三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法，提取出線路電流的諧波及負序和零序分量之和，作為控制的指令電流；有源濾波器交流側(cè)三相電流和中性線電流作為反饋電流，將指令電流和反饋電流分別經(jīng)abc-dqO變換后，對dqO軸各電流分量進行前饋解稱控制和dqO-abc變換輸出三相電壓；對中性線電流單獨進行補償控制。并通過直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制和直流側(cè)電壓均衡控制，實現(xiàn)直流側(cè)電壓均衡和直流側(cè)電壓穩(wěn)定的目的。本發(fā)明能夠有效地解決三相四線制中負載不平衡引起的中性線過流等問題，控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)實時補償，控制效果優(yōu)良。
【專利說明】三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種控制方法，具體涉及一種三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性 線電流的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 中國的低壓配網(wǎng)中，大多以三相四線制向用戶供電，如果大功率單相負載不均衡 接入三相電網(wǎng)或單相負荷的用電不同時性，這些將導(dǎo)致配網(wǎng)的三相不平衡。同時也將會帶 來一系列危害，例如，中性線電流過大導(dǎo)致線路燒毀、產(chǎn)生的零序電流給變壓器帶來損耗、 三相電壓不對稱等供電質(zhì)量問題等。
[0003] 解決上述負載三相不平衡帶來的中性線電流過大等問題，比較常用方法是采用有 源濾波器進行補償控制。從輸出電平個數(shù)方面分類，有源濾波器包括兩電平和三電平兩種 拓撲結(jié)構(gòu)；從橋臂個數(shù)方面分類，有源濾波器包括三橋臂和四橋臂兩種拓撲結(jié)構(gòu)。其中，三 電平拓撲結(jié)構(gòu)在目前的工程中常用，四橋臂拓撲結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)對中性線電流的獨立控制。因 此，采用三點平四橋臂有源濾波器對中性線電流進行補償控制，效果比較好。
[0004] 三電平四橋臂有源濾波器具有以下優(yōu)點：三電平型拓撲結(jié)構(gòu)比兩電平型拓撲結(jié) 構(gòu)，各開關(guān)器件承受的反向電壓低，且輸出波形更接近正弦波；四橋臂型拓撲，可以實現(xiàn)對 三相電流和中性線電流的獨立控制，分工明確，控制實現(xiàn)比較容易。采用三電平四橋臂拓撲 結(jié)構(gòu)，既經(jīng)濟又可靠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種三電平四橋臂有源濾波器補償配 網(wǎng)中性線電流的控制方法，能夠有效地解決三相四線制中負載不平衡引起的中性線過流等 問題，控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)實時補償，控制效果優(yōu)良。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法，所述 控制方法包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :直流電壓穩(wěn)定控制模塊輸出直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號，疊加到補償電流提 取模塊的瞬時有功電流直流分量巧上，完成直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制；
[0009] 步驟2 :直流側(cè)電壓均衡控制模塊輸出直流側(cè)電容均衡調(diào)節(jié)信號Λ id%疊加到電 流內(nèi)環(huán)控制模塊輸出的三相電壓信號Va Mf、Vb Mf、Ve Mf上，得到三相調(diào)制信號Vmef、Vtof、 V_f，完成直流側(cè)電壓的均衡控制；
[0010] 步驟3 :中性線電流反饋控制模塊輸出中性線電壓調(diào)制信號V_f;
[0011] 步驟4 :將Va,ef、Vb,ef、Vraef、V mef作為調(diào)制波輸入SPWM控制模塊，所述SPWM控制模 塊控制三電平四橋臂有源濾波器中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。
[0012] 所述直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制模塊中，將直流側(cè)電壓指令值Ude Mf與直流側(cè)電壓反饋 值ud。進行比較，并經(jīng)PI調(diào)節(jié)，最后輸出直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Λ id。
