本發(fā)明涉及一種單相有源電力濾波器及其復(fù)合檢測控制方法。
背景技術(shù)：
：有源電力濾波器的諧波治理能力直接取決于諧波電流檢測的精確性?，F(xiàn)有控制算法多是將單相擴展成三相，然后運用瞬時無功功率理論進行運算，得到諧波電流參考值。事實上，單相諧波電流檢測算法還有更簡單的擴展二維檢測法，但是由于該算法需要求導(dǎo)，而在控制器中求導(dǎo)是很難的。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種單相有源電力濾波器及其復(fù)合檢測控制方法，采用微分跟蹤器對信號作光滑趨近，替代傳統(tǒng)的求導(dǎo)過程；對傳統(tǒng)擴展二維檢測方法進行改進。得到了特定次諧波檢測法，加強了諧波治理效果。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：一種單相有源電力濾波器復(fù)合檢測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：對負載側(cè)電流進行擴展二維檢測，輸出負載電流的基波；根據(jù)直流側(cè)電壓和電壓參考值，調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓，并輸出對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果；將所述負載電流的基波與對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果相減，得到二者的差值；對電網(wǎng)側(cè)電流進行特定次諧波檢測，輸出該特定次諧波；將所述二者差值與特定次諧波相加，得到參考電流；采集電網(wǎng)側(cè)補償電流，并將電網(wǎng)側(cè)補償電流與所述參考電流相減，對所述相減值進行PWM調(diào)制；將經(jīng)PWM調(diào)制后的信號進行放大得到驅(qū)動信號；所述驅(qū)動信號驅(qū)動主電路向電網(wǎng)側(cè)輸出補償電流，同時輸出直流側(cè)電壓。對負載側(cè)電流進行擴展二維檢測過程中，采用微分跟蹤方法處理信號求導(dǎo)過程。通過構(gòu)造向量對電網(wǎng)側(cè)電流進行特定次諧波檢測，體方法為：構(gòu)造以電網(wǎng)側(cè)電流和中間量為元素的第一向量；構(gòu)造以m次單位正弦信號、m次單位余弦信號為元素的第二向量；構(gòu)造以m次單位余弦信號、m次單位正弦信號的相反數(shù)為元素的第三向量；對第一向量和第二向量作點積，得到第一直流分量；對第一向量和第三向量作點積，得到第二直流分量；構(gòu)造以所述第一直流分量和第二直流分量為元素的第四向量；對第二向量和第四向量作點積，得到m次諧波。一種基于復(fù)合檢測控制的單相有源電力濾波器，包括：擴展二維檢測單元、直流側(cè)電壓跟蹤單元、特定次諧波檢測單元、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路；擴展二維檢測單元設(shè)置微分跟蹤器，微分跟蹤器采集負載側(cè)電流，以對負載側(cè)電流作帶有濾波效果的光滑趨近為輸出，擴展二維檢測單元根據(jù)微分跟蹤器的輸出檢測負載電流中的基波；直流側(cè)電壓跟蹤單元根據(jù)直流側(cè)電壓和電壓參考值，輸出對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果；特定次諧波檢測單元采集電網(wǎng)側(cè)電流，并輸出特定次諧波；電流跟蹤控制電驅(qū)動電路根據(jù)所述負載電流中的基波、對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果和特定次諧波向驅(qū)動電路輸出跟蹤電流，驅(qū)動電路根據(jù)跟蹤電流輸出驅(qū)動信號控制主電路向電網(wǎng)側(cè)輸出補償電流。所述電流跟蹤控制電路采集電網(wǎng)側(cè)補償電流，將補償電流與參考電流相減，對所述相減值進行PWM調(diào)制，并將調(diào)制結(jié)果輸出給驅(qū)動電路；所述參考電流根據(jù)負載電流的基波、對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果以及特定次諧波計算得到。