[发明专利]电力有源滤波器的电压外置式渐变控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电力有源滤波器的电压外置渐变式控制方法，属于电力系统电能质量控制领域。

背景技术：

实际应用中，消除供电系统谐波主要采取两种滤波方法：无源LC滤波器和有源电力滤波器滤波。

目前工程上应用最多的是无源LC滤波器，它结构简单，投资少，可靠性高，运行费用也比较低，其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，这样无源滤波器就必然会存在众多的缺点，如只能对主要谐波进行滤波，滤波性能不稳定，可能使电网供电质量下降，滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调等。

而有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)与无源滤波器相比，理论来说有以下特点：

(1)不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；

(2)滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；

(3)具有控制参数自调整功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

目前国内有很多对电力有源滤波器的研究。例如：耦合变压器型串联有源电力滤波器，但是这种有源电力滤波器只能补偿纹波电压的正半部分；基于神经网络控制以及非线性PID控制等控制方法的有源滤波器的理论研究和仿真试验很多，但大部分都停留在理论研究和实验室阶段，能够做出装置样机的很少，目前的实际应用价值还不能体现。在国内目前已有的有源滤波装置中，由于其检测精度，指令电流计算时延和输出滤波器的相移等因素以及普遍采用的传统PI控制方法在系统的动态和稳态性能之间取得最优存在矛盾，使得有源滤波器的效果不是很理想。因此，虽然有源滤波器能够克服无源滤波器的种种缺点，但也存在许多技术问题，其初始投资和运行费用在目前来说相对比较高，这些都影响了有源滤波器的大范围的实际应用。

发明内容：

为克服已有技术存在的上述缺陷，在现有的并联型有源滤波器基础上，本发明采用现代控制理论和PI控制相结合的复合控制方法，融合了自适应控制和滑动模控制等先进技术而设计出了适用于380V配电系统用有源滤波器的电压外置渐变式控制方法，即采用直流中间电压控制和谐波电流控制来实行双闭环控制，以电流调制波作为双闭环控制系统的内环，直流中间电压控制作为双闭环控制系统的外环控制。所述方法包括三相补偿电流、三相负载电流、直流电压、以及交流电压等变量数据的采集，采用瞬时p-q理论将瞬时三相电压、电流转换成两相α，β坐标系统，具体包括以下步骤：

(1)首先设定一个初始电压U_dset，并启动滤波器，所述初始电压U_dset的设定值按阶梯方式逐步递增；

(2)所述初始电压U_dset与滤波器直流侧电压U_d比较后送到PI调节器进行调节，接着又将PI调节器的输出值与负载电流的同步旋转坐标系统的α分量相加，得到反映直流电压与负载电流之和的一个给定值；

(3)对给定值进行低通滤波，取得基波分量；

(4)将同步旋转的α，β坐标系统再转换为随时间变化的三相坐标系统，三相坐标系统下的基波分量与负载电流的瞬时值进行比较后得到反映谐波电流瞬时值，之后与有源滤波器的补偿电流比较后再取反送到IPM中IGBT的门极驱动环节，至此便完成了所有的控制过程。

电压外置渐变式控制方法“外置”的主要思想是，在传统的有源滤波的理论基础上，在闭环控制器的外环增加了一个电压环，而内环则为经典的电流环。控制方法中的所谓“渐变”是指直流给定电压的设定值U_dset在有源滤波装置从启动到稳定运行过程中有个渐变过程。

该控制方法的特点是：(1)硬件电路简单，容易实现；(2)有较好的动态特性，能够最大限度的快速稳定直流侧电压以及与之对应的节点电压，使之不会出现随机的发生累加或累减偏移；(3)较高的动、静态特性，控制精度高；(4)能满足负荷的无功功率动态补偿的要求。