[0013] 所述補償電流提取模塊中，三相線路電流IA、IB、I。包括零序電流分量L，將剔除I。 的三相線路電流Ι Α1、ΙΒ1、Ια經(jīng)abc-dq變換，得到瞬時有功電流Id和瞬時無功電流I,，再經(jīng) 過低通濾波器，得到瞬時有功電流直流分量&和瞬時無功電流的直流分量&，且&、G對應(yīng) IA、IB、Ic的基波正序分量err_A、err_B、err_C ; &與直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制模塊輸出的直流 側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Δ id疊加；從IA、IB、I。中分別減去err_A、err_B、err_C，即可得到I A、IB、 I。中的諧波、負序和零序分量之和I_f、IbMf、I。#，即補償電流提取模塊輸出的指令電流。
[0014] 所述直流側(cè)電壓均衡控制模塊中，將三電平四橋臂有源濾波器的上橋臂電容電壓 值udcai和下橋臂電容電壓值u dc;_12進行比較，并經(jīng)過PI調(diào)解，最后輸出直流側(cè)電容均衡調(diào) 節(jié)信號Λ i/。
[0015] 所述電流內(nèi)環(huán)控制模塊中，補償電流提取模塊輸出的指令電流Ia,ef、I b,ef、Iraef和 三相反饋電流 Ia-。。_、Ib-。卿、I。-。。_ 分別經(jīng) abc-dqo 變換，得到 Iref-d、Iref-q、Iref-?和 1。琴-d、Iconip- q、Icomp-0' Iref-d、Iref-q、Iref-0 和I_p_d、I_p_q、1。__。經(jīng)過前饋解耦控制模塊后，輸出 Vdref、Vqref、 VQ,ef，再經(jīng)過dq〇-abC變換，得到電流內(nèi)環(huán)控制模塊輸出的三相電壓信號V a ,ef、Vb ,ef、V。,ef。
[0016] 所述前饋解耦控制模塊中，先將 Iref-d Icomp_d、^ref_q Icomp_q、Iref-0 與1。__。分別 進行比較后，再經(jīng)過PI調(diào)節(jié)；再將三相并網(wǎng)電壓Ea ramp、Eb _p、E。。_經(jīng)abc-dqo變換后得到 Ed-c〇mp、Ε"πρ、EQ- ramp，經(jīng)d、q軸交叉解耦和Ed-與Ε"πρ的前饋控制，得到Vdref和V qref，將 EcL。。mp前饋控制，得到Vεf。
[0017] 所述中性線電流反饋控制模塊中，將中性線電流指令值In_Mf與中性線電流反饋值 In__p比較，并經(jīng)PI調(diào)節(jié)，輸出中性線電壓調(diào)制信號作為第四橋臂PWM控制的調(diào)制波。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0019] 1)考慮了三相四線制存在零序電流的特殊性；
[0020] 2)指令電流檢測算法不受電網(wǎng)波形畸變的影響；
[0021] 3)能夠?qū)崿F(xiàn)電流快速跟蹤控制；實現(xiàn)對中性線電流的單獨控制，受其他各相電流 控制的影響較小；
[0022] 4)能夠保證直流側(cè)電壓穩(wěn)定及直流側(cè)兩電容電壓均衡，提高了系統(tǒng)的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明實施例中三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方 法示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實施例中補償電流提取模塊框圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實施例中電流內(nèi)環(huán)控制模塊框圖；
[0026] 圖4是本發(fā)明實施例中三電平四橋臂有源濾波器主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖5是本發(fā)明實施例中abc-dq坐標變換示意圖；
[0028] 圖6是本發(fā)明實施例中SPWM控制模塊框圖；

【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0030] 如圖1，本發(fā)明提供一種三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方 法，所述控制方法包括以下步驟：
