[发明专利]一种三相四桥臂有源电力滤波器的直流侧电压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压控制方法，具体的说，是涉及一种三相四桥臂有源电力滤波器的电压控制方法。

背景技术

三相四线制系统在工业和民用电力系统中广泛应用，系统的主要负荷是功率不大的单相负荷，但由于数量越来越多，它们引起的谐波、中线电流和三相不平衡问题日益严重，造成各种事故。因此对三相四线制系统中的上述畸变进行补偿具有重要的实际意义。有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿，它是治理谐波等电能质量问题的一种重要方式，能够快速灵活地补偿电力系统的各种畸变。适用于三相四线制系统的有源电力滤波器有多种拓扑结构，研究表明三相四桥臂结构因具备诸多优点而得到较为广泛的应用。

三相四桥臂APF通常采用双环控制系统，即电压外环和电流内环。电压外环控制逆变器直流侧电压为设定的参考值，同时其输出为电流内环提供电流参考值。所以外环电压的稳定及良好的暂态性能是APF正常运行的基础，电压控制器的设计是APF装置设计中的重要组成部分。外环电压一股用比例积分(PI)控制器，这种控制策略存在着一些不足，启动和暂态过程所需的时间较长。另外，对于三相四线制系统，三相负载不平衡、大容量单相负载的大量使用、不对称故障等多种原因都会造成电网电压不平衡；即使电网电压平衡，非线性负载同样会使电流含有零序分量。这就要求三相四桥臂APF不仅具备同时补偿谐波、无功、负序、零序电流的能力，还应避免这些电流畸变分量对直流侧控制器的影响，但目前还没有一种控制方法能满足上面所述的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种三相四桥臂有源电力滤波器的直流侧电压控制方法，它可以解决常规PI控制在控制效果上不佳的问题，还具有响应快、鲁棒性较强、能解除外环对内环的不良影响等优点。

本发明提供的一种三相四桥臂有源电力滤波器的直流侧电压控制方法，采用如下的技术方案：

1)电网电压平衡时，为了简化问题，忽略APF交流侧电感的损耗和变流器自身产生的各种损耗，则交流侧瞬时功率与直流侧瞬时功率相等。据此建立三相四桥臂APF在dq0坐标下的状态空间模型其中A和B为系数矩阵，x为由dq0坐标下的3个补偿电流i_cd、i_cq、i_c0及APF直流侧电压u_dc构成的状态向量，u为dq0坐标下的控制向量。

2)用d轴控制量控制直流侧电压u_dc，q轴和0轴控制量控制交流输出电流i_cd、i_cq、i_c0，选取q轴输出电流i_cq、0轴输出电流i_c0和直流侧电压u_dc为系统输出。

3)定义误差向量e＝[e₁，e₂，e₃，e₄]，其中e₃和e₄分别为直流侧电压u_dc及其导数的误差。

4)根据滑模控制理论，选择滑模面S₁、S₂、S₃，其中S₃＝e₃+βe₄＝0，β大于0的常数，推出d轴电流的指令值

5)在dq0坐标下，APF的d轴补偿电流i_cd的直流分量代表基波正序有功电流，故去掉已推导出的中与q轴和0轴有关的量，得到新的d轴指令电流与谐波检测电路得出的相加，作为总的d轴参考电流。

6)为了进一步减小直流电压静差，在滑模面S₃中引入积分项。

本发明还可以做以下改进：电网电压或负载不平衡时，对上述步骤设计的控制器进行修改，在原控制器基础上增加两个滤波器。一是为了滤除中2次谐波的陷波器，陷波频率取为100Hz；另一个是滤除直流侧电压u_dc测量值所含谐波的低通滤波器，其截止频率取为40Hz。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明继承滑模控制的优点，电压控制器具有响应快、鲁棒性较强等特点。

2)本发明不涉及复杂运算，易于用数字信号处理器实现，运算速度快。