專利名稱：寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源電力濾波器，特別是一種寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控 制方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子裝置應(yīng)用的不斷增多，諧波源種類增多，電網(wǎng)諧波環(huán)境越來越復(fù)雜。 電網(wǎng)整流裝置是一種典型的諧波源，根據(jù)其直流側(cè)濾波元件的不同，可大致分為電流型諧 波源和電壓型諧波源兩種。直流側(cè)采用電感濾波的整流裝置可以看成電流型諧波源，直流 側(cè)為電容濾波的整流裝置可以看成電壓型諧波源。由于早期電流型整流裝置應(yīng)用較廣泛， 國內(nèi)外對(duì)電流型諧波源的治理方法研究較多，對(duì)電壓型諧波源的治理方案的研究相對(duì)較 少。近年來，隨著變頻器、開關(guān)電源、不間斷電源和電子鎮(zhèn)流器等電力電子裝置應(yīng)用的日益 增多，電網(wǎng)中電壓型諧波源不斷增多，成為另一種主要的諧波源。并且一些場(chǎng)合負(fù)載中可能 既含電流型諧波源又有電壓型諧波源，諧波問題嚴(yán)重，需要對(duì)不同類型的諧波源進(jìn)行綜合 治理。
目前，國內(nèi)外對(duì)電流型、電壓型諧波源的治理方法已進(jìn)行了很多研究，而對(duì)不同類 型諧波源綜合治理方法的研究很少。一些研究結(jié)論表明并聯(lián)型有源電力濾波器適合補(bǔ)償電 流型諧波源，串聯(lián)型有源電力濾波器適合補(bǔ)償電壓型諧波源，但采用并聯(lián)型有源電力濾波 器補(bǔ)償電壓型諧波源，采用串聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償電流型諧波源時(shí)，都會(huì)引起諧波放 大現(xiàn)象，補(bǔ)償效果都不好。傳統(tǒng)的串聯(lián)混合型有源電力濾波器能夠補(bǔ)償電流型諧波源，但無 源部分一般采用多組單次串聯(lián)諧振無源電力濾波器，當(dāng)負(fù)載側(cè)含有諧波電壓時(shí)，容易導(dǎo)致 流過無源電力濾波器的諧波電流過大，因此不適合負(fù)載側(cè)有諧波電壓畸變的場(chǎng)合。由串聯(lián) 無源濾波器及并聯(lián)無源濾波器組成的混合無源濾波器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓型及電流型諧波的綜 合補(bǔ)償，但串聯(lián)諧振無源濾波器參數(shù)的變化和電網(wǎng)頻率偏差導(dǎo)致的濾波器偏諧加上濾波器 內(nèi)阻的影響，可能產(chǎn)生較大的基波電壓降落，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。傳統(tǒng)串聯(lián)型有源電力濾波 器采用檢測(cè)負(fù)載電壓、檢測(cè)電源電流、復(fù)合檢測(cè)等控制方法由于直接對(duì)不同頻率的諧波信 號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一控制，穩(wěn)態(tài)時(shí)容易產(chǎn)生幅值和相位的誤差，且這種誤差不易調(diào)整和校正，穩(wěn)態(tài)控 制精確度不夠高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種寬頻域多類型諧波 綜合治理系統(tǒng)的控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流型和電壓型諧波源的綜合治理，有效抑制電網(wǎng)諧波 串、并聯(lián)諧振，增強(qiáng)濾波效果，提聞穩(wěn)態(tài)控制精度。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種寬頻域多類型諧波綜合 治理系統(tǒng)的控制方法，包括寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)，所述寬頻域多類型諧波綜合 治理系統(tǒng)包括串聯(lián)型有源電力濾波器、并聯(lián)無源電力濾波器，所述串聯(lián)型有源電力濾波器 包括逆變器、濾波電路和變壓器，所述逆變器經(jīng)濾波電路連接到變壓器的副邊，所述變壓器的原邊串聯(lián)在電網(wǎng)線路中，所述并聯(lián)無源電力濾波器并聯(lián)接入所述串聯(lián)型有源電力濾波器負(fù)載側(cè)，該方法為I)檢測(cè)電網(wǎng)三相電流isa、isb、is。，將電網(wǎng)三相電流乘以變壓器原副邊變比并反相，即乘以_k，使得到的電流中包含副邊基波補(bǔ)償電流信號(hào)；2)將步驟I)得到的電流信號(hào)減去逆變器輸出電流得到基波補(bǔ)償電流
誤差號(hào)；3)對(duì)基波補(bǔ)償電流誤差信號(hào)進(jìn)行ip-1q正變換，并經(jīng)過低通濾波器，提取出誤差信號(hào)的有功分量和無功分量^4)計(jì)算基波補(bǔ)償電流誤差信號(hào)的幅值I1和相角…對(duì)幅值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，對(duì)相角進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，得到幅值和相角的參考量和< ；5)根據(jù)幅值和相角的參考量計(jì)算電流調(diào)制參考有功分量<和無功分量^ .
