[发明专利]一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法，尤其是 针对大容量并联型有源滤波器装置。本发明专利的技术主要用于大容量有源 滤波器装置启动，并网和负载切换等动态过程中对直流母线电压稳定度要求 较高的场合。属于有源电力滤波器技术领域。

背景技术

近年随着现代电力电子技术的飞速发展和电网中非线性负载的激增，电网 电压和电流波形畸变严重，导致电网中的谐波水平不断升高。由于并联型有 源电力滤波器非常适合补偿电网中的谐波和无功电流，因此近年来得到了广 泛地研究和使用。

三相三线并联型有源滤波器(SAPF)系统的结构图如图1所示。其中带 有串联电阻和电感的三相二极管整流桥作为非线性负载；一个电压源型的逆 变器(voltage source inverter，VSI)通过输出滤波器连接到电网，二者构成并联 型有源滤波器。图中：u_g为电源相电压，Lg为电源侧内感，L_i为负载侧进线 电感，C_dc为直流母线电容，RL为阻感负载，L₁、L₂和C构成LCL输出滤波 器，Rd为阻尼电阻，i_L、i₂分别为负载电流和补偿电流，us为电网电压，udc 为直流电压。

在实际应用中，无论并联型APF工作于启动过程或是正常运行过程，直流 电压控制都是非常重要的。一方面，由于大容量并联型APF的交流侧滤波电 感通常很小，因此在启动过渡过程中将产生很大的冲击电流，同时引起直流 电容电压的大幅过冲或跌落。另一方面，在正常运行过程中，由于直流侧和 交流侧的能量交换将导致直流侧电压波动，特别在负载切换时将导致直流电 压大幅波动，严重时将威胁开关器件的安全。因此，在启动，并网和负载切 换等动态过程中对直流母线电压的控制是十分必要的。

对电压环进行软启动最常用的方法有直流电压指令缓增法，恒定有功电流 充电法，变PI参数法和模糊控制法。然而，这些方法通常都比较复杂且需要 电流环和电压环的同时工作。另外，在电压环软启动后通常没有并网冲击抑 制措施。通常因此有必要设计一种简单有效的软启动和冲击抑制方法。

在正常运行过程中，传统的直流侧电容电压调节采用不控整流桥进行稳 压，然而这种方法将导致直流电压跟随电网电压波动而且大大增加了系统成 本。现在采用最多的方法是反馈直流电压，利用PI控制器对其进行调节。这 种方法能获得很好的稳态跟踪性能，但是在负载切换过程中的动态性能不够 理想，直流电压波动过大。而且，由于PI控制器无法有效抑制直流侧的电压 谐波，这些电压谐波将干扰电流内环的正常工作，恶化补偿效果。有的文献 提出了一种模糊控制策略，该控制策略能获得比PI控制器更好的稳态性能且 易于设计，然而其动态性能也不能令人满意。其他的一些控制策略如自适应 滤波器、非线性PID控制器等在实际应用中非常难于设计。中国发明专利(专 利号为02153872.7，名称为“有源电力滤波器的变流器直流侧电压闭环控制 方法和系统”)公开的一种直流侧电压控制方法，能够克服数字式控制器延时 对直流电压控制的影响，但并未解决动态过程中直流电压控制的一些核心问 题。

发明内容

本发明目的是提供一种并联型有源电力滤波器动态直流电压的控制方法， 其目的是提供一种动态直流母线电压控制方法能保证大容量有源滤波器装置 在启动，并网和负载切换等动态过程中对直流母线电容电压都保持很高的稳 定度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种并联型有源电力滤波 器动态直流电压的控制方法，其特征在于：

步骤1、来自电网的充电电流经接触器、限流电阻、网侧电感、变流器侧 电感和不控整流桥对直流侧电容进行预充电；

步骤2、所述不控整流桥下桥臂的开关由控制器发出的脉冲信号关断，该 不控整流桥上桥臂的开关在控制器发出的开关脉冲信号控制下开启，该开关 脉冲信号的占空比从0线性地增加到一个固定值；然后以该固定值对直流侧 电容持续充电；

步骤3、将下桥臂的开关与上桥臂的开关同时关断，充电电流在电网电压 和所述网侧电感、变流器侧电感共同作用下，将存储在所述网侧电感、变流 器侧电感中的能量通过所述不控整流桥的反并二极管以充电电流形式向直 流侧电容转移，直到直流侧电容的电压达到期望电压值；