本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種檢測端口電壓進行諧波補償?shù)难b置及方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著電力電子器件和電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻器、不間斷電源、整流器等由電力電子器件構(gòu)成的非線性負載大量接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)中電壓電流波形發(fā)生畸變，引起電網(wǎng)電壓波動、閃邊和不平衡，造成電網(wǎng)的諧波污染越發(fā)嚴(yán)重。有源濾波器(activepowerfilter，APF)是一種可以動態(tài)抑制電網(wǎng)中諧波電流和補償無功電流的新型電力電子裝置。APF具有補償實時性好，動態(tài)響應(yīng)速度快，不易于電網(wǎng)中諧波電流發(fā)生諧振等優(yōu)點，因此APF成為現(xiàn)今消除諧波的有效手段，在治理電能質(zhì)量問題上大量使用。APF根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)可分成串聯(lián)有源濾波器，并聯(lián)有源濾波器，串并聯(lián)有源濾波器，其中并聯(lián)型有源濾波器使用最為廣泛。傳統(tǒng)并聯(lián)有源濾波器的控制方法是通過檢測負載側(cè)或電源側(cè)諧波電流，通過變流器生成幅值相同，相位相差180度的指令諧波電流，從而實現(xiàn)非線性用電負載諧波電流的濾除功能。然而，在一些工業(yè)場合存在無法檢測負載電流或者源側(cè)電流的情況，比如在油田鉆井場合。而且隨著光伏、風(fēng)電等新能源投入，供用電系統(tǒng)逐漸復(fù)雜化，將呈現(xiàn)多供電電源、多用電負載的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中存在一條公共母線，而用電負載(供電電源)之間距離比較遠，使得集中檢測負載電流或電源電流變得十分困難，從而給傳統(tǒng)的有源濾波器治理諧波污染增加了難度。如需使用傳統(tǒng)控制方法達到消除諧波的作用，則需要在源處或者負載處安裝并協(xié)調(diào)控制多臺傳統(tǒng)的有源濾波器。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種基于端口電壓檢測的新型有源濾波器裝置及方法，該裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)低成本，效果好的諧波消去功能。為達到上述目的，本發(fā)明所述的基于端口電壓檢測的新型有源濾波器采用以下技術(shù)手段：一種基于端口電壓檢測的有源濾波器，包括，電力電子變流器、直流電容、交流側(cè)濾波電感、交流電流采樣電流、直流側(cè)電壓采樣電路和控制電路，其特征在于，電力電子變流器直流側(cè)連接有1個直流電容和直流側(cè)電壓采樣電路；電力電子變流器交流側(cè)連接有LCL濾波器、交流電流采樣電路和端口電壓采樣電路，直流側(cè)電壓采樣電路、交流電流采樣電路和端口電壓采樣的輸出端連接到控制電路，通過控制電路計算得到控制指令來控制變流器的運行。通過端口電壓采樣電路檢測有源濾波器交流側(cè)端口電壓。