PI6)進(jìn)行ip-1q反變換，得到三相電流調(diào)制控制信號(hào)控制電壓型逆變器輸出基波補(bǔ)償電流。所述并聯(lián)無源濾波器是由電感和電容構(gòu)成的基波并聯(lián)諧振無源帶阻濾波器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為本發(fā)明并聯(lián)無源濾波器采用基波并聯(lián)諧振無源濾波器，對(duì)高次諧波阻抗很小，對(duì)低次特征諧波具有較小的阻抗，當(dāng)負(fù)載側(cè)有諧波電壓畸變時(shí)，能有效限制流過PPF的低次諧波電流大小，同時(shí)不影響諧波電流抑制效果。且使寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)能夠應(yīng)用于負(fù)載側(cè)有諧波電壓畸變的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流型和電壓型諧波源的綜合補(bǔ)償；采用基于變壓器基波磁通補(bǔ)償原理的控制方法，在變壓器副邊注入一個(gè)大小為電網(wǎng)電流k倍而方向相反的基波補(bǔ)償電流，使串聯(lián)變壓器對(duì)基波阻抗為零，不影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)諧波呈現(xiàn)很高阻抗，能夠提高無源電力濾波器的濾波效果，補(bǔ)償諧波電壓，同時(shí)很好的抑制電網(wǎng)諧波串、并聯(lián)諧振；串聯(lián)型有源濾波器基波補(bǔ)償電流采用無靜差的PI控制方法，僅對(duì)指令信號(hào)的幅值進(jìn)行比例積分控制，而不影響其相位，具有動(dòng)態(tài)性能好、無穩(wěn)態(tài)誤差、開關(guān)頻率固定、簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的檢測(cè)控制框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)包括串聯(lián)型有源電力濾波器和并聯(lián)諧振型無源濾波器，并聯(lián)諧振型無源濾波器是由電感和電容構(gòu)成的基波并聯(lián)諧振無源帶阻濾波器，串聯(lián)型有源電力濾波器由三相電壓型逆變器各相交流輸出端經(jīng)過一個(gè)LC輸出濾波電路后，連接到串聯(lián)變壓器副邊的一端，其中LC輸出濾波電路的電容與變壓器副邊并聯(lián)，電網(wǎng)三相上的串聯(lián)變壓器采用Y型聯(lián)接，串聯(lián)變壓器副邊另一端作為三相中性點(diǎn)，串聯(lián)變壓器原邊則串聯(lián)在電網(wǎng)和諧波源之間，并聯(lián)諧振型無源電力濾波器并聯(lián)接入所述串聯(lián)型有源電力濾波器負(fù)載側(cè)。本發(fā)明中串聯(lián)有源電力濾波器采用基于變壓器基波磁通補(bǔ)償原理的控制方法，如圖1中串聯(lián)變壓器的原副邊變比為k，則根據(jù)變壓器基波磁通補(bǔ)償原理，當(dāng)變壓器二次側(cè)注入的電流i。為一次側(cè)基波電流isf的-k倍時(shí)，變壓器的基波主磁通為零。此時(shí)，從變壓器的一次側(cè)看進(jìn)去，變壓器對(duì)基波呈現(xiàn)很低的一次側(cè)漏阻抗，不影響電網(wǎng)正常運(yùn)行；而對(duì)n次諧波呈現(xiàn)的阻抗約為基波勵(lì)磁阻抗的n倍，變壓器對(duì)n次諧波電流的阻抗遠(yuǎn)大于對(duì)基波電流的阻抗，也遠(yuǎn)大于并聯(lián)諧振無源濾波器對(duì)n次諧波電流的阻抗，從而迫使諧波電流流入無源濾波支路，而不流入電網(wǎng)側(cè)，起到很好的諧波隔離作用。串聯(lián)型有源電力濾波器主要起補(bǔ)償非線性負(fù)載中的諧波電壓及電網(wǎng)背景諧波電壓，隔離負(fù)載側(cè)諧波電流，提高無源濾波器性能的作用，同時(shí)其對(duì)諧波的高阻抗能有效抑制電網(wǎng)串、并聯(lián)諧振的發(fā)生。