[发明专利]一种并联型准比例谐振有源电力滤波器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及有源电力滤波器技术领域，具体涉及一种并联型准比例谐振有源电力滤波器及控制方法。

背景技术

自20世纪70年代以来，电网中大量非线性负载的电力电子设备不断增加，导致了严重的电网谐波污染。这主要是因为这些负载的非线性、冲击性和不平衡的用电特性造成的。因此，用于谐波抑制的有源电力滤波技术已成为电力电子和电工领域的研究热点之一。有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。

有源电力滤波器从外部入手，采用实时补偿技术来改善电网的供电质量，是一种谐波补偿器。与传统的无源电力滤波器相比，APF的补偿方式更为灵活，可以补偿所有谐波电流，也可以按照指定次谐波进行补偿。目前并联APF的指定次谐波电流补偿的主流控制策略快速FFT、同步旋转坐标系以及移位DFT。但是这三种算法的计算量非常大，需要大量的芯片资源，难以实现多个指定次谐波电流控制。准比例谐振控制器能在指定的谐波电流频率会产生无穷大的开环增益，保证稳态控制无静差，在非指定次谐波电流频率处具有较大的衰减，分频控制时相互之间基本不会产生干扰，无穷大的增益保证了其补偿精度做到非常高，同时无需进行复杂的计算，因此节约了控制芯片的资源。而传统的电流跟踪策略为滞环跟踪、PI跟踪，滞环跟踪会产生较宽的谐波频谱，APF输出滤波器不好设计；PI是用于直流量的无静差跟踪，对于APF来说，跟踪的是交流量，PI无法实现无静差跟踪。因此需要一种能够通过对交流量的跟踪实现无静差的准比例谐振控制方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种并联型准比例谐振有源电力滤波器及控制方法，对电网频率实现更精确的跟踪，解决PI跟踪对交流量无法实现无静差跟踪的问题，以提高有源电力滤波器的滤波性能。

本发明技术方案：

一种并联型准比例谐振有源电力滤波器，其特征在于，包括准比例谐振控制模块，所述准比例谐振控制模块包括依次连接的模拟信号调理电路、FGPA芯片、DSP芯片以及与FGPA芯片连接的IGBT驱动模块，所述模拟信号调理电路将获得的电网电压信号进行模拟信号调理，将调理后的模拟信号输入给FGPA，经过AD采样将模拟量转换为数字量，送给DSP，所述DSP通过软件锁相环实时监测电网电压的频率，得到A相正序电压的相位角，并根据实时修改的谐振频率参数，对负载电流以及输出的参考电流与所述有源电力滤波器实际输出的电流的差值进行准比例谐振控制，输出驱动信号给FGPA，由FGPA将驱动信号输送给IGBT驱动模块，驱动IGBT开通，以输出用于滤除系统谐波的滤波电流。

一种并联型准比例谐振有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)在并联型有源电力滤波器的运行过程中，有源电力滤波器的准比例谐振控制模块将获得的电网电压信号通过软件锁相环实时监测电网的频率并得到A相正序电压的相位角；

2)当电网频率出现波动时，所述准比例谐振控制模块依据软件锁相环所监测到的电网频率的变化，实时修改进行准比例谐振控制的谐振角频率，使得准比例谐振的谐振角频率始终与电网频率保持固定的比例关系；

3)所述准比例谐振控制模块根据实时修改的谐振角频率以及获得的负载电流信号，进行准比例谐振控制，取出所选择的滤除频率的参考电流；

4)所述准比例谐振控制模块跟踪输出的参考电流，并将所述输出的参考电流与所述有源电力滤波器的实际输出电流的差值进行准比例谐振控制，输出驱动信号，驱动IGBT开通，以输出用于滤除系统谐波的滤波电流。

所述步骤1）中，通过软件锁相环实时监测电网的频率并得到A相正序电压的相位角的步骤包括：

1.1.将采集的电网电压Usa、Usb、Usc进行abc_to_αβ的Clarke变换，得到两相平面直角坐标系Usα与Usβ分量；

1.2.将Usα与Usβ经过αβ_to_dq的Park变换，得到旋转坐标系Usd与Usq分量；

1.3.Usq分量经过数字低通滤波后与0做差，然后经过PI调节得到A相正序电压的角频率与软件锁相环得到的角频率之间的误差ωcon；