[发明专利]基于抑制振荡的增量反馈控制新型有源滤波算法

说明书

本发明涉及一种基于抑制振荡的增量反馈控制新型有源滤波算法，属于电网谐波治理技术领域；包括基于ip‑iq理论的单相电流谐波检测；然后基于抑制振荡的增量反馈控制，采用新型有源滤波器电流跟踪比较方法，产生补偿电流，使电流波形更好的正弦化；通过将单相电压电流依次延时为120°构造成三相电压电流的思路，利用ip‑iq检测方法检测谐波电流，同时在坐标变换的过程中，可以将单相电流直接延时变化到αβ坐标下，以减小构造三相坐标带来的检测延时问题。基于抑制振荡的增量反馈控制，提出一种新型有源滤波器算法，对谐波电流进行补偿，使得电源侧的电流正弦化且与电网电压同相位。与传统的PI控制相比，总谐波畸变率改进了4.44％，具有明显的补偿效果。

技术领域

本发明涉及一种基于抑制振荡的增量反馈控制新型有源滤波算法，属于电网谐波治理技术领域。

背景技术

电力电子化设备的广泛应用，造成电网谐波问题频繁出现，降低了供电网络的电能质量。同时供电方及电力系统设备、用户和用电器对电能质量的要求日益提高，因此抑制谐波是当前需要解决的重要问题。

有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)可以实时准确地抑制谐波及补偿无功，同时防止与电网阻抗发生谐振，所以在抑制谐波、补偿无功和提高电能质量方面得到广泛应用。APF根据应用场合电源相数可分为：单相APF应用在低功率场合，即100kVA以下；三相APF应用在中、高功率(100kVA以上)场合，而三相又包括：三相三线和三相四线制。

单相Shunt-APF工作原理如图1所示，非线性负载工作时会产生谐波电流，谐波和无功电流检测电路可以获取负载电流中的谐波电流，再经过电流跟踪控制电路、驱动电路可以获得与谐波电流幅值相等、相位相反的补偿电流，并将其反馈到电网中，从而达到抑制谐波电流的目的，使得电网电流波形趋于较好的正弦波形。由此可以发现单相并联型APF主要有两个部分：谐波和无功电流检测电路和电流补偿部分。

a.常见谐波电流检测

APF装置的谐波电流检测方法是确保其良好工作性能的关键技术之一。目前，谐波电流检测技术相对成熟，常用的方法有：

FFT检测法，其基本原理是将检测周期内的信号离散化，再用DFT进行分解，可获得基波分量和各次谐波分量的相位和幅值，最后通过反变换运算就可得到所需的补偿信号。FFT可以消除特定次数的谐波，但计算过程中需要经过点乘和低通滤波器，将导致FFT具有一定的延迟且计算量较大。

DFT检测法，和FFT都是基于DFT的谐波电流检测方法，但DFT只需要对最新的采样点和窗内最初的点进行计算，相比较而言，DFT计算量明显较小，运算速度大大提高。该方法还存在一定的不足，只适用于负载缓慢变化的系统即动态响应速度较慢。

小波变换检测法，由傅立叶变换发展而来，作为一种新型的分析方法，它克服了傅立叶变换不断地从时域和频域提取信息的缺点，但其稳定性受小波基选取的影响大且存在计算量大的缺点。

b.常见电流跟踪控制

电流跟踪控制策略是单相并联APF的另一个关键技术，常用的控制策略有滞环电流控制、三角波比较控制、PI控制、PR控制等。

PI控制策略对谐波的抑制效果较差，难以满足精度要求，且其对高次谐波的抑制能力十分有限，单纯应用PI电流控制策略的有源电力滤波器无法满足谐波补偿的要求。现阶段，结合PI控制和其它控制策略的电流控制策略大量地被运用到有源电力滤波器中。

PR谐振控制策略能够有效抑制谐波，但其只能选择性地补偿谐波，当需要补偿较多的谐波信号时，控制算法会复杂，造成整个控制器结构复杂，实际应用成本高，不易进行数字化。重复控制策略抑制谐波的静态性能很好，但是重复控制系统前向通道上设有延迟环节，当谐波发生突变的时候，其动态响应速度较慢，至少经过一个基波周期方可做出反应。因此，通常将重复控制与具有快速动态响应性能的控制方法相结合，以提高系统的动态性能。