并聯(lián)PPF是一組并聯(lián)諧振的帶阻濾波器，諧振在基波頻率，并聯(lián)在負(fù)載側(cè)，對(duì)高次諧波阻抗很小，對(duì)低次特征諧波具有較小的阻抗，主要為負(fù)載提供諧波電流通道，當(dāng)負(fù)載側(cè)有諧波電壓畸變時(shí)，能有效限制流過PPF的低次諧波電流大小，同時(shí)不影響濾波效果，克服了傳統(tǒng)SHAPF的PPF中諧波容易過流的缺點(diǎn)，使寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)能用于綜合補(bǔ)償不同類型諧波源，通過調(diào)整諧振頻率還能補(bǔ)償一定的無功功率。圖1中的串聯(lián)混合型有源電力濾波器即寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)。如圖2所示，本發(fā)明中串聯(lián)型有源電力濾波器采用一種基于變壓器基波磁通補(bǔ)償原理的控制方法，只需要對(duì)電壓型逆變器輸出的基波電流進(jìn)行控制，控制對(duì)象頻率單一，控制簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用電流無靜差PI控制，通過坐標(biāo)變換把基波電流誤差信號(hào)變成直流信號(hào)，然后對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行PI控制，能消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。為了減少坐標(biāo)變換次數(shù)，首先檢測(cè)電網(wǎng)電流is，即串聯(lián)變壓器原邊電流，此電流乘以系數(shù)-k得到變壓器副邊等效電流值，然后減去檢測(cè)到的逆變器輸出電流i。，得到的電流I1中包含諧波電流、基波補(bǔ)償電流參考量和實(shí)際補(bǔ)償電流的誤差信號(hào)。為了提取基波補(bǔ)償電流誤差信號(hào)，根據(jù)瞬時(shí)無功功率理論，對(duì)得到的三相電流信號(hào)進(jìn)行ip、iq變換，圖中Cft及Cn分別為正變換和逆變換矩陣，經(jīng)過低通濾波得到基波瞬時(shí)有功量^和無功量I，再計(jì)算出基波電流誤差量的幅值I1和相角P。然后僅對(duì)誤差電流信號(hào)的幅值進(jìn)行比例積分控制，從而避免了對(duì)誤差信號(hào)的頻率和相角的積分。且被控信號(hào)為直流量，可以使逆變器輸出電流無靜差的跟蹤基波補(bǔ)償電流信號(hào)。另外，可以在信號(hào)的相角中疊加一個(gè)調(diào)整角度—P補(bǔ)償信號(hào)檢測(cè)及輸出濾波環(huán)節(jié)所造成的相位延時(shí)，或通過相角調(diào)整使輸出基波電流相位跟蹤電網(wǎng)電壓的相位，達(dá)到補(bǔ)償無功的目的。可見，使用普通PI控制器實(shí)現(xiàn)了廣義積分器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減少了坐標(biāo)變換及PI控制器的數(shù)量，控制算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。其中，正變換矩陣Cft和逆變換矩陣Cit的表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，包括寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)，所述寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)包括串聯(lián)型有源電力濾波器、并聯(lián)無源電力濾波器，所述串聯(lián)型有源電力濾波器包括逆變器、濾波電路和變壓器，所述逆變器經(jīng)濾波電路連接到所述變壓器的副邊，所述變壓器的原邊串聯(lián)在電網(wǎng)線路中，所述并聯(lián)無源電力濾波器并聯(lián)接入所述串聯(lián)型有源電力濾波器負(fù)載側(cè)，其特征在于，該方法為1)檢測(cè)電網(wǎng)三相電流isa、isb、is。