所述跟蹤微分器具有兩個輸出端口，端口1用于跟蹤輸入信號，并對輸入信號作帶有濾波效果的光滑趨近，端口2輸出輸入信號的廣義導(dǎo)數(shù)，所述端口1與擴展二維檢測器連接。所述跟蹤微分器具有可調(diào)參數(shù)R，根據(jù)有源電力濾波器的濾波上限頻率定義可調(diào)參數(shù)R的值。微分跟蹤器為線性跟蹤微分器，用于提高電路響應(yīng)時間。主電路包括PWM變流器和在PWM變流器兩側(cè)并聯(lián)電容器。本發(fā)明的有益效果：(1)采用跟蹤微分器對電網(wǎng)側(cè)電流作帶有濾波效果的光滑趨近替代傳統(tǒng)的求導(dǎo)過程，具有實用性；(2)對傳統(tǒng)的擴展二維檢測進行改進，使其可以針對特定次諧波進行檢測；(3)采用傳統(tǒng)擴展二維檢測，并針對特定次諧波檢測的復(fù)合檢測控制方法，不僅可以檢測電路的基波，還可以檢測特定諧波。附圖說明圖1為本發(fā)明改進的擴展二維檢測控制方法的單相有源電力濾波器示意圖；圖2為本發(fā)明微分跟蹤器的示意圖；圖3為本發(fā)明MATLAB仿真示意圖；圖4為本發(fā)明采用MATLAB仿真：未經(jīng)任何處理的負載電流結(jié)果；圖5為本發(fā)明采用MATLAB仿真：只使用擴展二維法的網(wǎng)側(cè)電流模擬結(jié)果；圖6為本發(fā)明采用MATLAB仿真：特定次諧波檢測法的網(wǎng)側(cè)電流模擬結(jié)果；圖7為本發(fā)明采用MATLAB仿真：采用復(fù)合檢測控制法的網(wǎng)側(cè)電流模擬結(jié)果；圖8為本發(fā)明采用復(fù)合檢測控制法的網(wǎng)側(cè)電流。具體實施方式：下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。傳統(tǒng)的擴展二維檢測法的原理是：將檢測到的一維信號擴展到二維空間，從而利用正交性得到基波，進而得到諧波分量。電網(wǎng)電壓和電流通常是周期量，且沒有直流分量，可以進行傅里葉分解。式中w＝2π/T。對f(t)求導(dǎo)一般情況下，頻率已知且變化極小，令構(gòu)造向量F＝[f(t),g(t)]，同時定義F1＝(sinωt,cosωt)，F(xiàn)2＝(cosωt,-sinωt)。利用點乘，可得可以看到，結(jié)果中既有直流分量，又有諧波分量。濾除諧波分量，即可得到直流分量，從而可得基波分量，進而得到諧波分量。fh(t)=f(t)-ff(t)=f(t)-P12+P22sin[ωt+arctan(P2/P1)]---(7)]]>本發(fā)明提出了以改進的擴展二維檢測為主，以特定次諧波檢測加強諧波治理效果的一種單相有源電力濾波器的復(fù)合檢測控制方法，包括以下步驟：對負載側(cè)電流進行擴展二維檢測，輸出負載電流的基波；根據(jù)直流側(cè)電壓和電壓參考值，調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓，并輸出對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果；將所述負載電流的基波與對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果相減，得到二者的差值；對電網(wǎng)側(cè)電流進行特定次諧波檢測，輸出該特定次諧波；將所述二者差值與特定次諧波相加，得到參考電流；采集電網(wǎng)側(cè)補償電流，并將電網(wǎng)側(cè)補償電流與所述參考電流相減，對所述相減值進行PWM調(diào)制；將經(jīng)PWM調(diào)制后的信號進行放大得到驅(qū)動信號；所述驅(qū)動信號驅(qū)動主電路向電網(wǎng)側(cè)輸出補償電流，同時輸出直流側(cè)電壓。對負載側(cè)電流進行擴展二維檢測過程中，采用微分跟蹤方法處理信號求導(dǎo)過程。通過構(gòu)造向量對電網(wǎng)側(cè)電流進行特定次諧波檢測，體方法為：構(gòu)造以電網(wǎng)側(cè)電流和中間量為元素的第一向量；構(gòu)造以m次單位正弦信號、m次單位余弦信號為元素的第二向量；構(gòu)造以m次單位余弦信號、m次單位正弦信號的相反數(shù)為元素的第三向量；對第一向量和第二向量作點積，得到第一直流分量；對第一向量和第三向量作點積，得到第二直流分量；構(gòu)造以所述第一直流分量和第二直流分量為元素的第四向量；對第二向量和第四向量作點積，得到m次諧波。