基于電容電流反饋的hapf諧振抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種諧振抑制方法，尤其是一種基于電容電流反饋的HAPF諧振抑制 方法，屬于電工類電力電子的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 有源電力濾波器（Active PowerFilter，APF)作為一種先進(jìn)的諧波治理裝置，由于 具有良好的動態(tài)性能以及不受電網(wǎng)參數(shù)影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來被越來越多的應(yīng)用于配電 網(wǎng)諧波抑制與無功補(bǔ)償?shù)入娔苜|(zhì)量治理領(lǐng)域。特別地，在某些無功需求量較大的場合，為了 降低APF的容量和造價，通常結(jié)合無功補(bǔ)償電容器（Fixed Capacitor，F(xiàn)C)組成混合補(bǔ)償裝 置（Hybrid active power filter，HAPF)，由FC補(bǔ)償大部分無功功率，APF補(bǔ)償諧波和剩余 少量無功功率。然而，在一定的參數(shù)條件下，電網(wǎng)諧波電壓或負(fù)載諧波電流會引起無功補(bǔ)償 電容器和電網(wǎng)阻抗之間的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，造成諧波放大；并且，當(dāng)APF檢測電流包含電容 電流時，系統(tǒng)通常處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
[0003] 為了抑制諧振，現(xiàn)有的典型方法包括如下兩種：第一，通過在FC支路上串聯(lián)電抗 器來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的諧振點(diǎn)，該方法只能消除某一個頻率點(diǎn)上的諧振，當(dāng)諧振激勵源或電網(wǎng)參 數(shù)發(fā)生變化時，就會產(chǎn)生新的諧振。第二，檢測公共接入點(diǎn)（PCC)諧波電壓，該方法等效為 在電網(wǎng)側(cè)并聯(lián)一個諧波電阻來阻尼系統(tǒng)諧振，但實(shí)際工程中由于電網(wǎng)諧波電壓含量較小及 檢測誤差，并不能充分提取該諧波電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于電容電流反饋的HAPF 諧振抑制方法，其操作方便，通過電容電流的反饋控制環(huán)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，在實(shí)現(xiàn)對負(fù)載 電流補(bǔ)償?shù)耐瑫r，有效抑制系統(tǒng)串聯(lián)和并聯(lián)諧振。
[0005] 按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于電容電流反饋的HAPF諧振抑制方法，所述 HAPF諧振抑制方法包括如下步驟：
[0006] 步驟1、獲取負(fù)載電流ia，并將獲取的負(fù)載電流ia傳輸至諧波電流檢測環(huán)節(jié)；
[0007] 步驟2、獲取三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓Ug，對于獲取的電網(wǎng)電壓Ug，通過PLL鎖相環(huán)獲 取所述電網(wǎng)電壓U g的同步信號Θ e，PLL鎖相環(huán)將獲取的同步信號叭傳輸至諧波電流檢測 環(huán)節(jié)；
[0008] 步驟3、獲取SAPF濾波器直流側(cè)的電壓值Ud。，將所述電壓值Ud。與指令電壓相 比較，并經(jīng)過PI電壓控制器生成諧波指令電流的有功功率分量P^PI電壓控制器將生成諧 波指令電流的有功功率分量Pd。傳輸至諧波電流檢測環(huán)節(jié)；
[0009] 步驟4、諧波電流檢測環(huán)節(jié)根據(jù)負(fù)載電流ia、同步信號Θ M及諧波指令電流的有 功功率分量Pd。生成SAPF諧波補(bǔ)償指令電流i %
[0010] 步驟5、檢測并獲取SAPF濾波器輸出的SAPF補(bǔ)償電流if，在獲取SAPF補(bǔ)償電流 if后確定SAPF補(bǔ)償電流i f與SAPF諧波補(bǔ)償指令電流i $的電流偏差值△ i，其中，所述電 流偏差值△ i為
[0011] Δ i =