，將電網(wǎng)三相電流乘以變壓器原副邊變比K并反相，即乘以-k，使得到的電流中包含副邊基波補(bǔ)償電流信號(hào)；2)將步驟I)得到的電流信號(hào)減去逆變器輸出電流iM、U、i。。，得到基波補(bǔ)償電流誤差信號(hào);3)對(duì)基波補(bǔ)償電流誤差信號(hào)進(jìn)行ip-1q正變換，并經(jīng)過低通濾波器，提取出誤差信號(hào)的有功分量 和無功分量I4)計(jì)算基波補(bǔ)償電流誤差信號(hào)的幅值I1和相角P，對(duì)幅值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，對(duì)相角進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，得到幅值參考量和相角參考量< ；5)根據(jù)幅值參考量和相角參考量計(jì)算電流調(diào)制參考有功分量<和無功分量 ·P%6)進(jìn)行ip-1q反變換，得到三相電流調(diào)制控制信號(hào)控制電壓型逆變器輸出基波補(bǔ)償電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述并聯(lián)無源濾波器是由電感和電容構(gòu)成的基波并聯(lián)諧振無源帶阻濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述逆變器為三相電壓型逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述濾波電路為L(zhǎng)C輸出濾波電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述串聯(lián)型有源電力濾波器原副邊變比為k:l。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述步驟5)中，電流調(diào)制參考有功分量ζ和無功分量<的計(jì)算公式如下
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟6)中，三相電流調(diào)制控制信號(hào)Γ的計(jì)算公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)的控制方法，包括寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)，所述寬頻域多類型諧波綜合治理系統(tǒng)包括串聯(lián)型有源電力濾波器、并聯(lián)無源電力濾波器，所述串聯(lián)有源電力濾波器包括逆變器、濾波電路和串聯(lián)變壓器，所述逆變器經(jīng)濾波電路連接到串聯(lián)變壓器的副邊，變壓器的原邊串聯(lián)在電網(wǎng)線路中，所述并聯(lián)無源電力濾波器并聯(lián)接入所述串聯(lián)型有源電力濾波器負(fù)載側(cè)，本發(fā)明采用基于變壓器基波磁通補(bǔ)償原理的控制方法，在變壓器副邊注入一個(gè)大小為電網(wǎng)電流k倍而方向相反的基波補(bǔ)償電流，使串聯(lián)變壓器對(duì)基波阻抗為零，不影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)諧波呈現(xiàn)很高阻抗，能夠提高無源電力濾波器的濾波效果，補(bǔ)償諧波電壓，同時(shí)很好的抑制電網(wǎng)諧波串、并聯(lián)諧振。
文檔編號(hào)H02J3/01GK103036236SQ20121050899
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者帥智康, 涂春鳴, 盤宏斌, 肖凡, 姚鵬, 楚烺, 蔣玲, 張楊, 戴曉宗 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)