一種三相四開關(guān)并聯(lián)型apf直接跟蹤補償控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種APF直接跟蹤補償控制方法，具體地說，涉及一種三相四開關(guān)并聯(lián)型APF直接跟蹤補償控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]面對電網(wǎng)內(nèi)因電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用以及非線性負載的增加帶來的電能質(zhì)量問題，并聯(lián)型有源濾波器(下稱:APF)可視為可控電流源，可以快速主動補償微電網(wǎng)中的諧波、無功或不平衡電流；并聯(lián)型APF控制的根本目的在于通過合適的控制策略，借助APF的補償作用，使得電源電流中不再包含諧波和無功成分。通常借助負載電流諧波檢測算法，分離負載電流iL中的諧波和無功成分iLh，控制APF輸出與之相反電流iF，進而把網(wǎng)側(cè)饋線電流is補償為基波有功電流。其補償精度取決于諧波檢測算法的精度，算法復(fù)雜，所需檢測裝置較多，對控制裝置的硬件要求較高。
[0003]應(yīng)用中又因其功能單一，成本高，難以大量推廣應(yīng)用；三相四開關(guān)變換器由于減少了功率器件和輔助裝置，可廣泛應(yīng)用于三相低成本變換器；將兩者結(jié)合形成的三相四開關(guān)經(jīng)濟型APF，可在治理電網(wǎng)電能質(zhì)量的同時，借助容錯切換裝置，還可以作為傳統(tǒng)三相六開關(guān)APF的容錯備份裝置。若將其直流側(cè)配置適當(dāng)形式的儲能，還具備有功調(diào)節(jié)能力，從而拓展柔性控制應(yīng)用空間，并有效提升儲能裝置利用率。
[0004]然而三相四開關(guān)APF在拓撲上以串聯(lián)電容代替一組功率元件，串聯(lián)電容因流過負載電流，存在低頻電壓波動，會出現(xiàn)直流中點電位偏移的問題，導(dǎo)致輸出不平衡；由于三相輸出只有兩相是可控的，性能低于三相六開關(guān)APF的特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種三相四開關(guān)并聯(lián)型APF直接跟蹤補償控制方法，無需檢測負載或補償對象中的諧波含量；采用三相四開關(guān)的拓撲實現(xiàn)三相APF的補償功能；加入直流中點電位平衡補償措施，以抑制直流中點電位偏移對三相四開關(guān)APF輸出不平衡的影響；以電源輸出電流為反饋，實施APF電流直接跟蹤生成PWM開關(guān)信號。其具體技術(shù)方案為:
[0006]一種三相四開關(guān)并聯(lián)型APF直接跟蹤補償控制方法，包括以下步驟:
[0007]I)根據(jù)四開關(guān)APF直流側(cè)電壓閉環(huán)產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)控制所需電流參考值Im，或根據(jù)需要由外部給定；
[0008]2)通過鎖相環(huán)獲取電源側(cè)電壓相位Θ ;
[0009]3)根據(jù)Im和Θ生成三相四開關(guān)APF所需的兩相電流參考值；
[0010]4)加入直流中點平衡補償，修正電流參考值；
[0011]5)以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，如滯環(huán)電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制等，生成三相四開關(guān)APF控制所需的開關(guān)信號。
[0012]本發(fā)明不檢測負載諧波電流，通過跟蹤電源側(cè)電量變化實施APF負載側(cè)電能質(zhì)量補償；將上述三相四開關(guān)APF直流側(cè)配置直流儲能，可以利用儲能實現(xiàn)三相四開關(guān)APF在諧波補償外的有功雙向調(diào)節(jié)能力；加入直流中點電位平衡補償措施，以抑制直流中點電位偏移對三相四開關(guān)APF輸出不平衡的影響；以電源輸出電流為反饋，實施APF電流直接跟蹤生成PWM開關(guān)信號。
[0013]實施步驟如下:
[0014]I)根據(jù)需要調(diào)控的有功功率的需求和直流電壓外環(huán)的控制要求，確定電流內(nèi)環(huán)電流參考值Im ；
[0015]2)通過鎖相環(huán)獲取電源相位Θ ;
[0016]3)根據(jù)Im和Θ生成三相四開關(guān)APF所需的兩相電流參考值；
[0017]4)加入直流中點平衡補償，修正電流參考值；
[0018]5)以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，如滯環(huán)電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制等，生成三相四開關(guān)APF控制所需的開關(guān)信號。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0020]1.可有效抑制直流母線中點電位偏移影響；
[0021 ] 2.減少APF控制所需電流傳感器；
[0022]3.無需檢測負載諧波，算法簡單，對硬件要求較低。
【附圖說明】
[0023]圖1為三相四開關(guān)并聯(lián)型APF主回路；
[0024]圖2為三相四開關(guān)并聯(lián)型APF不檢測諧波直接跟蹤補償方法實現(xiàn)流程；
[0025]圖3為APF直接跟蹤補償原理；
[0026]圖4為三相四開關(guān)APF補償控制實現(xiàn)方法；
[0027]圖5為三相四開關(guān)APF補償結(jié)果；
[0028]圖6為未加入直流中點電位平衡補償?shù)娜嗨拈_關(guān)APF補償結(jié)果；