一種基于端口電壓檢測的有源濾波器控制方法，包括以下步驟：1)檢測變流器的直流側(cè)電壓，獲取檢測到的直流側(cè)電壓與預(yù)設(shè)電壓的差值，然后將獲得的差值通過直流側(cè)電壓閉環(huán)控制得到基波電壓有功指令Udc_a,Udc_b,Udc_c；2)檢測端口電壓，根據(jù)檢測到的端口電壓通過CLARK和PARK變化得到d,q軸坐標(biāo)系下的d軸分量和q軸分量，再根據(jù)d軸分量和q軸分量與PARK變化給的θ角的關(guān)系，通過公式(1)提取指定次諧波電壓相位和指定次諧波電流指令的相位；3)提取指定次端口諧波電壓幅值；由步驟2)可得指定次諧波電壓相位，由此可得到幅值為1，相位與指定次諧波電壓相等的正弦量，檢測到的端口諧波電壓通過乘上正弦量，將指定次諧波電壓轉(zhuǎn)化成直流量，然后通過低通濾波器，濾除其他交流分量得到指定次諧波電壓的幅值；4)諧波電流指令生成：將步驟3)得到的指定次諧波電壓幅值與0作差，通過PI控制器，PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對直流量的無靜差跟蹤，將PI控制器輸出的量作為諧波電流指令的幅值，而步驟2)中得到的指定次諧波電流相位作為諧波電流指令的相位，兩者相乘作為諧波電流指令；5)檢測交流側(cè)電流：將步驟1)中的基波有功指令I(lǐng)dc_a,Idc_b,Idc_c中和步驟4)中的諧波電流指令I(lǐng)har_a,Ihar_b,Ihar_c相加得到電流指令，再經(jīng)過電流閉環(huán)，使變流器輸出指定次諧波。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明所述的基于端口電壓檢測的新型有源濾波器裝置。在成本方面，本發(fā)明只需要檢測端口的電壓，無需檢測負載側(cè)或者電源側(cè)的電流，這樣就可以有效地降低器件成本；在應(yīng)用場合方面，本發(fā)明適用于無電流監(jiān)測點的工業(yè)場合(如油田鉆井場合)和具有公共母線的多源多負載系統(tǒng)，具有很高的工程實際應(yīng)用意義；另外，在精度方面，本發(fā)明控制策略中采用PI控制器，能對指定次諧波電壓幅值進行無靜差跟蹤，提高指定次諧波補償?shù)木?。附圖說明圖1為基于端口電壓檢測有源濾波器結(jié)構(gòu)圖圖2為基于端口電壓檢測有源濾波器控制框圖圖3為諧波電流指令生成框圖圖4為矢量關(guān)系圖圖5為本發(fā)明的系統(tǒng)運行仿真波形具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：參考圖1，本發(fā)明所述的基于端口電壓檢測的新型有源濾波器裝置由LCL濾波器、三相電力電子變流器、交流電流采樣電路、端口電壓采樣電路、直流側(cè)電壓采樣電流和控制電路組成。其中電力電子變流器直流側(cè)連接有1個直流電容和直流側(cè)電壓采樣電路；電力電子變流器交流側(cè)連接有LCL濾波器、交流電流采樣電路和端口電壓采樣電路。直流側(cè)電壓采樣電路、交流電流采樣電路和端口電壓采樣電流的輸出端連接到控制電路，通過控制電路計算得到控制指令來控制變流器的運行。本發(fā)明所述的基于端口電壓檢測的新型有源濾波器的控制方法包括以下步驟：1)檢測變流器的直流側(cè)電壓，獲取檢測到的直流側(cè)電壓與預(yù)設(shè)電壓的差值，然后將獲得的差值通過直流側(cè)電壓閉環(huán)控制得到基波有功指令I(lǐng)dc_a,Idc_b,Idc_c。2)檢測端口電壓，根據(jù)檢測到的端口電壓通過CLARK和PARK變化得到d,q軸坐標(biāo)系下的d軸分量和q軸分量，再根據(jù)d軸分量和q軸分量與PARK變化給的θ角的關(guān)系，通過特定的算法提取指定次諧波電壓相位和指定次諧波電流指令的相位。3)提取指定次端口諧波電壓幅值。由步驟2)可得指定次諧波電壓相位，由此可得到幅值為1，相位與指定次諧波電壓相等的正弦量。檢測到的端口諧波電壓通過乘上正弦量，將指定次諧波電壓轉(zhuǎn)化成直流量，然后通過低通濾波器，濾除其他交流分量得到指定次諧波電壓的幅值。4)諧波電流指令生成。