[发明专利]适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控制方法

摘要

本发明公开了适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控制方法，按照以下实施步骤1，采集弱电网系统PCC点处电压，逆变器直流侧电压，负载电流的瞬时值，及逆变器发出的电流的瞬时值；步骤2，将采集的瞬时值，及逆变器发出的电流瞬时值经调理电路处理后输入到DSP处理器中，转换为数字信号；步骤3，DSP处理器通过对数字信号进行处理，得有源电力滤波器的指令电流信号；步骤4，DSP处理器将指令电流信号和数字信号进行滞环比较，并控制DSP发出PWM波；步骤5，将发出的PWM波发送到逆变器的IGBT模块的驱动电路，控制逆变器按照指令电流信号。本发明有效地准确补偿负载的无功和谐波电流。

主权项

适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1，采集弱电网系统PCC点处电压ea、eb和ec的瞬时值，逆变器直流侧电压vdc的瞬时值，负载电流iLa、iLb和iLc的瞬时值，以及逆变器发出的电流ica、icb和icc的瞬时值；步骤2，将采集到的ea、eb、ec、vdc、iLa、iLb和iLc的瞬时值，以及逆变器发出的电流ica、icb和icc瞬时值经过调理电路处理后输入到DSP处理器中，通过A/D模块转换为数字信号ea、eb、ec、vdc、iLa、iLb、iLc、ica、icb和icc；步骤3，DSP处理器通过对数字信号ea、eb、ec、vdc、iLa、iLb和iLc进行处理，得到有源电力滤波器的指令电流信号irefa、irefb、irefc；步骤3中得到有源电力滤波器的指令电流信号具体按照以下步骤实施：1)设系统PCC点电压和负载电流的瞬时值分别为：ea=Σm=1∞[Em+sin(mωt+θem+)+Em-sin(mωt+θem-)]eb=Σm=1∞[Em+sin(mωt+θem+-2π/3)+Em-sin(mωt+θem-+2π/3)]ec=Σm=1∞[Em+sin(mωt+θem++2π/3)+Em-sin(mωt+θem--2π/3)]---(1)]]>公式(1)、(2)中：m、n为谐波次数，+表示正序，‑表示负序；ω为角速度，t为时间，为正序m次谐波电压幅值，为负序m次谐波电压幅值，为负序m次谐波电压的初始相角，为正序m次谐波电压的初始相角，为正序n次谐波电流幅值，为负序n次谐波电流幅值，为负序n次谐波电流的初始相角，为正序n次谐波电流的初始相角；2)将PCC点的电压和负载电流瞬时值转换为两相静止坐标系；PCC点的电压在两相静止坐标系上的坐标值为：eαeβ=Cabc_αβeaebec=3/2Σm=1∞[Em+sin(mωt+θem+)+Em-sin(mωt+θem-)]3/2Σm=1∞[-Em+cos(mωt+θem+)+Em-cos(mωt+θem-)]---(3)]]>公式(3)、(4)中：3)根据两相静止坐标系与旋转坐标系之间的空间位置转换得到电压矢量、电流矢量在旋转坐标系上的坐标值；电压矢量在旋转坐标系上的坐标值为：exey=Cαβ_xyeαeβ=3/2Σm=1∞{Em+cos[(m-1)ωt+θem+-γ]-Em-cos[(m+1)ωt+θem-+γ]}-3/2Σm=1∞{Em+sin[(m-1)ωt+θem+-γ]+Em-sin[(m+1)ωt+θem-+γ]}---(5)]]>公式(5)中，γ为xy坐标系的初相角；电流矢量在旋转坐标系上的坐标值为：4)采用低通滤波器提取电压矢量在旋转坐标系上的坐标值，得到PCC点电压和负载电流基波正序分量在旋转坐标系上的坐标值为：公式(7)中，为基波正序电压、电流的幅值，为基波正序电压、电流的初始相角，γ为xy坐标系的初相角；5)根据3)和4)中得到的电压、电流的基波正序分量在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值，得到电压的基波正序分量与电流的基波正序分量之间的夹角为再根据有功电流的定义得到有功电流，具体表达式如下：公式(8)中，则有功电流在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值为：ipLx=ipcos(θ1+-γ)=(ex1+ix1++ey1+iy1+)ex1+(ex1+)2+(ey1+)2ipLy=ipsin(θ1+-γ)=-(ex1+ix1++ey1+iy1+)ey1+(ex1+)2+(ey1+)2---(9)]]>6)根据直流侧电压与期望值的偏差，应用PI控制器得到电压控制所需的有功电流ipdc，再根据3)和4)中得到的PCC点电压基波正序分量在旋转坐标系上的坐标值，将ipdc也投影到xy坐标系，其坐标值分别为：ipdcx=