[0031] 步驟1 :直流電壓穩(wěn)定控制模塊輸出直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Aid，疊加到補償電流提 取模塊的瞬時有功電流直流分量巧上，完成直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制；
[0032] 步驟2 :直流側(cè)電壓均衡控制模塊輸出直流側(cè)電容均衡調(diào)節(jié)信號Λ id%疊加到電 流內(nèi)環(huán)控制模塊輸出的三相電壓信號Va Mf、Vb Mf、Ve Mf上，得到三相調(diào)制信號Vmef、Vtof、 V_f，完成直流側(cè)電壓的均衡控制；
[0033] 步驟3 :中性線電流反饋控制模塊輸出中性線電壓調(diào)制信號V_f ;
[0034] 步驟4 :將VaMf、Vfcef、V_f、Vmef作為調(diào)制波輸入SPWM控制模塊（如圖6)，所述SPWM 控制模塊控制三電平四橋臂有源濾波器中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。
[0035] 所述直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制模塊中，將直流側(cè)電壓指令值Udc; Mf與直流側(cè)電壓反饋 值ud。進行比較，并經(jīng)PI調(diào)節(jié)，最后輸出直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Λ id。
[0036] 如圖2(PLLtheta為鎖相角），所述補償電流提取模塊中，三相線路電流14、1^1。包 括零序電流分量1〇,將剔除的三相線路電流I A1、IB1、IC1經(jīng)abc-dq變換，得到瞬時有功電 流、和瞬時無功電流I,，再經(jīng)過低通濾波器，得到瞬時有功電流直流分量G和瞬時無功電 流的直流分量&，且乙、G對應(yīng)IA、IB、I。的基波正序分量err_A、err_B、err_C ; &與直流側(cè) 電壓穩(wěn)定控制模塊輸出的直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Λ id疊加；從IA、IB、I。中分別減去err_A、 err_B、err_C，即可得到IA、IB、I。中的諧波、負序和零序分量之和Imrf、I bMf、，即補償電 流提取模塊輸出的指令電流。
[0037] 所述直流側(cè)電壓均衡控制模塊中，將三電平四橋臂有源濾波器的上橋臂電容電壓 值Udcai和下橋臂電容電壓值udc;_12進行比較，并經(jīng)過PI調(diào)解，最后輸出直流側(cè)電容均衡調(diào) 節(jié)信號Λ i/。
[0038] 如圖4,所述電流內(nèi)環(huán)控制模塊中，補償電流提取模塊輸出的指令電流IaMf、I bMf、 Iraef 和三相反饋電流 Ia__p、Ib__p、1。_。_ 分別經(jīng) abc-dqO 變換，得到 Iref d、Iraf (1、Iraf (l 和 I_p_ d、I comp-q、I comp-0，Iref-d、Iref-q、Iref-0 矛口 Icomp-d、Icomp-q、Icomp-0 經(jīng)過前饋解耦控制模塊后，輸出 Vdref、 v#、Vef，再經(jīng)過dq〇-abC變換，得到電流內(nèi)環(huán)控制模塊輸出的三相電壓信號Va Mf、Vb Mf、 Vc-ref。
[0039] 所述前饋解耦控制模塊中，先將 Iref-d Icomp_d、^ref_q Icomp_q、Iref-0 與1。__。分別 進行比較后，再經(jīng)過PI調(diào)節(jié)；再將三相并網(wǎng)電壓Ea ramp、Eb _p、E。。_經(jīng)abc-dqo變換后得到 Ed-c〇mp、Ε"πρ、EQ- ramp，經(jīng)d、q軸交叉解耦和Ed-與Ε"πρ的前饋控制，得到Vdref和V qref，將 EcL。。mp前饋控制，得到Vεf。
[0040] 圖5是三電平四橋臂有源濾波器主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖，主要有三電平四橋臂逆變 器、濾波電感、直流側(cè)電容構(gòu)成，接入配網(wǎng)380V線路上。
[0041] 三電平四橋臂有源濾波器主電路的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)如下：
[0042] 如果定義單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)為：
