用于电压源型非线性负载谐波补偿的sapf控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制方法，尤其是一种用于电压源型非线性负载谐波补偿的 SAPF(Shunt Active Power Filter，SAPF)控制方法，属于电工类电力电子的技术领域。
【背景技术】
[0002] 有源电力滤波器（Active Power Filter，APF)作为一种先进的谐波治理装置，能 够有效抑制非线性负载谐波。然而，近年来相关研宄发现，APF与谐波源之间存在相互影 响，为了获得理想的谐波补偿效果，串联型APF只适合于补偿电压源型非线性负载，而并联 型APF(Shunt APF，SAPF)适合于补偿电流源型非线性负载。当SAPF用于补偿电压源型非 线性负载时，会增大整流器直流侧的电压纹波和交流侧电流峰值。
[0003] 为了改善SAPF(Shunt Active Power Filter，SAPF)在对电压源型非线性负载的 补偿效果，抑制负载谐波电流放大，现有的技术只要分为两类：一类为改变系统谐振频率范 围的方法，该方法主要在负载交流侧串联电抗器或并联电容器，存在工程应用不便以及增 加设备体积和造价等问题；另一类为改变SAPF补偿带宽两种方法，该方法通过对谐波次数 的选择性补偿来消除谐振激励源，但降低了谐波补偿效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于电压源型非线性负载 谐波补偿的SAPF控制方法，其操作方便，能有效改善SAPF对电压源型非线性负载的补偿效 果，抑制电压源型非线性负载的电流放大，安全可靠。
[0005] 按照本发明提供的技术方案，一种用于电压源型非线性负载谐波补偿的SAPF控 制方法，所述SAPF的控制方法包括如下步骤：
[0006] 步骤1、对于电压源型非线性负载与SAPF滤波器的公共连接点PCC，检测并获取所 述公共连接点PCC的系统电压u s;在获取公共连接点PCC的系统电压u s后通过PLL锁相环 获取所述系统电压Us的同步信号0
[0007] 步骤2、检测并获取SAPF直流侧的电压值Ud。，并将所述电压值Ud。与指令电压 比较，且将电压值U d。与指令电压比较后的结果输入至PI电压控制器内，PI电压控制器 根据电压值Ud。与指令电压比较的结果生成谐波指令电流的有功功率分量P d。；
[0008] 步骤3、获取电压源型非线性负载的负载电流L并将负载电流k、谐波指令电流 的有功功率分量P d。以及同步信号0 e输入至谐波电流检测环节内，以通过谐波电流检测环 节生成SAPF谐波补偿指令电流ij;
[0009] 步骤4,将系统电压Us输入至谐波电压检测环节，以通过谐波电压检测环节提取得 到PCC谐波电Su sh;
[0010] 步骤5、将PCC谐波电压Ush乘以比例系数-k，并与SAPF谐波指令电流i J相叠加， 生成综合谐波指令电流ih%所述综合谐波指令电流^为：
[0011] C =^LI1-kliA,；
[0012] 步骤6、获取SAPF输出的补偿电流i。，以得到电流偏差值A i :
[0013] Ai = ih*-ic，
[0014] 将得到的电流偏差值A i输入至PI电流控制器，以通过PI电流控制器生成调制 波电压u，PI电流控制器生成的调制波电压u为：
[0016] 其中，kp、ki分别为PI电流控制器的比例和积分常数；
[0017] 步骤7、对上述生成的调制波电压u采用空间矢量脉宽调制方式输出PWM触发脉 冲，以通过PWM触发脉冲触发SAPF的开关工作。
[0018] PI电压控制器根据电压值Ud。与指令电压比较的结果生成的谐波指令电流的 有功功率分量P d。为：
[0020] 其中，kpd。、kid。分别为PI电压控制器的比例和积分常数。
[0021] 本发明的优点：
[0022] 1、相比较于现有通过在负载交流侧串联电抗器或并联电容器的改变系统谐振频 率范围的方法，本发明方法无需串联电抗器或并联电容器，降低了装置的体积和造价，便于 工程应用，且消除了并联电容器产生较大的容性无功电流造成系统过补偿的问题以及串联 电抗器产生的负载侧电压降落问题；
[0023] 2、相比较于现有改变SAPF补偿带宽的方法，本发明方法采用负载谐波电流与PCC 谐波电压共同控制SAPF输出谐波补偿电流，等效为在PCC处并联一个虚拟谐波电阻，能够 有效抑制谐波电流放大，无需改变谐波补偿带宽，从而具有更加优良的谐波补偿效果。
【附图说明】
[0024] 图1为现有SAPF对电压源型非线性负载补偿的电路原理图。
[0025] 图2为本发明的电路原理图。
[0026]图3为本发明的单相谐波等效电路图。
[0027] 图4为现有采用SAPF对电压源型非线性负载补偿时的实验波形图。
