專利名稱：并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐以及各種電力電子設(shè) 備的應(yīng)用不斷增加，它們將產(chǎn)生的大量諧波和無功注入電網(wǎng)，對(duì)供電質(zhì)量造成了嚴(yán)重污染， 已成為影響電能質(zhì)量的重要原因。有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)是一種用 于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，具有同時(shí)補(bǔ)償諧波和無功、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、 不容易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振、補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響等優(yōu)點(diǎn)，成為諧波治理和 無功治理的一種重要手段。有源電力濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型兩種，其中并聯(lián)型的應(yīng)用最為 廣泛。圖1是并聯(lián)型有源電力濾波器典型系統(tǒng)的組成圖，如圖1所示，三相功率變換器與負(fù) 載并聯(lián)。并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)的工作原理為首先，從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流與 無功電流，將其求和并反極性得到補(bǔ)償電流的指令。其后，有源電力濾波器根據(jù)該指令發(fā)出 補(bǔ)償電流，注入到該系統(tǒng)中。因補(bǔ)償電流和諧波電流與無功電流之和大小相等、極性相反， 兩者相互抵消。最終，電源電流中只含有基波分量，電能質(zhì)量因而得到提高。圖2是現(xiàn)有的 一種并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)的控制框圖。以下結(jié)合圖1詳細(xì)說明，該系統(tǒng)由母 線控制環(huán)100、諧波分析與綜合環(huán)節(jié)400和補(bǔ)償電流控制環(huán)300三者構(gòu)成。其中，補(bǔ)償電流 控制環(huán)300是補(bǔ)償系統(tǒng)的核心和執(zhí)行者，作用是實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流良好跟蹤給定。補(bǔ)償電流控 制環(huán)300中的補(bǔ)償電流控制器Gc的輸出連接至調(diào)制模塊PWM，由調(diào)制模塊PWM所發(fā)出的控 制脈沖驅(qū)動(dòng)圖1中的三相功率變換器。作為控制內(nèi)環(huán)，補(bǔ)償電流控制環(huán)300的給定由兩部 分組成，分別為母線控制環(huán)100的輸出和諧波分析與綜合環(huán)節(jié)400的輸出。其中，母線控制 環(huán)100為有源電力濾波器提供穩(wěn)定的直流環(huán)節(jié)，母線控制環(huán)100中母線控制器Gv的輸出分 別與每一相電源電壓usa/usb/us。相乘，乘積作為補(bǔ)償電流控制環(huán)300給定的第一部分，從而 保證母線所需的輸入電流是與電源電壓同相的三相基波電流，沒有引入諧波和無功。而諧 波分析與綜合環(huán)節(jié)400則尤為重要，諧波分析與綜合環(huán)節(jié)400包括諧波分析模塊Alysp和 綜合模塊E p。諧波分析模塊Alysp分別對(duì)三相負(fù)載電流“乂、/^。進(jìn)行分析，提取出各次 諧波與無功電流，然后由綜合模塊E p求和產(chǎn)生綜合補(bǔ)償指令iha/ihb/ih。，所產(chǎn)生的綜合補(bǔ) 償指令作為補(bǔ)償電流控制環(huán)給定的第二部分，并與母線控制環(huán)100的輸出共同作為內(nèi)環(huán)的 給定。然而，該方案以負(fù)載電流ih/iib/%。為補(bǔ)償對(duì)象，從本質(zhì)上講屬于開環(huán)控制策略， 對(duì)電源不具抗擾性，補(bǔ)償性能較差。另外，在待補(bǔ)償容量超出有源電力濾波器的補(bǔ)償能力 時(shí)，一般采取補(bǔ)償電流大于閥值則硬件限流的措施，這將導(dǎo)致補(bǔ)償電流削頂，反而對(duì)電源注 入更加豐富的諧波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)電源不具抗擾性、性能較差的缺 陷，提供一種并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)諧波與無功電流的良好補(bǔ)償。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種并聯(lián)型有源電力濾波器的 補(bǔ)償系統(tǒng)，包括母線控制環(huán)和補(bǔ)償電流控制環(huán)，其中，母線控制環(huán)用于為有源電力濾波器 提供穩(wěn)定直流，其特征在于，還包括諧波控制環(huán)，且所述母線控制環(huán)的輸出和所述諧波控制 環(huán)的輸出共同作為所述補(bǔ)償電流控制環(huán)的給定，所述諧波控制環(huán)包括諧波分析模塊，用于對(duì)三相電源電流進(jìn)行分析，提取出所需補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波和無 功電流；諧波控制器，用于對(duì)所述各次諧波和無功電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；綜合模塊，用于對(duì)各次諧波和無功電流的調(diào)節(jié)量求和以產(chǎn)生綜合補(bǔ)償指令，所述 綜合補(bǔ)償指令輸出至所述補(bǔ)償電流控制環(huán)。