[发明专利]一种同步旋转坐标系中谐波电流分次控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步旋转坐标系中谐波电流分次控制方法。 

背景技术

有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)由于具有动态响应速度快、不易与电网阻抗谐振及不受电网频率波动影响等优点，而被广泛应用于配电网谐波抑制与无功补偿等电能质量治理领域]。 

目前，APF在工程应用中，为了增强谐波补偿的灵活性以及提高谐波补偿的效果，通常采用谐波电流分次补偿方法，即仅对负载电流中的若干指定次谐波进行补偿。谐波电流分次补偿控制包括检测与控制两个环节，通常存在两种实现方案： 

第一、分次检测，综合控制。 

此类方案采用谐波电流分次检测方法，比较常见的有基于时域瞬时无功功率理论的各种检测方法和基于频域FFT的各种检测方法，而在电流控制环节，将各次检测谐波叠加成综合指令电流，只采用一个PI控制器，在三相静止坐标系中实现装置输出补偿电流对指令电流的跟踪控制。该方案电流控制实现简单，主要缺点是无法在三相静止坐标系中实现对时变指令电流信号的PI无静差跟踪控制。为此，基于内模原理的重复控制技术被提出，该方法能够有效解决补偿精度问题，但由于存在一个基波周期的控制延时，会对系统的动态稳定性产生影响。 

第二、分次检测，分次控制。 

此类方案可以实现对谐波电流的分次检测和单独控制。基于广义积分的比例谐振控制策略是一种典型的分次控制方法，该方法理论上可以实现对正弦信号的无静差控制，但该方法对参数设计要求较高，不同频率谐波间容易存在相互干扰，影响系统的稳定性。 

另一种常见分次控制方法为基于多同步旋转坐标系(Synchronous Reference Frame，SFR)中的指定次谐波电流控制方法。该方法将PI电流跟踪控制从三相静止坐标系转换到SFR中，此时与SFR同步的电流分量将在SFR中形成直流量，从而可以对此直流量实现PI无静差控制。该方法的主要问题是当同时补偿2种以上谐波电流时，由于此时SFR中不仅包含直流量，还包含与SFR不同步的电流分量形成的交流量，此时，依然无法真正实现PI无静差控制目标。为此，如何获取SFR中的直流量成为决定该方法性能优劣的关键问题！文献提出一种多同步旋转坐标系下指定次谐波电流控制方法，可以实现对指定次谐波的无静差控制，但该方法必须在各次SFR的电流闭环控制通道上引入低通滤波器，对误差电流进行滤波以获得直流信号，而低通滤波器在控制系统中通常等效为一阶及以上惯性环节，造成信号相位滞后，从而降低了闭环控制系统的稳定裕度。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种各SFR中同步补偿电流所对应直流分量的获取无需通过低通滤波环节，从而可以有效提高系统的稳定性和控制精度的一种同步旋转坐标系中谐波电流分次控制方 法。 

本发明一种同步旋转坐标系中谐波电流分次控制方法，将需要补偿的某次谐波电流转换到相同次数旋转速度和方向的同步旋转坐标系上，充分利用SFR上的谐波指令电流信息，并通过简单的算法变换消除该SFR中由其他非同步电流分量带来的交流扰动量，从而提取出SFR中该次补偿电流所对应的直流量，以实现PI无静差解耦控制； 

(1)、首先，三相并联型APF采用三相桥式结构控制方法，三相并联型APF采用三相桥式结构L、R分别为网侧连接电抗和等效电阻，C为直流滤波电容；i_Ca、i_Cb、i_Cc为APF补偿电流，U_dc为直流侧电压；关于APF的数学模型n次同步旋转坐标系中数学模型：