假設(shè)待檢測的諧波為m次，則輸入信號可以寫成如下形式定義構(gòu)造向量F→=[f(t),g(t)]---(10)]]>式中為一未知角度。作點積濾除結(jié)果中的諧波分量，構(gòu)造作點積即可得到m次諧波分量。如圖1所示，一種基于復(fù)合檢測控制的單相有源電力濾波器，包括：擴展二維檢測單元、直流側(cè)電壓跟蹤單元、特定次諧波檢測單元、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路；擴展二維檢測單元設(shè)置微分跟蹤器，微分跟蹤器采集負載側(cè)電流，以對負載側(cè)電流作帶有濾波效果的光滑趨近為輸出，擴展二維檢測單元根據(jù)微分跟蹤器的輸出檢測負載電流中的基波；直流側(cè)電壓跟蹤單元根據(jù)直流側(cè)電壓和電壓參考值，輸出對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果；特定次諧波檢測單元采集電網(wǎng)側(cè)電流，并輸出特定次諧波；電流跟蹤控制電驅(qū)動電路根據(jù)所述負載電流中的基波、對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果和特定次諧波向驅(qū)動電路輸出跟蹤電流，驅(qū)動電路根據(jù)跟蹤電流輸出驅(qū)動信號控制主電路向電網(wǎng)側(cè)輸出補償電流。所述電流跟蹤控制電路采集電網(wǎng)側(cè)補償電流，將補償電流與參考電流相減，對所述相減值進行PWM調(diào)制，并將調(diào)制結(jié)果輸出給驅(qū)動電路；所述參考電流根據(jù)負載電流的基波、對直流側(cè)電壓的跟蹤結(jié)果以及特定次諧波計算得到。所述跟蹤微分器具有兩個輸出端口，端口1用于跟蹤輸入信號，并對輸入信號作帶有濾波效果的光滑趨近，端口2輸出輸入信號的廣義導(dǎo)數(shù)，所述端口1與擴展二維檢測器連接。如圖2所示，跟蹤微分器是這樣一種機構(gòu)：輸入信號v(t)，可以輸出兩個信號z1和z2。其中z1是輸入信號v(t)的光滑逼近，z2是v(t)的廣義導(dǎo)數(shù)，即z1的導(dǎo)數(shù)。該求導(dǎo)過程可以避免高頻噪聲及不可導(dǎo)點的影響。對如下系統(tǒng)x·1(t)=x2(t)x·2(t)=f(x1(t),x2(t))---(17)]]>跟蹤微分器的一般形式為z·1(t)=z2(t)z·2(t)=R2f(z1(t)-v(t),z2(t)/R)---(18)]]>本設(shè)計使用的是線性跟蹤微分器z·1(t)=z2(t)z·2(t)=R2[-5(z1(t)-v(t))-2z2(t)/R]---(19)]]>其中R是可調(diào)參數(shù)，決定了跟蹤微分器的濾波特性。有源電力濾波器的開關(guān)頻率為20KHz，其能夠濾除的諧波頻率上限為10KHz。根據(jù)跟蹤微分器的傳函可求得R。G(s)=5R2s2+2Rs+5R2---(20)]]>令s＝j(luò)ωG(jω)=5R25R2-ω2+j2ωR---(21)]]>A(ω)＝|G(jω)|(22)L(ω)＝20lgA(ω)|(23)令L(ω)＝-3dB，將ω＝10000Hz代入求得R＝3367.微分跟蹤器為線性跟蹤微分器，用于提高電路響應(yīng)時間。主電路包括PWM變流器和在PWM變流器兩側(cè)并聯(lián)電容器。為了驗證該設(shè)計的實用性，在MATLAB仿真平臺進行了仿真實驗。圖3為matlab仿真模型，圖4為未經(jīng)處理的負載電流，此時的總諧波畸變率為24.29％；圖5為使用傳統(tǒng)擴展二維法的網(wǎng)側(cè)電流，此時的總諧波畸變率為1.16％；圖6為只使用特定次諧波檢測法的網(wǎng)側(cè)電流，此時的總諧波畸變率為6.24％；圖7為復(fù)合控制下的網(wǎng)側(cè)電流。經(jīng)使用該設(shè)計的有源電力濾波器處理后，網(wǎng)側(cè)電流的總諧波畸變率降為0.68％，達到了理想的控制效果。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。當前第1頁1 2 3