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述諧波控制器包括用于 積分調(diào)節(jié)的積分控制器。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述諧波控制器包括對(duì)特 定次諧波電流和無功電流進(jìn)行第一比例調(diào)節(jié)的第一比例控制器，且該第一比例調(diào)節(jié)的比例 系數(shù)小于1。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述諧波控制器還包括第 二比例控制器，其中，積分控制器先進(jìn)行積分調(diào)節(jié)，第二比例控制器再對(duì)特定次諧波電流和 無功電流進(jìn)行第二比例調(diào)節(jié)，且該第二比例調(diào)節(jié)的比例系數(shù)小于1，并將不補(bǔ)償?shù)牟糠智梆?至諧波分析模塊。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述諧波控制環(huán)還包括第 三比例控制器，在綜合模塊對(duì)各次諧波電流及無功電流進(jìn)行綜合后，第三比例控制器對(duì)所 述綜合補(bǔ)償指令進(jìn)行第三比例調(diào)節(jié)，且該第三比例調(diào)節(jié)的比例系數(shù)小于1，并將不補(bǔ)償?shù)牟?分前饋至諧波分析模塊。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述諧波分析模塊用于對(duì) 三相電源電流進(jìn)行傅里葉分析。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述母線控制環(huán)包括母線 控制器。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述母線控制器為用于比 例-積分調(diào)節(jié)的控制器。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述補(bǔ)償電流控制環(huán)包括 補(bǔ)償電流控制器。在本發(fā)明所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)中，所述補(bǔ)償電流控制器為用 于比例_積分調(diào)節(jié)的控制器。實(shí)施本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，由于外環(huán)誤差實(shí)際上是源電流 諧波，采用閉環(huán)控制的諧波控制環(huán)后自然就補(bǔ)償了電源的擾動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)諧波或無功電流的 補(bǔ)償；另外，可根據(jù)有源電力濾波器的補(bǔ)償電流的限定值，調(diào)節(jié)待補(bǔ)償?shù)闹C波電流和無功電 流，因此不會(huì)因發(fā)生削頂而對(duì)電網(wǎng)注入不必要的諧波。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是并聯(lián)型有源電力濾波器的典型系統(tǒng)的組成圖；圖2是現(xiàn)有的一種并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)的控制框圖；圖3是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)的控制框圖；圖4是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例一的控制框圖；圖5是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例二的控制框圖；圖6是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例三的控制框圖；圖7是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例四的控制框圖。
具體實(shí)施例方式圖3是并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)的控制框圖。該補(bǔ)償控制系統(tǒng)包括母線控 制環(huán)100、諧波控制環(huán)200和補(bǔ)償電流控制環(huán)300。補(bǔ)償電流控制環(huán)300實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流良好 跟蹤給定。母線控制環(huán)100為有源電力濾波器提供穩(wěn)定的直流環(huán)節(jié)。而諧波控制環(huán)200，則 是本發(fā)明的重點(diǎn)所在，其有別于現(xiàn)有技術(shù)方案的鮮明特征在于，補(bǔ)償對(duì)象采用電源電流取 代負(fù)載電流，并引入了諧波控制器Gc'對(duì)所需補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波與無功電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。諧波 控制環(huán)200包括諧波分析模塊Alys、諧波控制器Gc'和綜合模塊E。首先，諧波分析模塊 Alys分別對(duì)三相電源電流isa/isb/is。