[发明专利]基于周期离散控制及平均电流补偿逆控制的有源滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及有源滤波器，尤其是涉及一种基于周期离散控制及平均电流补偿逆控制的有源滤波器。

背景技术

电力有源滤波器(Active Power Filter，缩写为APF)是治理电力系统谐波、改善电能质量的有效措施。与传统的无源滤波器(Passive Filter，缩写为PF)相比，电力有源滤波器具有能补偿各次谐波、抑制闪变、补偿无功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势。随着电力电子技术的快速发展，电力电子器件的导通容量、开关频率等性能大大提高，PWM控制技术也日趋成熟，采用现代电力电子技术、数字信号处理技术和先进控制理论的电力有源滤波器技术对电网谐波进行动态实时补偿，可视为现在解决谐波污染问题的最有效和最具潜力的途径。目前，电力有源滤波器已成为电力电子技术领域中的研究热点，许多国家已将有源电力滤波器作为改善电能质量的一项关键技术和措施，在我国也具有非常广阔的应用前景。

非线性负荷产生的谐波和无功电流对电网产生污染，将对电网系统、供电部门和电力用户带来严重的危害。目前普遍采用的并联型无源滤波器存在着滤波效果差、对电网参数敏感、元件体积庞大，严重时导致串并联谐振事故等缺陷。采用现代电力电子技术、数字信号处理技术和先进控制理论的电力有源滤波器技术对电网谐波进行动态实时补偿，可视为现在解决谐波污染问题的最有效和最具潜力的途径。与传统的无源滤波器相比，电力有源滤波器具有能补偿各次谐波、抑制闪变、补偿无功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势。

电力有源滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成)。

指令电流运算电路的功能主要是从负载电流i_L(t)中分离出谐波和无功电流i_Lq(t)和基波有功电流i_Lp(t)，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号i_C(t)＝i_Lq(t)。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流i_C，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路，产生补偿电流i_c(t)，

i_s(t)＝i_L(t)-i_C(t)＝i_Lp(t)+i_lq(t)-i_C(t)＝i_LP(t)

即电源电流i_s(t)中只含有基波的有功分量i_Lp(t)，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。附图1中C₁和L₁构成一无源滤波电路，可以滤除PWM输出的高频开关纹波，L₁同时起着将直流侧PWM电压信号转换成补偿电流i_C的作用。C为直流侧储能元件，串联电阻R代表有源滤波器损耗。开关器件S1～S4采用IGBT和二极管反并联构成。

电力有源滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型APF(储能元件为电容)和电流型APF(储能元件为电感)。电压型APF在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。电压型APF的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数APF采用的方式。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于周期离散控制及平均电流补偿逆控制的有源滤波器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于周期离散控制及平均电流补偿逆控制的有源滤波器，其特征在于，该滤波器包括基于周期离散控制的直流侧电压环控制模块、基于平均电流补偿逆控制的电流环控制模块，所述的基于周期离散控制的新型直流侧电压环控制模块包括周期离散控制模块、数字锁相环模块，所述的周期离散控制模块直接对直流侧电容电压进行控制，所述的数字锁相环模块对电源电压进行调节控制，所述的基于平均电流补偿逆控制的电流环控制模块包括控制器、非线性平均电流模型、PWM、逆变器。

所述的基于平均电流补偿逆控制的电流环控制模块利用直流侧电压与电源电压的测量值。

所述的非线性平均电流模型可得到的下一周期补偿电流的校正值，该校正值与滤波器输出电流测量值之和作为输出电流的反馈值。