ipdc×exex2+ey2ipdcy=ipdc×eyex2+ey2---(10)]]>将ipdc在xy坐标系上的分量分别加入到负载有功电流在xy轴坐标上的分量，则系统消耗的有功电流在xy坐标系的坐标值为：ipx=ipLx+ipdcxipy=ipLy+ipdcy---(11)]]>7)将有功电流在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值进行矩阵反变换得到有功电流的三相瞬时值分别为：公式(12)中，γ为xy坐标系的初相角；8)用采集到的负载电流三相瞬时值减去7)得到的系统有功电流的三相瞬时值，即得有源电力滤波器的指令电流信号，irefa=iLa-ipairefb=iLb-ipbirefc=iLc-ipc---(13)]]>在PCC电压频率由ω偏移到ω'时，步骤3中得到有源电力滤波器的指令电流信号具体按照以下步骤实施：1)设系统PCC点电压和负载电流的瞬时值分别为：ea=Σm=1∞[Em+sin(mω′t+θem+)+Em-sin(mω′t+θem-)]eb=Σm=1∞[Em+sin(mω′t+θem+-2π/3)+Em-sin(mω′t+θem-+2π/3)]ec=Σm=1∞[Em+sin(mω′t+θem++2π/3)+Em-sin(mω′t+θem--2π/3)]---(14)]]>公式(14)、(15)中，m、n为谐波次数，+表示正序，‑表示负序；ω0为角速度，t为时间，为正序m次谐波电压幅值，为负序m次谐波电压幅值，为负序m次谐波电压的初始相角，为正序m次谐波电压的初始相角，为正序n次谐波电流幅值，为负序n次谐波电流幅值，为负序n次谐波电流的初始相角，为正序n次谐波电流的初始相角；2)将PCC点的电压和负载电流瞬时值转换为两相静止坐标系；PCC点的电压在两相静止坐标系上的坐标值为：eαeβ=Cabc_αβeaebec=3/2Σm=1∞[Em+sin(mω′t+θem+)+Em-sin(mω′t+θem-)]3/2Σm=1∞[-Em+cos(mω′t+θem+)+Em-cos(mω′t+θem-)]---(16)]]>公式(16)、(17)中，3)根据两相静止坐标系与旋转坐标系之间的空间位置转换得到电压矢量、电流矢量在旋转坐标系上的坐标值；电压矢量在旋转坐标系上的坐标值为：exey=Cαβ_xyeαeβ=3/2Σm=1∞{Em+cos[(mω′-ω)t+θem+-γ]-Em-cos[(mω′+ω)t+θem-+γ]}-3/2Σm=1∞{Em+sin[(mω′-ω)t+θem+-γ]+Em-sin[(mω′+ω)t+θem-+γ]}---(18)]]>公式(18)中，γ为xy坐标系的初角；电流矢量在旋转坐标系上的坐标值为：4)采用低通滤波器提取电压矢量在旋转坐标系上的坐标值，得到PCC点电压和负载电流基波正序分量在旋转坐标系上的坐标值为：公式(20)中，为基波正序电压、电流的幅值，为基波正序电压、电流的初始相角，γ为xy坐标系的初相角；5)根据3)和4)中得到的电压、电流的基波正序分量在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值，得到电压的基波正序分量与电流的基波正序分量之间的夹角为再根据有功电流的定义得到有功电流表达式如下：公式(21)中，则有功电流在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值为：6)根据直流侧电压与期望值的偏差，应用PI控制器得到电压控制所需的有功电流ipdc，再根据步骤3.4中得到的PCC点电压基波正序分量在旋转坐标系上的坐标值，将ipdc也投影到xy坐标系，其坐标值分别为：ipdcx=ipdc×exex2+ey2ipdcy=ipdc×eyex2+ey2---(23)]]>将ipdc在xy坐标系上的分量分别加入到负载有功电流在xy轴坐标上的分量，则系统消耗的有功电流在xy坐标系的坐标值为：ipx=ipLx+ipdcxipy=ipLy+ipdcy---(24)]]>7)将有功电流在与基波正序电压同向同转速的旋转坐标系上的坐标值进行矩阵反变换得到有功电流的三相瞬时值分别为：公式(25)中，γ为xy坐标系的初相角；8)用采集到的负载电流三相瞬时值减去7)中得到的系统有功电流的三相瞬时值，即得有源电力滤波器的指令电流信号，irefa=iLa-ipairefb=iLb-ipbirefc=iLc-ipc---(26)]]>步骤4，DSP处理器将指令电流信号irefa、irefb、irefc和数字信号ica、icb和icc进行滞环比较，并控制DSP的PWM模块发出PWM波；步骤5，将DSP处理器发出的PWM波发送到逆变器的IGBT模块的驱动电路，控制逆变器按照指令电流信号irefa、irefb、irefc发出电流，按照发出电流补偿弱电网系统中的谐波和无功功率。