[0012] 將得到的電流偏差值Δ i輸入至PI電流控制器，以使得PI電流控制器根據(jù)電流 偏差值Δ i生成調(diào)制波電壓Ul，生成的調(diào)制波電壓化為
[0013]
[0014] 其中，kp、Ic1分別為PI電流控制器的比例和積分常數(shù)；
[0015] 步驟6、獲取FC支路的FC電容電流fC電容電流i。經(jīng)過反饋比例調(diào)節(jié)器后，以 得到反饋調(diào)節(jié)值-IX i。;將反饋調(diào)節(jié)值-K i。與調(diào)制波電壓u i相疊加，以生成綜合調(diào)制 波電壓u，所述綜合調(diào)制波電壓u為
[0016] U = UfkcXic;
[0017] 步驟7、對綜合調(diào)制波電壓u采用空間矢量脈寬調(diào)制輸出PffM觸發(fā)脈沖，以通過 PWM觸發(fā)脈沖觸發(fā)SAPF濾波器內(nèi)的開關(guān)工作。
[0018] PI電壓棹制器牛成的諧波指今電流的有功功率分量Pd。為
[0019]
[0020] 其中，kpd。、kld。分別為PI電壓控制器的比例和積分常數(shù)。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1、相比較于傳統(tǒng)在FC支路上串聯(lián)電抗器的諧振抑制方法，本發(fā)明諧振抑制頻帶 范圍較寬，且無需在FC支路上串聯(lián)調(diào)諧電抗器，降低了裝置的體積和造價，便于工程應(yīng)用；
[0023] 2、通過增加 FC電容電流的反饋比例調(diào)節(jié)器來增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，在實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電流 補(bǔ)償?shù)耐瑫r，能夠在負(fù)載電流包含和不包含F(xiàn)C電容電流的兩種情況下，有效抑制系統(tǒng)串聯(lián) 和并聯(lián)諧振，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
[0024] 3、當(dāng)負(fù)載電流不包含F(xiàn)C電容器電流或者無功補(bǔ)償裝置為晶閘管投切電容器 (Thyristor Switched Capacitor，TSC)時，該檢測電流一方面可以用于APF和FC或TSC的 協(xié)調(diào)控制，另一方面，可以實(shí)時監(jiān)測FC支路或TSC支路的電流情況，保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。
【附圖說明】
[0025] 圖1為現(xiàn)有HAPF諧振抑制的電路原理圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明的電路原理圖。
[0027] 圖3為未投入FC支路的實(shí)驗波形圖。
[0028] 圖4為切除FC支路且在投入整流器諧波負(fù)載時的實(shí)驗波形圖。
[0029] 圖5為在投入FC支路且不投入整流器諧波負(fù)載，僅有電網(wǎng)電壓引起串聯(lián)諧振特性 與抑制示意圖。
[0030] 圖6為SAPF濾波器未啟動，投入FC支路以及整流器諧波負(fù)載時，采用現(xiàn)有諧波抑 制方法時的實(shí)驗波形圖。
[0031] 圖7為SAPF濾波器未啟動，投入FC支路以及整流器諧波負(fù)載時，采用本發(fā)明諧波 抑制方法時的實(shí)驗波形圖。
[0032] 圖8為SAPF濾波器未啟動，僅投入FC支路以及整流器諧波負(fù)載時的實(shí)驗波形圖。
[0033] 圖9為SAPF濾波器啟動后采用現(xiàn)有諧波抑制方法時的實(shí)驗波形圖。
[0034] 圖10為SAPF濾波器啟動后采用本發(fā)明諧波抑制方法時的實(shí)驗波形圖。
[0035] 附圖標(biāo)記說明：100-SAPF濾波器、110-電壓比較器、120-PI電壓控制器、130-諧 波電流檢測環(huán)節(jié)、140-PLL鎖相環(huán)、150-電流比較器、160-PI電流控制器、170-反饋比較器、 180-反饋比例調(diào)節(jié)器以及190-SVPWM調(diào)制器。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037] 如圖1所示：為混合型有源電力濾波器（HAPF)的電路原理圖，所述混合型有源電 力濾波器由SAPF濾波器（并聯(lián)型APF) 100與無功功率補(bǔ)償電容FC組成，Cf、L分別為SAPF 濾波器100直流側(cè)的電容和網(wǎng)側(cè)的濾波電感；C為FC無功補(bǔ)償電容；ug為三相電網(wǎng)的電網(wǎng) 電壓，R g、1^分別為電網(wǎng)等效電阻、等效電感；L為整流器電阻負(fù)載。