將步驟3)得到的指定次諧波電壓幅值與0作差，通過PI控制器，理論上，PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對直流量的無靜差跟蹤。然后將PI控制器輸出的量作為諧波電流指令的幅值，而步驟2)中得到的指定次諧波電流相位作為諧波電流指令的相位，兩者相乘作為諧波電流指令I(lǐng)har_a,Ihar_b,Ihar_c。5)檢測交流側(cè)電流。將步驟1)中的基波有功指令I(lǐng)dc_a,Idc_b,Idc_c中和步驟4)中的諧波電流指令I(lǐng)har_a,Ihar_b,Ihar_c相加得到電流指令，再經(jīng)過電流閉環(huán)，使變流器輸出指定次諧波。步驟1)的具體操作為：基于端口電壓檢測的有源濾波器裝置上電開機后，控制電路封鎖變流器的脈沖，變流器處于不控整流狀態(tài)。此時直流側(cè)電壓采樣電路采取直流側(cè)電壓，與設(shè)定的電壓進行作差，將獲得的差值通過直流側(cè)電壓閉環(huán)控制得到基波有功指令I(lǐng)dc_a,Idc_b,Idc_c。步驟2)的具體操作為：①檢測端口電壓，得到端口的a相電壓Upcc_a,b相電壓Upcc_b和c相電壓Upcc_c,將得到的a相電壓Upcc_a,b相電壓Upcc_b和c相電壓Upcc_c依次進行CLARKE變換、PARK變換以及低通濾波器濾波處理，得到指定次端口電壓在d,q軸坐標(biāo)系下的d軸分量和q軸分量由此可得到圖4中各個矢量相位關(guān)系，具體如式(1)所示。根據(jù)式(1)、圖3和圖4，可求出指定次端口電壓的相位和指定次諧波電流指令的相位。步驟3)的具體操作為：①提取指定次端口諧波電壓幅值，端口電壓含有大量諧波如式(2)。由步驟2)可得指定次諧波電壓相位，由此可得到幅值為1，相位與指定次諧波電壓相等的正弦量。然后根據(jù)式(3)，將檢測到的端口諧波電壓通過乘上指定次頻率的正弦量(以k次頻率為例)，將指定次諧波電壓轉(zhuǎn)化成直流量，然后通過低通濾波器，濾除其他交流分量得到指定次諧波電壓的幅值。Upcc＝U1sin(ω1t+θ1)+U2sin(ω2t+θ2)+…U5sin(ω5t+θ5)+…(2)Upcc×sin(ω5t+θ5)=U5sin(ω5t+θ5)×sin(ω5t+θ5)+(U1sin(ω1t+θ1)+U2sin(ω2t+θ2)+...)×sin(ω5t+θ5)=U52-U52cos(2ω5t+2θ5)+12(U1cos((ω1-ω5)t+θ1-θ5)-U1cos((ω1-ω5)t+θ1+θ5)+...)---(3)]]>步驟4)的具體操作為：通過步驟3)得到的指定次諧波電壓幅值，當(dāng)APF能完全將指定次諧波補償?shù)?，則諧波源產(chǎn)生的諧波將不會流入電網(wǎng)，此時端口指定次電壓的幅值為0。因此，使檢測到的指定次諧波電壓幅值與0作差，通過PI控制器，理論上，PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對直流量的無靜差跟蹤。然后將PI控制器輸出的量作為諧波電流指令的幅值，而步驟2)中得到的指定次諧波電流相位作為諧波電流指令的相位，兩者相乘作為諧波電流指令I(lǐng)har_a,Ihar_b,Ihar_c。步驟5)的具體操作為：①將步驟1)中的基波有功指令I(lǐng)dc_a,Idc_b,Idc_c中和步驟4)中的諧波電流指令I(lǐng)har_a,Ihar_b,Ihar_c相加得到電流指令，再經(jīng)過電流閉環(huán)，使變流器輸出指定次諧波Ia*,Ib*,Ic*。②將所得的電流指令I(lǐng)a*,Ib*,Ic*,與檢測回來的交流電流作差，其差作為P控制器的輸入，將P控制器的輸出通過變流器輸出指令電流。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3