它電流與基波電壓產(chǎn)生無功功率。因此，負荷的總功率為
W,;(/)="、(/)/:,(/)=/), +CJ1 sin2(f{/)+/,// s\r(oj)co^aji)+yj\ ^ικ +θ!) ( 2 )
η=2電源的輸出功率為負荷有功功率和APF的損耗功率ρΑ之和
Ws (t) =pL+pA=IpLUssin2 (ω t) +IpAUssin2 (ω t) = (IpL+IpA) sin (ω t)Us(t) (3)其中，IpA為APF消耗的有功電流幅值，則APF的輸出功率為其輸出的無功功率與消耗的有功功率之差
權(quán)利要求
1.基于雙側(cè)電壓信息的有源電力濾波器的控制方法，所述有源電力濾波器并聯(lián)連接在負荷點，其特征在于，所述控制方法包括下列步驟 步驟I，對電源電壓進行采樣及存儲，并通過數(shù)字鎖相環(huán)對電源電壓鎖相，得到電源電壓的相位角，根據(jù)該相位角得到正弦值，并根據(jù)鎖相的波形確定工頻周波的起始點； 步驟2，檢測APF的直流側(cè)電容電壓，將其與設(shè)定值經(jīng)過減法器比較后，進行采樣及隊列存儲，根據(jù)所述電源電壓的周期取所述直流側(cè)電容電壓的平均值； 步驟3，在所述工頻周波的起始點，將所述直流側(cè)電容電壓的平均值進行PI計算，從而輸出負荷的基波有功分量幅值； 步驟4，將所述負荷的基波有功分量幅值與步驟I中得到的正弦值相乘，輸出負荷的基波有功電流； 步驟5，采樣負荷的總電流，并經(jīng)過減法器減去所述負荷的基波有功電流，得到APF的參考電流，通過滯環(huán)比較方式直接控制變流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有源電力濾波器的控制方法，其特征在于，所述步驟I中，所述工頻周波的起始點指電源電壓的一個周波的起始時刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有源電力濾波器的控制方法，其特征在于，所述步驟2中，所述電源電壓的周期指工頻周期。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙側(cè)電壓信息的有源電力濾波器的控制方法，包括通過數(shù)字鎖相環(huán)對采樣的電源電壓鎖相，得到相位角的正弦值以及工頻周波的起始點；將采樣的APF直流側(cè)電容電壓與設(shè)定值經(jīng)過減法器比較后，采樣存儲，根據(jù)電源電壓的周期取平均值；在工頻周波的起始點，將直流側(cè)電容電壓的平均值進行PI計算，輸出負荷的基波有功分量幅值；將負荷的基波有功分量幅值與電壓相位的正弦值相乘，輸出負荷的基波有功電流；將負荷的總電流減去負荷的基波有功電流，輸出負荷需要的補償電流，通過滯環(huán)比較的方式直接控制變流器。本發(fā)明從瞬時有功和無功能量在系統(tǒng)中傳遞的角度出發(fā)，避開檢測有功、無功分量的繁瑣過程，實現(xiàn)抑制諧波電流或補償無功功率。
文檔編號H02J3/01GK102790394SQ20121028264
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者何偉, 余志文, 盧婧婧, 庒駿鵬, 潘瑜, 艾芊, 蔣傳文, 解大, 賈玉健 申請人:上海信元瑞電氣有限公司