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法，其特征在于：所述控制 方法包括以下步驟： 步驟1 :直流電壓穩(wěn)定控制模塊輸出直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Aid，疊加到補償電流提取模 塊的瞬時有功電流直流分量上，完成直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制； 步驟2 :直流側(cè)電壓均衡控制模塊輸出直流側(cè)電容均衡調(diào)節(jié)信號△ i/，疊加到電流內(nèi) 環(huán)控制模塊輸出的三相電壓信號Va_,ef、Vb_,ef、V e_,ef上，得到三相調(diào)制信號Va,ef、Vb, ef、Vraef，完 成直流側(cè)電壓的均衡控制； 步驟3 :中性線電流反饋控制模塊輸出中性線電壓調(diào)制信號V_f ; 步驟4 :將VaMf、VbMf、V_f、作為調(diào)制波輸入SPWM控制模塊，所述SPWM控制模塊控 制三電平四橋臂有源濾波器中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法， 其特征在于：所述直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制模塊中，將直流側(cè)電壓指令值U d。與直流側(cè)電壓反 饋值Ud。進行比較，并經(jīng)ΡΙ調(diào)節(jié)，最后輸出直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號Λ id。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法， 其特征在于：所述補償電流提取模塊中，三相線路電流I A、IB、I。包括零序電流分量L，將剔 除L的三相線路電流ΙΑ1、Ι Β1、Ια經(jīng)abc-dq變換，得到瞬時有功電流Id和瞬時無功電流I,， 再經(jīng)過低通濾波器，得到瞬時有功電流直流分量G和瞬時無功電流的直流分量&，且巧、G 對應(yīng)IA、IB、I。的基波正序分量err_A、err_B、err_C ; /1與直流側(cè)電壓穩(wěn)定控制模塊輸出的 直流側(cè)電壓調(diào)節(jié)信號八；[(1疊加；從]^、113、1。中分別減去61'1'_4、61'1'_8、61'1'_(：，即可得到]^、 IB、I。中的諧波、負序和零序分量之和IaMf、IbMf、I。#，即補償電流提取模塊輸出的指令電 流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法， 其特征在于：所述直流側(cè)電壓均衡控制模塊中，將三電平四橋臂有源濾波器的上橋臂電容 電壓值U dcai和下橋臂電容電壓值UdcJ2進行比較，并經(jīng)過PI調(diào)解，最后輸出直流側(cè)電容均 衡調(diào)節(jié)信號Λ i/。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法， 其特征在于：所述電流內(nèi)環(huán)控制模塊中，補償電流提取模塊輸出的指令電流I aMf、IbMf、I_f 和三相反饋電流Ia__p、Ib__p、1。_。。_分別經(jīng)abc-dqO變換，得到I raf d、I?J、Iraf (l和I_p d、 Icomp-q、Icomp-0，Iref-d、Iref-q、Iref-0 矛口 Icomp-d、Icomp-q、 I_PJ1經(jīng)過前饋解耦控制模塊后，輸出 Vdref、 v#、Vef，再經(jīng)過dq〇-abC變換，得到電流內(nèi)環(huán)控制模塊輸出的三相電壓信號Va Mf、Vb Mf、 Vc-ref。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法， 其特征在于：所述前饋解耦控制模塊中，先將I Mf_d與I_p_d、IMf_ q與與I_PJI分 別進行比較后，再經(jīng)過PI調(diào)節(jié)；再將三相并網(wǎng)電壓Ea ramp、Eb _p、E。。_經(jīng)abc-dqO變換后得 到Ed__p、Ε_ ρ、Ε_ρ，經(jīng)d、q軸交叉解耦和Ed_ramp與Ε_ ρ的前饋控制，得到VdMf和V_， 將饋控制，得到Vrf。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平四橋臂有源濾波器補償配網(wǎng)中性線電流的控制方法， 其特征在于：所述中性線電流反饋控制模塊中，將中性線電流指令值Ι η μ與中性線電流反 饋值In__p比較，并經(jīng)PI調(diào)節(jié)，輸出中性線電壓調(diào)制信號vmrf作為第四橋臂PWM控制的調(diào) 制波。
【文檔編號】H02J3/01GK104218587SQ201410500286
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】祁歡歡, 趙波 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院