[发明专利]有源滤波器电流预测滞环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源滤波器电流预测滞环控制方法，属于电网的电能质量治理领 域。

背景技术

APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小 和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收 固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控 制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态 跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

随着我国日新月异的工业化进程，电网接入了大量的非线性和冲击性负载，这些 负载产生的谐波、无功对电网的电能质量带来了巨大的挑战。传统的无源滤波器、投切电容 器组等补偿设备已无法满足要求，而APF以其不受电网参数影响，可进行动态、快速精细化 补偿等优点，正在被广泛的推广。有源滤波器的补偿效果，一方面取决于电流检测算法的准 确性，另一方面取决于电流控制算法的性能。

常用的控制算法有滞环控制、电压矢量控制、无差拍控制、预测控制等，这些算法 控制效果各有所长。电流滞环控制以其快速的动态响应、鲁棒性好、有内在限流能力等优 点，是工程应用最广泛的控制算法。目前对滞环控制的研究主要在以下几个方面：1）通过引 入频率反馈，对开关频率进行闭环控制，稳定了开关频率；2）根据开关频率与环宽的函数关 系，采用可变环宽来实现定频；3）利用控制器的过采样算法稳定了开关频率，同时提高了控 制精度；4）在滞环控制中引入空间矢量控制，优化了滞环控制的开关状态。以上研究主要是 对滞环控制的开关频率及开关状态进行了优化，而对滞环控制的精度研究较少。通过有源 滤波器的工程实践应用，发现实际控制误差无法完全控制在理论误差范围以内。本发明为 改善滞环控制的控制精度，将基于模型的电流预测方法和传统滞环控制有机结合，提出一 种基于电流预测的APF滞环控制方法。该方法可提高有源滤波器的控制精度，具有很高的工 程实践价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种有源滤波器电流预测滞环控制方法，用于电 网的电能质量的治理，包括如下步骤：

步骤1：提取电网相位和指令电流。运用锁相环（PLL）提取电网相位；基于瞬时功率理论 的ip-iq法提取负载的谐波与无功电流；

步骤2：构建输出电流预测模型。

由图2其电路原理可知：

式中：分别为网侧电压，分别为逆变器输出电压，分别为逆变器输出电流，为输出侧电感，为输出侧电阻。

定义每个桥臂的开关状态为：

设三相电路是对称的则

联立方程组解出

化为

由于控制器只能处理离散的数据，因此将有源滤波器的模型离散化可得：

式中：，，分别为abc三相的实际采样点电流，，，为每个桥臂的开关状态。

k为某采样时刻，为采样周期。根据有源滤波器的离散模型可知，通过上一个采样时刻的数据可推算出下一个采样时刻的电流，以A相为例，k+1时刻的电流为：

式中：为a相的实际采样点电流，为APF主电路中电容两端电压，，，为每个桥臂的开关状态。

由于的值非常小，因此可以忽略，上式化简为：

式中：为a相的实际采样点电流，为APF主电路中电容两端电压，，，为每个桥臂的开关状态。

由上式可知，若人为虚拟的设置一个周期替换采样周期，仍将成立，改写为：

式中：为a相的实际采样点电流，为APF主电路中电容两端电压，，，为每个桥臂的开关状态。

此时为经过时间之后的值，利用上式预测两个采样点之间的值。令，N为大于1的整数，，为实际采样点，为预测值，则预测值与实际采样点的关系如下：

式中：为实际采样点电流，为电流预测值，为采样周期，为电网电压。

由于直流侧电压在一个采样周期内基本保持稳定，则

式中：为APF主电路中电容两端电压。