[0028] 图5为现有采用SAPF对电压源型非线性负载补偿且在负载交流侧串电感时的实 验波形图。
[0029] 图6为现有采用SAPF对电压源型非线性负载补偿且在负载交流侧并联电容器时 的实验波形图。
[0030] 图7为本发明的实验波形图。
[0031] 附图标记说明：100-SAPF滤波器、110-电压比较器、120-PI电压控制器、130-谐波 电流检测环节、140-PLL锁相环、150-谐波电压检测环节、160-比例环节、170-第一电流比 较器、180-第二电流比较器、190-PI电流控制器以及200-SVPWM模块。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0033] 如图1所示：为现有利用SAPF对电压源型非线性负载补偿的电路原理图，SAPF 滤波器100采用三相桥整流器结构，电容C f、电感L分别为直流侧电容和网侧滤波电感；电 压源型非线性负载为三相不控整流桥，电压源型非线性负载的直流侧滤波元件为电容C d， &为等效电阻负载；ug为电网电压，R g、Lg为电网等效阻感；i s、i。、k分别为系统谐波电流、 SAPF补偿电流以及负载电流。
[0034] 如图2所示，为本发明进行谐波补偿的SAPF控制时的电路原理图，电压源型非线 性负载与SAPF滤波器100具有公共连接点PCC，PLL锁相环140、谐波电压检测环节150均 连接在公共连接点PCC处，PLL锁相环140的输出端与谐波电流检测环节120的输入端连 接，谐波电流检测环节120还接收负载电流k的输入以及PI电压控制器120生成谐波指 令电流的有功功率分量P d。。PI电压控制器120与电压比较器110的输出端连接，电压比较 器110将SAPF滤波器100直流侧的电压值U d。与指令电压[/L进行比较，并将比较的结果 传输至PI电压控制器120内。谐波电压检测环节150对公共连接点PCC的电压Us体区谐 波，以得到PCC谐波电压Ush。谐波电压检测环节150的输出端与比例环节160连接，比例 环节160的输出端以及谐波电流检测环节130的输出端均与第一电流比较器170连接，第 一电流比较器170的输出端与第二电流比较器180的输入端连接，第二电流比较器180与 PI电流控制器190连接，PI电流控制器190与SVPWM模块200连接，SVPWM模块200输出 控制SAPF滤波器开关工作的PWM触发脉冲。
[0035] 通过上述连接配合，本发明主要形成谐波电流检测、PCC谐波电压检测、电流跟踪 控制、SAPF直流侧电压控制以及SVPWM脉冲调制的五个部分，本发明实施例中，采用负载电 流L与PCC谐波电压u sh共同控制SAPF滤波器100输出SAPF补偿电流i。。图3为图2的 等效电路图，其等效为在公共连接点PCC处并联一个虚拟谐波电阻。图3中，1&为系统谐 波电流；理想谐波电压源U ui和等效谐波阻抗Z &串联代表电压源型非线性负载，I &为负载 谐波电流；SAPF滤波器100等效为受控谐波电流源，用Idl表示，Ia= A I ^ ;Ush为公共连 接点谐波电压。谐波电压采用比例控制，比例系数设为k，则等效谐波电阻为1/k。SAPF滤 波器100由于通常采用直接输出电流控制模式，因此，SAPF滤波器100可以等效为受控电 流源，将SAPF滤波器100等效于受控电流源的方式为本技术领域人员所熟知，此处不再赘 述。
[0036] 根据图2、图3以及上述说明，本发明SAPF的控制方法包括如下步骤：
[0037] 步骤1、对于电压源型非线性负载与SAPF滤波器100的公共连接点PCC，检测并获 取所述公共连接点PCC的系统电压us;在获取公共连接点PCC的系统电压us后通过PLL锁 相环140获取所述系统电压Us的同步信号0
[0038] 本发明实施例中，通过常规的技术手段获取公共连接点PCC的系统电压Us，在获取 公共连接点PCC的系统电压11 3后，通过常规的技术手段由PLL锁相环140得到系统电压u s 的同步信号0 整个过程均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0039] 步骤2、检测并获取SAPF直流侧的电压值Ud。，并将所述电压值Ud。与指令电压 比较，且将电压值Ud。与指令电压^4比较后的结果输入至PI电压控制器120内，PI电压控 制器120根据电压值Ud。与指令电压比较的结果生成谐波指令电流的有功功率分量P d。；
[0040] 本发明实施例中，通过检测电容(^两侧的电压获得SAPF滤波器100直流侧的电 压值U d。，指令电压&为控制目标值，指令电压％的大小根据控制目标确定，确定指令电 压的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。电