[0029]圖7為加入流中點電位平衡補償?shù)娜嗨拈_關(guān)APF補償結(jié)果；
[0030]圖8為APF投切瞬時一相(A相)補償效果；
[0031 ]圖9為APF直流中點偏移對補償性能的影響；
[0032]圖10為加入直流中點前饋后的控制效果。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合附圖和具體實例進一步闡述本發(fā)明。
[0034]在電網(wǎng)電壓無畸變的情況下，本發(fā)明專利中的不檢測諧波的直接補償算法與常規(guī)的諧波補償方法具有等價性。可由諧波檢測補償算法推出直接電源電流跟蹤補償算法，推導(dǎo)過程如圖3(a)?(C)所示。其中k為需補償?shù)呢撦d電流，Uh為負載電流諧波成分，iFref為APF補償電流指令，。為APF輸出反饋電流，i SMf為接入點等效電源電流參考值，i s為接入點等效電源電流反饋。
[0035]假設(shè)C相不控，本發(fā)明在有源濾波控制中使用電源電流直接跟蹤補償算法，以電源兩相電流isb、is。作為控制量，使其與電網(wǎng)電壓波形一致，具體如圖3(d)所示，其中e冊為接入點a相相電壓，PLL為鎖相環(huán)，Θ為a相跟蹤相位，k為補償系數(shù)，。為APF輸出電流，^為接入點等效電源輸出電流，i bMf和i。耐分別為b，c相電流內(nèi)環(huán)參考值，S !-?? b, c相橋臂的開關(guān)信號，Δ 15為經(jīng)電壓外環(huán)得到的參考電流幅值。
[0036]圖4為三相四開關(guān)并聯(lián)型APF補償控制實現(xiàn)方法。
[0037]其中電壓外環(huán)輸出為:
[0038]AIp= Ki (Uref-Udc) + / Ki (Uref-Udc) dt
[0039]有源濾波APF模式中只需補償電網(wǎng)中的諧波和無功成分，外環(huán)提供兩相參考電流ibMf和的幅值Ip，用于補償因開關(guān)損耗等引起的直流電壓波動，故電流內(nèi)環(huán)實際指令電流為:
[0040]iaref= Δ I psin Θ
[0041]ibref= Δ I psin ( Θ+2 Ji/3)
[0042]再以A，B相電源電流為反饋，對設(shè)定電流參考值實施電流跟蹤控制，從而達到消除負載諧波的目的。
[0043]若直流側(cè)配置儲能，只需調(diào)整內(nèi)環(huán)電流參考幅值，就可以實現(xiàn)在諧波補償?shù)耐瑫r，實現(xiàn)有功調(diào)節(jié)的需求。
[0044]為了抑制直流中點電位的偏移，在上述指令基礎(chǔ)上，需要加入電流前饋補償，即
[0045]iaref= i aref+k (Ucl-Uc2)
[0046]Ibref= i bref+k (Ucl-Uc2)
[0047]圖5是某典型二極管橋式整流驅(qū)動電阻性負載的實際負載電流，呈現(xiàn)非線性。圖6為采用本方法得到的四開關(guān)APF三相實際補償電流，圖7為補償后，電源A相電壓及三相相電流，可見補償后諧波得到有效補償；圖8為四開關(guān)APF投切瞬時A相上的補償效果。
[0048]圖9為未加入中點偏移補償前的A相控制效果和直流側(cè)電壓波形；圖10為加入中點前饋補償后的控制效果。
[0049]以上所述，僅為本發(fā)明最佳實施方式，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種三相四開關(guān)并聯(lián)型APF直接跟蹤補償控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據(jù)四開關(guān)APF直流側(cè)電壓閉環(huán)產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)控制所需電流參考值Im，或根據(jù)需要由外部給定； 2)通過鎖相環(huán)獲取電源側(cè)電壓相位Θ; 3)根據(jù)Im和Θ生成三相四開關(guān)APF所需的兩相電流參考值； 4)加入直流中點平衡補償，修正電流參考值； 5)以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，滯環(huán)電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制，生成三相四開關(guān)APF控制所需的開關(guān)信號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相四開關(guān)并聯(lián)型APF直接跟蹤補償控制方法，根據(jù)四開關(guān)APF直流側(cè)電壓閉環(huán)產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)控制所需電流參考值Im，或根據(jù)需要由外部給定；通過鎖相環(huán)獲取電源側(cè)電壓相位θ；根據(jù)Im和θ生成三相四開關(guān)APF所需的兩相電流參考值；加入直流中點平衡補償，修正電流參考值；以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，如滯環(huán)電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制等，生成三相四開關(guān)APF控制所需的開關(guān)信號。本發(fā)明無需檢測負載諧波，算法簡單，對硬件要求較低。
【IPC分類】H02J3-01
【公開號】CN104868472
【申請?zhí)枴緾N201510232187
【發(fā)明人】譚興國, 馮高明, 李玉東, 余開江, 楊俊起, 劉巍, 荊鵬輝, 王新
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月8日