進(jìn)行分析，提取出所需補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波與無功電流； 然后，諧波控制器Gc'對(duì)各次諧波與無功電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；最后，再由綜合模塊E求和以產(chǎn) 生綜合補(bǔ)償指令。母線控制環(huán)100和諧波控制環(huán)200的輸出共同組成補(bǔ)償電流控制環(huán)300 的給定，由補(bǔ)償電流控制環(huán)300負(fù)責(zé)實(shí)施執(zhí)行。從理論上分析，本方案等效于給定為負(fù)載諧 波與無功電流的補(bǔ)償電流雙環(huán)控制。由于外環(huán)誤差實(shí)際上是電源電流的諧波與無功成分， 采用本方案后自然就補(bǔ)償了電源的擾動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)諧波與無功電流的完全補(bǔ)償。母線控制環(huán)100包括母線控制器Gv，補(bǔ)償電流控制環(huán)300包括補(bǔ)償電流控制器 Gc，上述補(bǔ)償電流控制器Gc與母線控制器Gv—般采用比例-積分(PI)調(diào)節(jié)。諧波分析模 塊Alys可采用傅里葉分析算法，例如快速傅里葉變換(FFT)或離散傅里葉變換(DFT)，從而 可實(shí)現(xiàn)特定次諧波與無功電流的選擇性提取。在上述圖3所示的控制框圖的基礎(chǔ)上，諧波控制器Gc ‘可采用不同的調(diào)節(jié)率，圖4 與圖5列舉了兩個(gè)不同的實(shí)施例。如圖4所示，在本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí) 施例一的控制框圖中，諧波控制器優(yōu)選為積分控制器210。諧波分析模塊Alys提取出電源 電流中的各次諧波與無功電流之后，諧波控制器210對(duì)其進(jìn)行積分調(diào)節(jié)，一旦電源電流中 存在諧波或無功電流就進(jìn)行累積，作為補(bǔ)償電流環(huán)300的給定。因此，通過諧波控制環(huán)200 的作用，最終達(dá)到完全消除電源電流中的諧波與無功電流的目的。圖5是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例二的控制框圖。在實(shí)際應(yīng) 用中，為了避免過補(bǔ)償而導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，有源電力濾波器具有部分補(bǔ)償?shù)男枨?。也就是，?duì) 特定次諧波或無功電流進(jìn)行不完全補(bǔ)償。本實(shí)施例中，諧波控制器優(yōu)選為第一比例控制器 220，且該第一比例控制器的比例系數(shù)&為第i次待補(bǔ)償?shù)闹C波或無功電流對(duì)應(yīng)的比例調(diào) 節(jié)系數(shù)，規(guī)定&取小于1的值。根據(jù)實(shí)際需求，不同次的諧波或無功電流可取不同的比例調(diào)節(jié)系數(shù)。假定補(bǔ)償電流環(huán)的增益為1，可推得第i次諧波或無功電流補(bǔ)償比例為， 從而實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償?shù)墓δ堋D6是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例三的控制框圖，該實(shí)施例是 在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上演化出來的。因此，其與實(shí)施例一的相同部分在此不做贅述，以下僅說 明其不同部分。相比實(shí)施例一，該諧波控制器還包括第二比例控制器230，且該第二比例控 制器的比例系數(shù)&為第i次待補(bǔ)償?shù)闹C波或無功電流的部分補(bǔ)償系數(shù)，也即補(bǔ)償百分比， 取&<1。同樣可根據(jù)實(shí)際需求，不同次的諧波或者無功電流取不同的部分補(bǔ)償系數(shù)。本 實(shí)施例先通過積分控制器210進(jìn)行積分調(diào)節(jié)，再通過第二比例控制器230進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，然 后將不補(bǔ)償?shù)牟糠智梆佒林C波分析模塊Alys，也即在諧波控制環(huán)200的給定中消去， 從而達(dá)到部分補(bǔ)償?shù)哪康?。?dāng)然，如果取& = 1，則對(duì)特定第i次待補(bǔ)償?shù)闹C波或無功電流 進(jìn)行完全補(bǔ)償，相比實(shí)施例一顯得更加靈活。圖7是本發(fā)明并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例四的控制框圖，該補(bǔ)償系統(tǒng) 在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上演化而來。因此，其與實(shí)施例三的相同部分在此不做贅述，以下僅說明 其不同部分。相比實(shí)施例三，該諧波控制環(huán)200還包括第三比例控制器240，且該第三比例 控制器的比例系數(shù)K為限流系數(shù)，且K< 1。綜合模塊E在對(duì)各次諧波與無功電流進(jìn)行求和 后，通過第三比例控制器240進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，同樣以前饋的方式，根據(jù)補(bǔ)償電流內(nèi)環(huán)給定的 有效值實(shí)時(shí)調(diào)整該比例系數(shù)，使內(nèi)環(huán)給定的有效值恒等于限定值，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償限流功能。 