[发明专利]一种有源电力滤波器改进型指定次谐波电流补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器谐波电流补偿控制的技术领域，特别是涉及一种有源电力滤波器改进型指定次谐波电流补偿控制方法。

背景技术

目前，不可控整流性负载等非线性装置广泛的应用于工业和民用场合，由此带来的电网污染问题也越来越显著。有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)是抑制谐波的有效方法之一。

由于谐波电流的提取算法及谐波电流补偿的控制方法决定了APF的补偿性能。但受限于采样和数字控制等因素带来的延时，不同频次的谐波电流的采样值与实际值之间或多或少都存在一定程度的相位差。例如：现有技术中采用基于多同步旋转坐标系的指定次谐波提取算法，解决了各次谐波电流在提取时出现的延时问题，但这种算法只是将谐波电流提取出来直接作为谐波电流指令而没有对其进行闭环控制，补偿精度有所欠缺；还如：将谐波电流和补偿电流都进行旋转坐标变换并设计了谐波电流PI调节器，但这种算法基于FPGA开发，程序设计复杂，实现难度大；还如：采用基于多同步旋转坐标系对各次谐波电流进行PI闭环调节，保证谐波电流补偿精度，电流调节采用的是解耦控制；还如：提出了一种无差拍控制方法，该控制方法具有无过冲、响应迅速的优点，非常适用于暂态控制，但由于这种控制方法没有积分作用，不能消除静差，综上所述目前在谐波电流稳态控制精度上均存在以下几个问题需要改进：系统的动态性能差、稳态精度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有源电力滤波器改进型指定次谐波电流补偿控制方法，它能有效的解决背景技术中存在的问题，其基于多同步旋转坐标系的指定次谐波电流的改进型控制方法，该控制方法在分频补偿谐波电流的基础上，将PI控制和无差拍控制相结合，既保证了指定次谐波电流的高精度补偿，又保证了系统的动态性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种有源电力滤波器改进型指定次谐波电流补偿控制方法，包括将所提取到的各次谐波电流直接作为谐波电流指令的并联型有源电力滤波器改进型指定次谐波电流控制电路，所述并联型有源电力滤波器改进型指定次谐波电流控制电路包括采用传统的PI控制器维持电容电压在一个恒定值的直流母线电压控制单元、n次负序谐波电流的提取单元、连接于每一次负序谐波电流的提取单元T^N_abc-dqn后的数字低通滤波器LPF、n次正序谐波电流的提取单元和锁相环，在每一个数字低通滤波器LPF后连接一个正序谐波电流提取单元T^P_abc-dqn，n次正序谐波电流的提取单元最终连接一个无差拍控制器，所述锁相环为后续控制环节提供相位基准，n次负序谐波电流的提取单元、n次正序谐波电流的提取单元分别为n次负序谐波电流和n次正序谐波电流由abc静止坐标系向dq同步旋转坐标系变换的矩阵，对并联型有源电力滤波器改进型指定次谐波电流控制电路中各次谐波电流进行PI闭环控制，同时通过对基波电流指令值和谐波电流指令值叠加后通过无差拍控制器得到功率开关管的开关信号，最终实现对谐波指令电流的跟踪，其中：e_a、e_b、e_c为公共耦合点的三相电源电压，i_ga、i_gb、i_gc为电网电流，i_la、i_lb、i_lc为负载电流，i_fa、i_fb、i_fc为APF输出的补偿电流。

为了提高各次谐波补偿精度，谐波电流指令值叠加的具体方法是对分频谐波电流检测和控制的步骤：具体步骤如下：n次正序或负序谐波电流经过n倍基波角频率同步旋转坐标变换后会表现为直流量，其他次谐波电流则会表现为频率较高的交流量，通过数字低通滤波器LPF，再进行坐标反变换，同时加上延时补偿角后能够提取到n次正序或负序谐波电流，在旋转坐标变换之前先将有源电力滤波器的补偿电流与负载电流做差，再进行坐标变换，在数字低通滤波器LPF后对d、q轴谐波电流分量进行PI调节，最后反坐标变换，同时加上相位补偿Δθn得到谐波指令，然后实现指定次谐波电流的无静差控制；在本步骤中从电流采样到PWM输出，存在一个采样周期的延时，对于不同频率的谐波，其延迟时间为

Δθ_T＝2πfT(1)

其中，T为采样周期，f为电网频率。另外，还应该考虑到硬件采样环节中来自RC低通滤波器带来的相移，相位延迟时间为