[发明专利]有源滤波器选择性补偿无功功率的控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于有源电力滤波器领域，涉及一种有源滤波器选择性补偿无功功率的控制方法和系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，大量的非线性负载投入使用，电网谐波污染问题越来越引起人们的重视。传统的无源滤波器由于存在只能滤除特定次谐波和易与电网发生谐振等缺点，正逐步被有源电力滤波器所取代。

影响并联型有源电力滤波器(APF)性能的一个重要因素是电流参考信号的获取。确定参考电流之前应该根据补偿目的将谐波和无功电流分量进行分离。补偿目的不同，对电流的分解方法也不同。例如，在补偿所有高次谐波分量以及单位功率因数的条件下，只需分离出基波有功电流分量即可；如果只消除谐波而不补偿基波无功分量，则需要分离出基波电流分量或谐波分量。

目前行业内的检测分离方法都存在一定的缺陷，难以应用到对于实时性要求较高的实际系统中：FFT检测方法能检测出各次谐波的幅值和相位，但其计算量和延时比较大。神经网络检测方法需要大量的时间来训练样本，它也难以满足实时的要求。基于自适应对消原理的谐波检测法的自适应能力很好，能较好地跟踪检测且精度较高，缺点是动态响应较慢。基于瞬时无功功率理论的检测算法可以分别检测谐波和无功功率，但其算法相对比较复杂。基于能量平衡理论的有功功率检测算法，利用电压环的控制量与电网电压因子相乘得到负载有功电流，算法简单，但该方法使得有源滤波器不能单独补偿负载电流的谐波分量，需同时补偿电网的无功功率。因此，当对无功功率比较大的负载进行谐波补偿时，容易出现没有充分滤除谐波的情况下，就达到了有源滤波器容量的极限。

因此，有必要设计一种全新的有源滤波器功率补偿方法和系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种有源滤波器选择性补偿无功功率的控制方法和系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种有源滤波器选择性补偿无功功率的控制方法，采用基于基波因子的双闭环控制方法以及采用单相全桥结构的逆变器，具体方法为：

直流电压给定值与逆变器直流侧电压u_C(t)进行比较产生误差信号经电压环控制器得到电压控制量，电压控制量与基波因子f(t)相乘得到电流控制参考信号电流控制参考信号与电网电流i_S(t)比较得到的电流误差信号经电流控制器输出电流控制量，该电流控制量经三角波调制获得PWM控制信号输出给逆变器；

所述的基波因子f(t)由以下方法确定：

情况1：需要补偿谐波和无功功率时，f(t)＝αu_S(t)，其中α为限幅因子，为常数；u_S(t)为电网电压信号；

情况2：只补偿谐波时，f(t)＝<i_L>_sin，即基波因子f(t)是与负载电流i_L的基波分量同频同相的正弦信号。

情况1时：采用电压互感器和限幅电路获得基波因子f(t)；

情况2时：采用电流互感器和滤波器获得基波因子f(t)，滤波器由低通滤波器和高通滤波器串接而成。

一种有源滤波器选择性补偿无功功率的控制系统，包括电信号检测装置、逆变器和控制装置；

电信号检测装置包括电网电流检测电路、电网电压检测电路、逆变器直流侧电压检测电路；

逆变器通过用于滤波的电感与电网相接；逆变器采用单相全桥结构；

控制装置结构为：选择开关的一个输入端通过限幅电路与电网电压检测电路的输出信号相接；选择开关的另一个输入端通过滤波器与电网电流检测电路的输出信号相接；选择开关的输出信号为基波因子f(t)；

控制装置的控制器实现方法为：直流电压给定值与逆变器直流侧电压u_C(t)进行比较产生误差信号经电压环控制器得到电压控制量，电压控制量与基波因子f(t)相乘得到电流控制参考信号电流控制参考信号与电网电流i_S(t)比较得到的电流误差信号经电流控制环输出电流控制量，该电流控制量经三角波调制获得PWM控制信号输出给逆变器。

电压环控制器、限幅电路、滤波器、选择开关、电流环控制器和用于三角波调制的三角波调制电路采用DSP实现。

有益效果：