[发明专利]一种级联H桥APF直流侧电容均压控制方法

说明书

本发明公开一种级联H桥APF直流侧电容均压控制方法，属于电力系统中电能质量补偿谐波的级联有源电力滤波器技术领域，该方法包括：有功电流指令控制步骤；相间均压控制步骤；相内均压控制步骤。本发明所达到的有益效果为：第一，本发明提供的级联H桥APF直流侧电容均压控制方法不需要额外添加均压电路，减小了系统的成本与系统的复杂性；第二，本发明提供的级联H桥APF直流侧电容均压控制方法基于电压外环有功指令电流，相间均压调节和相内有功分量叠加共同实现三层电压控制系统，实现直流侧电压的均压；第三，本发明提供的级联APF直流侧电容均压控制方法调整各H桥模块吸收的有功功率，实现各H桥的电压调节功能。

技术领域

本发明属于电力系统中电能质量补偿谐波的级联有源电力滤波器(Active PowerFilter，简称APF)技术领域，更具体地说涉及一种级联H桥APF直流侧电容均压控制方法。

背景技术

由于级联拓扑结构每个H桥模块间的直流侧电容相互独立，在理想情况下APF运行时，各H桥电容电压均衡，不存在均压问题，但是在实际应用中由于系统分布式参数差异，以及调制信号死区带来的延时等原因会造成相间与相内的电压失衡。直流侧电压的失衡继而会导致APF输出电压的阶梯电平差异，增大输出电压的畸变率，如果没有相关抑制措施，输出侧电压的畸变会引起各模块吸收功率出现非线性变化，有可能进一步加剧系统直流侧电压的失衡，最终导致APF直流侧储能电容的过压损毁。

针对级联H桥APF电容电压不平衡问题，许多学者提出了不同的均压控制方案，目前主要有硬件均压法，底层调制法和上层均压法。

硬件均压法主要通过调节并联电容的有功损耗，实现各个逆变器模块间的能量传递，进而实现各模块的均压，但是系统需要额外添加均压电路，增加了系统的成本与系统的复杂性。

底层调制法主要是通过调节功率器件的PWM调制信号，以达到调节模块直流侧电压的目的。目前主要有两种底层调制法：采用脉冲循环实现模块功率均衡的方法和采用空间矢量调制法。前者需要较高的开关频率才能实现该均压算法，因此不适用于大容量APF系统；后者由于调制矢量过多，空间矢量的扇区判断，各种最小开关频率组合以及冗余矢量选择等大量运算大大增加了控制系统的复杂性。

上层均压控制方案在调制策略的基础上通过改变各模块输出电压来调整模块的输入有功功率，实现每个模块的电压调整。目前这类方法主要有移相平衡法。该方法主要通过H桥输出电压波形的移相，改变电流与电压相位关系，从而调整各H桥模块吸收的有功功率，实现各H桥的电压调节功能。

发明内容

本发明的目的在于，针对级联H桥APF直流侧电容电压不平衡问题，提出一种级联H桥APF直流侧电容均压控制方法，采用分层控制，可以使相间电压控制器与相间均压控制器相互配合，有效提高了系统的响应速度和稳定性，且可实现各H桥模块电压的均衡。

本发明采取的技术方案是：一种级联H桥APF直流侧电容均压控制方法，其包括：有功电流指令控制步骤，相间均压控制步骤，相内均压控制步骤；

所述有功电流指令控制步骤具体包括：将总的直流侧电压设定值U_dcref与总的直流侧电容电压值做差，产生的差值经过PI控制器，获得基波有功分量i_d，并将所述基波有功分量i_d选为上层控制器的有功指令电流信号，与需要注入电网侧的基波无功分量i_q经过解耦控制之后，得到指令电压信号，进而通过控制U_dcref实现直流侧总电压的控制；

所述相间均压控制步骤具体包括：对所述有功指令电流信号分别做CLARK、PARK变换，分解后的电流与上层控制器的有功指令电流信号叠加通过前馈解耦得到级联H桥逆变器输出电压信号，经过CLARK、PARK反变换，实现相间电压控制；

所述相内均压控制步骤具体包括：A相内均压控制步骤；B相内均压控制步骤；C相内均压控制步骤。