一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器的利记博彩app

本发明属于电力电子领域,主要指有源电力滤波器，更确切的说是指采用新型电流控制器的高运行效率，高精确度的改进有源电力滤波器。

背景技术：

70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也在日趋严重。世界各国对谐波问题给予了充分的关注。

有源电力滤波器作为解决电网谐波问题、改善电网质量的一种行之有效的方案，在全世界各国得到了广泛的运用。这种思想最先由B.M.Bird和J.F.Marsh于1969年在其论文中提出，该文指出可以将三次谐波电流注入到电网中以达到改善交流电网中电流的波形的目的。随后于1976美国西屋公司的E.C.Strycula与L.Gyugui以PWM技术为基础，在理论上证明了电力有源滤波器可以作为一个理想的谐波源，同时也在文中提出了有源滤波器的拓扑结构和实现方法。但是直到以日本著名学者H.Akagi提出的三相电路瞬时无功功率理论为基础的谐波检测算法得到实际的应用以后，有源电力滤波器才真正意义上在全世界范围内得到了广泛运用。

传统的有源电力滤波器，需要用到负载测电流互感器，谐波检测模块，电流控制器，有源电力滤波器输出电流检测模块，滤波电流发生器，直流侧电压控制器模块。其中，负载测电流互感器采集负载电流信号，与滤波器的输出电流信号以及直流侧电压信号一起作为电流控制器的输入，其设计结构复杂，计算信息量较大，对补偿电路的设计和DSP主芯片的计算速度等，都有比较高的要求，此外，对于检测负载电流的控制方法，即指令电流运算电路的输入信号来自负载电流，这的是一种最基本的控制方式，在这种控制方式中，补偿电流能够较好的跟踪指令电流，但是，在主电路电力半导体器件高频通断的过程中，会产生其工作频率附近一些次数很高的谐波电流，这些电流被放大后流入电网，从而使得电源电流中包含这些谐波成分，使得有源电力滤波器的补偿特性变差，因此，这就有必要对现有的控制策略及控制器进行改进。

在工业生产领域，由于在对称的三相电网中偶次谐波因对称被抵消，奇次谐波成为主要的谐波危害源，其中由其以5次，7次谐波的含量为主，其含量可以达到总谐波的45％甚至80％，另外的6n±1次谐波也严重危害电网的安全运行。目前，有源电力滤波器APF主要的研究热点与关注点基本上都集中在了：结构选型的对比、谐波提取算法的改进以及控制策略的优化三个方面。本发明采用一种新型的电流控制器，优化了APF性能，设计了一种全新的有源电力滤波器，在工业生产中6n±1次谐波含量的较高的场合，补偿效果尤为明显。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，采用的技术方案如下：

一种采用新型电流控制器的有源电力滤波器，包括电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路；

所述电网电流检测环节负责采样三相电流信号，通过一组电流互感器采集电网电流信号i_s,abc，经过Clark/Park变换后，获得处于同步坐标系的电流信号i_s,dq，同时通过加入电压相位信号θ_s使得采集到的信号与电网电压信号实现同步，之后将所得的处于同步坐标系的参考电流信号加入电流控制器的输入端；

电压控制环节的负责保持变流器直流侧电容电压的稳定，通过采集电容电压实际电压信号V_dc与参考电压进行对比，将所得到的对比差值通过一个PI控制器调节，使得实际电压信号V_dc快速接近参考电压信号并将所得的差值信号加入电流控制器的输入端口，以构成一个闭环电压控制回路；

所述电流控制器负责处理经过所述电流检测环节后的电流信号，包括一个PI控制器和一个矢量PI控制器；所述PI控制器传递函数为所述矢量PI控制器的传递函数为其中h代表谐波次数，K_ph是可变增益系数，其取值影响到控制的控制性能，K_rh是谐振增益，并且其中R_F，L_F分别为APF输出滤波器的等效阻抗值。信号经PI控制器和矢量PI控制器同时作用后，产生参考电压信号利用其与电网电压信号产生的差值作为所述驱动模块的输入信号；

所述驱动模块用于驱动所述基于NPC逆变器的主电路；

所述基于NPC逆变器的主电路采用中性点箝位式三电平逆变器，其产生的补偿信号经过输出滤波器并入电网中，实现补偿。

进一步，所述基于NPC逆变器的主电路由12个IGBT开关管组成，每相桥臂上下各有两个IGBT开关管并且反并联二极管，直流侧是由两个直流电容构成，这两个直流电容给出了中性点Z，连接到中性点的二极管D_Z1和D_Z2为箝位二极管，当S₂和S₃导通时，该逆变器输出端A通过其中一个箝位二极管连接到中性点。

进一步，所述驱动模块采用SVPWM空间矢量调制技术得到占空比信号。

进一步，所述K_ph＝0.5。

进一步，所述直流电容上的电压E设为直流总电压的一半。

进一步，所述电流控制器能够应用在静止无功发生器SVG谐波处理装置中。

本发明的有益效果：

1、所提出的新型电流控制器能够实现解耦控制，并且在不需要延迟补偿的情况下，实现异常电流峰值的消除，对APF的运行稳定性和稳态表现没有任何影响，同时减少了谐波电流产生的无功功率，保证了电网测侧的单位功率因数运行

