[发明专利]逆变电容调节和支路电抗控制解耦的有源电力滤波方法

摘要

逆变电容调节和支路电抗控制解耦的有源电力滤波方法，属于直流输电领域。其特征在于：该方法先利用一组带通滤波实现频域控制的解耦；再对滤波支路电阻进行负反馈控制，以调节逆变电容电压并使之维持在设定电压值；接着，用参数调节的方法使滤波支路在关心的纹波频点的电抗为零，从而实现对该频点纹波成分的抑制；最后，基于相移互差90°的两个移相滤波构成滤波支路电阻和电抗的解耦控制，以得到脉宽调制用的参考波。该方法无需为逆变电路提供直流电源，而且控制不受负载变化的影响，同时也解决了控制过程各个环节以及采样和延时所造成的相移问题。该方法原理清楚，易于采用数字化方式实现。

主权项

1、逆变电容调节和支路电抗控制解耦的有源电力滤波方法，含有一组带通滤波处理实现频域控制解耦的步骤，其特征在于：该方法先利用一组带通滤波实现频域控制的解耦；再对滤波支路电阻进行负反馈控制，以调节逆变电容电压并使之维持在设定电压值；接着，用参数调节的方法使滤波支路在关心的纹波频点的电抗为零，从而实现对该频点纹波成分的抑制；最后，基于相移互差90°的两个移相滤波处理H1和H2构成滤波支路电阻和电抗的解耦控制，以得到脉宽调制用的参考波信号；该方法依次含有如下步骤：(1)测量出并联滤波支路中的电流iAPF；(2)将测量得到的滤波支路电流信号iAPF输入一组通带频点分别为f1、f2、…、fm的带通滤波处理，得到一组包含不同频率纹波成分的纹波电流信号i1、i2、…、im；其中，f1、f2、…、fm是需要滤除的低频纹波的m个组成频率，每个带通滤波处理在其通带频点fi(i＝1，2，…，m)具有最高幅值增益Ai，而它对其它纹波频率信号的衰减率应该大于控制系统实现频域解耦的临界阈值；(3)将滤波得到的纹波电流信号i1、i2、…、im分别乘以频域解耦加权系数a1、a2、…、am，然后求和得到第一个加权求和电流信号isum1，即isum1＝a1·i1+a2·i2+…+am·im；同时，将滤波得到的纹波电流信号i1、i2、…、im分别乘以频域解耦加权系数b1、b2、…、bm，然后求和得到第二个加权求和电流信号isum2，即isum2＝b1·i1+b2·i2+…+bm·im；上述的频域解耦加权系数的计算步骤如下：①测量出逆变电容两端的电压Ud；②将设定的电容电压值Ud0与测量得到的逆变电容电压Ud取差，得到电容电压的误差值ΔUd，即ΔUd＝Ud0-Ud；③将获得的电容电压的误差值ΔUd输入到由一系列比例、积分、微分、惯性或者求和处理过程构成的比例积分微分控制，用以构成维持逆变电容电压的负反馈控制，并输出得到电容充电功率控制参数PC；④将获得的电容充电功率控制参数PC进行线性化补偿处理得到一个中间控制参数R；线性化补偿处理的计算公式如下：R=1w1·I12+w2·I22+···+wm·Im2·PC]]>其中，wi(i＝1，2，…，m)是对中间控制参数R加权从而获得对应频点fi(i＝1，2，…，m)的电阻控制参数Pi(i＝1，2，…，m)的加权系数，取正常数；Ii(i＝1，2，…，m)是滤波支路电流信号iAPF在频点fi(i＝1，2，…，m)的纹波成分的有效值，Ii(i＝1，2，…，m)可以通过对当前的滤波支路电流信号iAPF进行纹波成分的分析获得或者将其设置为固定数值；⑤将计算得到的中间控制参数R乘以一组加权系数w1、w2、…、wm，依次得到一组电阻控制参数p1、p2、…、pm，即：              pi＝wi·R      (i＝1，2，…，m)；⑥测量出并联滤波支路两端的电压uAPF和并联滤波支路中的电流iAPF；⑦由测量得到的并联滤波支路的电压uAPF和电流iAPF计算出滤波支路分别在频点f1、f2、…、fm的电抗值X1、X2、…、Xm；⑧依据滤波支路的电抗，经过参数的调节控制得到一组电抗控制参数q1、q2、…、qm；⑨将前述第⑤步获得的电阻控制参数Pi(i＝1，2，…，m)和前述第⑧步获得的电抗控制参数qi(i＝1，2，…，m)按照如下公式进行解耦处理，并得到频域解耦加权系数qi(i＝1，2，…，m)和bi(i＝1，2，…，m)：aibi=AΔAi·AH·n·Ud0·cosθisinθi-sinθicosθi·piqi---(i=1,2,···,m);]]>其中，AΔ是脉宽调制处理采用的调制信号幅值，Ai(i＝1，2，…，m)是前述第(2)步中通带频点为fi(i＝1，2，…，m)的带通滤波处理的最高幅值增益，n是耦合变压器的变比，Ud0是设定的逆变电容电压，θi(i＝1，2，…，m)是从滤波支路电流iAPF的测量过程，经过带通滤波处理、加权求和、H1移相滤波、求和、脉宽调制、脉冲驱动、电压逆变和变压器耦合的一系列处理，到获得耦合变压器原边受控电压的整个过程在fi(i＝1，2，…，m)频点的总相移；(4)将上述第(3)步获得的第一个加权求和电流信号isum1经过第一组移相滤波H1后，得到第一个移相滤波信号ihb1；同时，将上述第(3)步获得的第二个加权求和电流信号isum2经过第二组移相滤波H2后，得到第二个移相滤波信号ihb2；如果两组移相滤波H1和H2的传递函数分别用HH1(s)和HH2(s)表示，则在所关心的纹波频带内，移相滤波H1和H2的传递函数特性应该满足如下关系：其中，f是关心频带内的频率，而且f＞0；AH是任意正常数。在满足控制精度要求的条件下，上述对传递函数特性的约束可以存在一定的误差；(5)将上述第一和第二个移相滤波信号ihb1和ihb2求和得到脉宽调制用的参考波信号iref，即iref＝ihb1+ihb2；(6)将参考信号iref进行脉宽调制处理后获得一组方波脉冲信号；方波脉冲信号的路数等于单相电压型逆变电路中受控的电力电子器件数目，脉宽调制处理的脉冲发生频率应该大于所关心的低频纹波频带上限的2倍，由这组方波脉冲信号控制的单相电压型逆变电路所输出的电压脉冲的占空比应满足下式：其中的AΔ是脉宽调制处理采用的调制信号幅值，取任意正数值；(7)将上述第(6)步获得的方波脉冲信号进行功率放大后去驱动单相电压型逆变电路中的电力电子器件，用以改变由逆变电容提供电压的单相电压型逆变电路输出的电压脉冲的占空比，并且使该电压脉冲的占空比满足步骤(6)中要求；(8)将上述电压脉冲加载到耦合变压器副边，并通过耦合变压器原边作用于和无源滤波装置串联所构成的滤波支路，用以在与该滤波支路相并联的电路输出端口得到低频纹波被滤波后的电压和电流输出信号。