這種限流方式對(duì)內(nèi)環(huán)給定整體進(jìn)行比例縮小，因此不會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償電流削頂而對(duì)電源注入不 必要的諧波。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，包括母線控制環(huán)(100)和補(bǔ)償電流控制環(huán)(300)，其中，母線控制環(huán)(100)用于為有源電力濾波器提供穩(wěn)定直流，其特征在于，還包括諧波控制環(huán)(200)，且所述母線控制環(huán)(100)的輸出和所述諧波控制環(huán)(200)的輸出共同作為所述補(bǔ)償電流控制環(huán)(300)的給定，所述諧波控制環(huán)(200)包括諧波分析模塊，用于對(duì)三相電源電流進(jìn)行分析，提取出所需補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波和無功電流；諧波控制器，用于對(duì)所述各次諧波和無功電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；綜合模塊，用于對(duì)各次諧波和無功電流的調(diào)節(jié)量求和以產(chǎn)生綜合補(bǔ)償指令，所述綜合補(bǔ)償指令輸出至所述補(bǔ)償電流控制環(huán)(300)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波 控制器包括用于積分調(diào)節(jié)的積分控制器(210)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波 控制器包括對(duì)特定次諧波電流和無功電流進(jìn)行第一比例調(diào)節(jié)的第一比例控制器(220)，且 該第一比例調(diào)節(jié)的比例系數(shù)小于1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波 控制器還包括第二比例控制器(230)，其中，積分控制器(210)先進(jìn)行積分調(diào)節(jié)，第二比例 控制器(230)再對(duì)特定次諧波電流和無功電流進(jìn)行第二比例調(diào)節(jié)，且該第二比例調(diào)節(jié)的比 例系數(shù)小于1，并將不補(bǔ)償?shù)牟糠智梆佒林C波分析模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波 控制環(huán)(200)還包括第三比例控制器(240)，在綜合模塊對(duì)各次諧波電流及無功電流進(jìn)行 綜合后，第三比例控制器(240)對(duì)所述綜合補(bǔ)償指令進(jìn)行第三比例調(diào)節(jié)，且該第三比例調(diào) 節(jié)的比例系數(shù)小于1，并將不補(bǔ)償?shù)牟糠智梆佒林C波分析模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述諧波 分析模塊用于對(duì)三相電源電流進(jìn)行傅里葉分析。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述母線 控制環(huán)包括母線控制器(Gv)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述母線 控制器(Gv)為用于比例-積分調(diào)節(jié)的控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償 電流控制環(huán)(300)包括補(bǔ)償電流控制器(Ge)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述補(bǔ)償 電流控制器(Ge)為用于比例-積分調(diào)節(jié)的控制器。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種并聯(lián)型有源電力濾波器的補(bǔ)償系統(tǒng)，該補(bǔ)償系統(tǒng)包括母線控制環(huán)和補(bǔ)償電流控制環(huán)，還包括諧波控制環(huán)，且所述母線控制環(huán)的輸出和所述諧波控制環(huán)的輸出共同作為所述補(bǔ)償電流控制環(huán)的給定，所述諧波控制環(huán)包括諧波分析模塊，用于對(duì)三相電源電流進(jìn)行分析，提取出所需補(bǔ)償?shù)母鞔沃C波和無功電流；諧波控制器，用于對(duì)所述各次諧波和無功電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；綜合模塊，用于對(duì)各次諧波和無功電流的調(diào)節(jié)量求和以產(chǎn)生綜合補(bǔ)償指令，所述綜合補(bǔ)償指令輸出至所述補(bǔ)償電流控制環(huán)。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，由于外環(huán)誤差實(shí)際上是電源電流的諧波與無功成分，采用本方案后自然就補(bǔ)償了電源的擾動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)諧波與無功電流的完全補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101895119SQ20101012844
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者何廣勝, 卓清鋒, 楊國順, 蔡子海 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司