2、所提出的系统控制环节，采用双闭环控制，即电流内环控制和电压外环控制，电压外环通过一个PI控制器保证了直流测电压的稳定性，使得APF能够在负载波动时实现稳定运行；电流内环通过新型电流控制器，在基参考系中调节电网电流。

3、所提出的新型电流控制器无需负载电流测量模块，无需谐波电流检测模块，同时省略了参考滤波电流发生器和滤波电流控制部分，简化了控制策略，使得有源电力滤波器的补偿性能不再受到谐波跟踪过程的影响，从而提高了精确度，使得谐波补偿效果得到显著提高。

4、本发明的改进，使得提出的采用新型电流控制器的APF补偿效率得到提升，同时缩减整体系统成本，并且其补偿效果大大高于基于传统电流控制器的APF。

附图说明

图1本发明提出的采用新型电流控制器的APF结构图；

图2为本发明提出的中性点箝位式三电平逆变器拓扑结构；

图3本发明提出的新型电流控制器的原理框图；

图4本发明提出的采用新型电流控制器的APF系统框图；

图5未投入本发明APF之前的三相电源电流波形；

图6投入本发明APF之后的三相电源电流波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明有源电力滤波器包含了电网电流检测环节，电压控制环节，电流控制器，驱动模块，基于NPC逆变器的主电路，其中：

电网电流检测环节负责采样三相电流信号，通过一组电流互感器采集电网电流信号i_s,abc，经过Clark/Park变换后，获得处于同步旋转坐标系的电流信号i_s,dq，同时通过加入电压相位信号θ_s使得采集到的信号与电网电压信号实现同步，之后将所得的处于同步坐标系的参考电流信号加入电流控制器的输入端。

电压控制环节的主要作用是保持变流器直流侧电容电压的稳定，通过采集电容电压实际电压信号V_dc与参考电压进行对比，利用PI调节的动态响应快，调节简单的特点，将此处所得到的差值通过一个PI控制器调节，以达到减小电压波动，同时使得实际电压信号快速接近参考电压信号的目的。同样的，所得的差值信号也加入电流控制器的输入端口，以构成一个闭环电压控制回路。

电流控制器是本发明的核心部分，它是针对电网中的某一类特征谐波提出的，因而同样可以应用到静止无功发生器SVG等谐波处理装置中。电流控制器主要负责处理电网电流检测环节所得的电流信号，其原理框图如图3所示。图中的的输入信号分别为电流参考信号来自电网的电流信号i_s,dq，令使得电流控制能够产生足够的无功电流以抵消电网中的无功电流，实现消除无功的作用。电流控制器主要由一个PI控制器和一个矢量PI控制器组成，其中PI控制器传递函数为K_P1为基波比例放大系数，K_i1为基波积分系数；PI控制器的作用是加快控制器的响应速度，减少控制器的响应时间。矢量PI控制器利用一系列谐振控制器的级联，达到在基参考坐标系下用一个谐振控制器控制一对谐波电流的目的，其传递函数为其中h代表谐波次数，K_ph是可变增益系数，其取值影响到控制的控制性能，K_rh是谐振增益；并且其中R_F，L_F分别为APF输出滤波器的等效阻抗值，这样取值可以消除耦合，减少异常的尖峰电压。在这里取K_ph＝0.5，此时矢量PI控制器能够达到一个最佳的稳态效果，类似于谐振控制器，在每个h次谐波处，都会有一个增益，本发明的电流控制器能够达到单位增益，是普通的比例谐振控制器所达不到的，传统的比例谐振控制器极易发生超调，导致对所需要补偿的谐波产生过大的增益，导致补偿效果变差。由PI控制器和矢量PI控制器同时作用后，产生参考电压信号利用其与电网电压信号产生的差值作为驱动模块的输入信号。

所述驱动模块采用SVPWM空间矢量调制技术得到占空比信号，从而驱动APF主电路中的IGBT开关管，产生补偿信号后经过输出滤波器并入电网中，最终实现补偿目的

所述基于NPC逆变器的主电路为中性点箝位式三电平逆变器，如图2所示，直流侧为一个大电容，主电路拓扑由12个IGBT组成，每相桥臂有上下各有两个IGBT开关管并且反并联二极管，直流侧是由两个直流电容构成，这两个直流电容给出了中性点Z，连接到中点的二极管D_Z1和D_Z2为箝位二极管，该电路拓扑相对于两电平逆变器其具有开关频率高、器件承受电压低、输出电压波形好、输出谐波小等优点。

图4为本发明提出的基于新型电流控制器的APF总框图，包含了Clark/Park变换模块，电流互感器，新型电流控制器，PI模块，锁相环和带通滤波器模块，SVPWM模块，NPC逆变器模块。对于新型电流控制器的输入信号(电源基波电流差值和无功电流)，分别采用电流互感器采集电源电流信号，后经Clark/Park变换模块得到电源电流在dq坐标下的电流，同时通过另一个Clark/Park变换模块采集电流电压数据，通过一个在基波频率处谐振的带通滤波器过滤掉谐波，带通滤波器的输出作为锁相环输入，以此得到θ_s。以上环节得了新型电流控制器所需要的电流电压参考信号，最后通过电流内环和电压外环形成两个闭环，达到简化系统控制策略，提高APF补偿性能的效果。

图5和图6分别示出了未采用本发明APF之前的三相电源电流波形和采用本发明APF之后的三相电源电流波形。对比看出，采用本发明的APF之后，谐波得到明显抑制，补偿效果很好。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。