[发明专利]NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制方法

说明书

本发明涉及一种NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制方法，内环电流采用无源控制、外环电压采用PI控制。根据NPC型三电平三相四线制SAPF在dq0坐标系下的EL数学模型分析其严格无源性，并通过计算得到能使被控量收敛至期望值的内环电流无源控制规律；采用阻尼注入法对其进行优化，得到能使内环补偿电流完全解耦的新的无源控制规律，提高系统的动态性能；根据能量守恒原则，采用比例积分PI控制直流侧总电压；根据电荷平衡原理，引入调节因子f，调节SVPWM调制算法中的正负小矢量的作用时间，维持直流侧电压的平衡。减少/消除非线性负荷产生的谐波、零序和无功电流，同时维持直流侧电容总电压稳定且保持上、下电容差压为0。

技术领域

本发明涉及一种微电网技术，特别涉及一种NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的迅速发展，在电网中各种电力电子装置(如节能控制装置、交直流换流设备、半导体非线性负荷和家用照明装置等)日益增多，这使电网的电能质量不断下降。传统的无源滤波器虽结构简单、运行维护方便，但只能消除特定次谐波，且易与电网产生谐振。并联型有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)补偿特性灵活，可动态补偿任意次谐波，有效地克服了无源滤波器的缺陷，因而成为了近年来的研究热点。

三相三线制SAPF发展较为成熟，但其忽略了对零序分量的处理，三相四线制SAPF克服了这一缺点，不仅能够对三相平衡系统的谐波和无功进行补偿，而且能够对电网不平衡时非线性负荷产生的零序谐波分量进行补偿。

但传统的两电平SAPF由于其自身拓扑结构的限制，很难用于高压大容量场所。三电平SAPF与两电平SAPF相比，开关器件承受的电压低、损耗小、波形更接近正弦，因而得到了越来越广泛的应用。目前，三电平SAPF的拓扑结构主要有二极管钳位(Neutral-PointClamped,NPC)型、飞跨电容型和级联H桥型。其中NPC型所需的直流侧电容数量和所需解决的直流侧电压不平衡问题最少、鲁棒性最好。

目前SAPF的控制策略大致分为线性和非线性两类。其中，线性控制的设计主要依据局部线性化方法，但SAPF的动态方程是非线性的，因此该方法对SAPF的控制效果不佳。无源控制(Passivity-Based Control,PBC)是研究非线性系统稳定性的重要工具，是近年来研究的热点。对将PBC引入至NPC型三电平三相四线制的研究也尚处于起步阶段。

发明内容

本发明是针对现在三相三线制SAPF发展存在的问题，提出了一种NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制方法，利用NPC型三电平三相四线制SAPF减少/消除非线性负荷产生的谐波、零序和无功电流，同时维持直流侧电容总电压稳定且保持上、下电容差压为0。

本发明的技术方案为：1、一种NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制方法，内环电流采用无源控制、外环电压采用PI控制，具体包括如下步骤：S1：选用NPC型三电平三相四线制SAPF结构对非线性负荷电网进行控制，选取三相SAPF输出补偿电流i_fi、直流侧总电压V＝V_dc1+V_dc2和直流侧电容电压差ΔV＝V_dc1-V_dc2为状态变量，下标i＝a,b,c，可得SAPF在三相静止abc坐标系下的数学模型为：