[发明专利]一种有源电力滤波器补偿电流限流的控制方法

说明书

【技术领域】

本发明属于电力电子变流器研究控制领域，特别涉及一种有源电力滤波器补偿电流限流的控制方法。

【背景技术】

随着人们用电设备的自动化程度及精确化程度的不断提高，大量由电力电子装置构成的非线性负载被大规模接入电网系统。这些非线性负载在提高人们用电品质的同时，会产生大量的谐波电流，引起输、配电系统中流经大量畸变电流，并产生一系列电能质量问题，如占用额外的输、配电设备和线路容量，引起额外损耗和发热，可能造成输、配电网络电压畸变，甚至可能诱发谐振现象。上述电能质量问题一方面严重危害电网系统的运行效率和可靠性，一方面又会降低用户的用电质量，因此受到人们广泛的关注。

有源电力滤波器（APF）作为一种高效的电能质量治理装置，将电力电子，控制理论等先进技术集于一身，相较于传统无源补偿设备，拥有体积小、精度高、响应速度快、补偿效果好、控制灵活等众多优点，代表着未来电能质量治理装置的发展方向。在众多拓扑结构的APF中，并联型APF在补偿配电系统中的谐波电流方面具有强大的优势，并已广泛应用于各种工业、商业以及民用配电网络中，在电能质量治理领域发挥着重要的作用。

在APF的众多控制技术中，APF补偿电流的限流技术作为辅助功能往往被人们所忽视。但该限流技术用以限制APF输出补偿电流的额定电流大小，以保证APF在现场应用中的可靠性、灵活性、以及在极端情况下的运行效果，因此具有不可忽略的影响。具体来看，APF限流技术在以下情况中具有突出的作用：

1）当配电系统中待补偿谐波电流容量大于所装设的APF补偿容量时；

2）当负载随时间波动较为剧烈会间歇式产生大于APF容量的谐波电流时；

3）当配电系统发生谐振现象并希望通过限流技术保护APF本身时；

4）当应用环境温度波动较大并希望自动调整APF补偿容量时。

然而，不同于直流系统或基波系统，APF输出补偿电流中富含各次谐波分量，且各次谐波分量所占含量随负载实时变化，因此其限流技术无法像直流系统那样简单限制峰值，也无法像基波系统那样限制幅值。针对APF系统的限流技术需在限制其输出有效值的基础上进行，即当APF补偿电流大于额定值时，需等比例缩小各次谐波分量直至等于额定电流大小，以在APF最大出力的情况下仍保证最佳的谐波补偿效果。相较于其他装置，上述APF限流技术的实现较为复杂。

【发明内容】

本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提出一种有源电力滤波器补偿电流限流的控制方法。该方法简单且易于实现，仅需对现有APF控制方法进行较小改动便可实现，提高了APF系统的可靠性和灵活性，具有极大的应用价值。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有源电力滤波器补偿电流的限流控制方法，包括以下步骤：

1）设定期望的有源电力滤波器补偿电流有效值；

2）检测畸变的负载电流并通过谐波分离算法计算待补偿谐波电流有效值；用设定的有源电力滤波器补偿电流有效值除以该待补偿谐波电流有效值，并将其结果限幅于0～1之间，得到开环控制部分的限流系数；

3）检测并计算有源电力滤波器实际输出的补偿电流有效值，用设定的有源电力滤波器补偿电流有效值减去该实际输出的补偿电流有效值，并将差值用PI调节器调节后，限幅于-0.5～0之间，得到闭环控制部分的限流系数；

4）将步骤2）中开环控制部分得到的限流系数与步骤3）中闭环控制部分得到的限流系数相叠加，并将结果限幅于0～1之间，得到最终的限流系数；

5）将步骤4）中得到的最终的限流系数与谐波分离算法得到的负载电流中待补偿的谐波电流指令相乘，其结果作为有源电力滤波器补偿电流控制环节的最终谐波电流指令。

本发明进一步改进在于，步骤1）中设定期望的有源电力滤波器补偿电流有效值，其依据有源电力滤波器各功率器件容量进行预先设定，或者实时检测有源电力滤波器中半导体开关器件的运行温度进行设定。

本发明进一步改进在于，步骤2）中谐波分离算法采用快速傅立叶变换或者基于瞬时无功理论的变换算法分离出畸变的负载电流中包含的待补偿的各次谐波成分。

本发明进一步改进在于，步骤2）中通过谐波分离算法计算待补偿谐波电流有效值i_lh,rms，其计算公式如下：