[0038] 如圖2所示，為本發(fā)明對HAPF諧振抑制的電路原理圖，其中，PLL鎖相環(huán)140與三 相電網(wǎng)連接，以得到三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓U g的同步信息Θ y所述同步信息叭為電網(wǎng)電壓 Ug的相位信息。PLL鎖相環(huán)140的輸出端與諧波電流檢測環(huán)節(jié)130連接，諧波電流檢測環(huán)節(jié) 130還接收負(fù)載電流i a的輸入，同時，諧波電流檢測環(huán)節(jié)130還與PI電壓控制器120的輸 出端連接，PI電壓控制器120的輸入端與電壓比較器110的輸出端連接。諧波電流檢測環(huán) 節(jié)130的輸出端與電流比較器150的輸入端連接，電流比較器150的輸入端還接收SAPF濾 波器100輸出的SAPF補(bǔ)償電流i f。電流比較器150的輸出端與PI電流控制器160的輸入 端連接，PI電流控制器160的輸出端與反饋比較器170的一輸入端連接，反饋比較器170的 另一輸入端與反饋比例調(diào)節(jié)器180連接，反饋比例調(diào)節(jié)器180用于對無功功率補(bǔ)償電容FC 的FC電容電流i。進(jìn)行反饋比例調(diào)節(jié)，反饋比較器170的輸出端與SVPffM調(diào)制器190的輸 入端連接，SVPffM調(diào)制器190的輸出端與SAPF濾波器100連接，以實(shí)現(xiàn)對SAPF濾波器100 內(nèi)的開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0039] 由圖2以及上述說明可知，本發(fā)明對HAPF的諧振抑制主要由諧波電流檢測、電流 跟蹤控制、FC電容電流反饋控制、SAPF直流側(cè)電壓控制以及SVPffM脈沖調(diào)制等五個環(huán)節(jié)組 成，從而，本發(fā)明對HAPF諧振抑制方法包括如下步驟：
[0040] 步驟1、獲取負(fù)載電流ia，并將獲取的負(fù)載電流ia傳輸至諧波電流檢測環(huán)節(jié)130 ;
[0041] 在具體實(shí)施時，負(fù)載電流込可以包含F(xiàn)C電容電流i。，當(dāng)然也可以不包含F(xiàn)C電容 電流i。，具體可以根據(jù)負(fù)載工作情況確定，為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。通過 常規(guī)的技術(shù)手段來獲取負(fù)載電流ia，具體獲取的過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再 贅述。
[0042] 步驟2、獲取三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓Ug，對于獲取的電網(wǎng)電壓Ug，通過PLL鎖相環(huán)140 獲取所述電網(wǎng)電壓U g的同步信號Θ e，PLL鎖相環(huán)140將獲取的同步信號叭傳輸至諧波電 流檢測環(huán)節(jié)130 ;
[0043] 本發(fā)明實(shí)施例中，在獲取電網(wǎng)電壓Ug后，PLL鎖相環(huán)140通過常規(guī)的技術(shù)手段或方 式能得到電網(wǎng)電壓U g的同步信號Θ y
[0044] 步驟3、獲取SAPF濾波器100直流側(cè)的電壓值Ud。，將所述電壓值Ud。與指令電壓 相比較，并經(jīng)過PI電壓控制器120生成諧波指令電流的有功功率分量P^PI電壓控制 器120將生成諧波指令電流的有功功率分量Pd。傳輸至諧波電流檢測環(huán)節(jié)130 ;
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例中，通過檢測電容Cf兩側(cè)的電壓獲得SAPF濾波器100直流側(cè)的電 壓值Ud。，指令電壓為控制目標(biāo)值，指令電壓C4的大小根據(jù)控制目標(biāo)確定，確定指令電 壓的過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。電壓值Ud。與指令電壓C/:由電壓 比較器no進(jìn)行比較，電壓比較器loo的比較過程計算為指令電壓^4與電壓值u d。間的差 值。