[发明专利]基于三环控制的有源电力滤波装置及三环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三环控制的有源电力滤波装置，尤其涉及一种基于电压外环、电流内环和稳定校正环的基于三环控制的有源电力滤波装置及三环控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各种非线性、冲击性设备的使用给电网带来了大量的谐波污染，由此带来功率因数低，谐波污染严重，以及系统损耗加大等一系列问题。随着电能质量的恶化，供电电能质量有待于治理和改善。电能质量从普遍意义上讲是指供电和用电质量，包括电压、电流的稳态及暂态量值的偏差、波形畸变的程度、闪变等对用电设备造成影响的供电和用电问题。而目前电能质量谐波的污染越来越严重，有些甚至已经造成巨大的经济损失。另外电力谐波和电容器之间的作用是相互的，它不仅在电容器中产生额外的电力损耗，而且可能与电容器一起产生串联或并联谐振。在电容器的作用下，谐波电流可以被放大2～5倍，而在谐振时可达30倍以上。谐振引起的过电压和过电流会大大增加电容器的损耗和过热，这往往导致电容器的损坏。谐波对继电保护的影响主要表现为使继电器动作特性畸变或效果降低，其后果常是保护装置的拒动或误动。目前，计量中采用静电感应式电能表是按工频( 基波50Hz) 纯正弦交流额定工况设计制造的。存在电力谐波时，基波电流和谐波电流都会在电能表转盘上产生涡流，因而谐波存在会影响计量的准确性。

因此针对电网的谐波污染的谐波治理产品-有源电力滤波装置应运而生。目前的有源电力滤波装置已经广泛的应用。APF的运行状况和补偿效果取决于APF本身的控制算法，传统的PI控制随着有源电力滤波装置的大量使用，其缺陷也开始浮出水面，基于内外环PI的控制方法对变化的负载跟踪效果差，输出相位出现滞后现象，以致电能质量的治理效果不能达到预期目的，基于三环控制理论的有源电力滤波装置，采用预见性的重复控制，对补偿输出有很好的跟踪特性，补偿效果好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中电流内环控制中存在的相位滞后，而提供一种旨在优化传统基于电流内环和电压外环的双环控制系统的基于三环控制的有源电力滤波装置及三环控制方法，在传统基于电流内环和电压外环的双环控制系统的基础上增加预见性的重复控制环节，对补偿输出有很好的跟踪特性，其性能优于传统的双环控制。

本发明的目的是这样实现的：

   一种基于三环控制的有源电力滤波装置，包括系统电源USA、USB、USC，与系统电源USA、USB、USC的三相输出端相连接的平波电抗器La、Lb、Lc，与平波电抗器La、Lb、Lc相连接的由S1、S2、S3、S4、S5、S6 六个绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相全桥逆变单元、与三相全桥逆变单元的直流侧相连接的两组串接的电容C1、C2、在每一组电容上并联的均压电阻R1、R2，其特征在于：

在系统电源USA、USB、USC与平波电抗器La、Lb、Lc之间连接有电压互感器，电压互感器的输出端连接到主控板的系统采样端口；

在平波电抗器La、Lb、Lc与三相全桥逆变单元之间穿有输出电流互感器，输出电流互感器的输出端连接到主控板的输出采样端口；

在三相全桥逆变单元直流侧每一组电容上连接有直流电压互感器，直流电压互感器的输出端连接到主控板的直流侧采样端口；

主控板的绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动端口直接连接到绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路；另外负载侧穿接负载电流互感器，其二次输出端连接到主控板的负载电流采样端口。

一种所述的基于三环控制的有源电力滤波装置的三环控制方法，其特征在于：按照如下步骤进行的：

步骤1）、将经过电压互感器检测三相系统电源USA、USB、USC的电压值，经过锁相环PLL得到电压相位和进行park变化的COS和SIN序列；

步骤2）、通过负载电流互感器检测三相负载电流ILA、ILB、ILC，并根据步骤1中的COS和SIN序列经过park变换，包括C₃₂变换和C变换，将三相静态坐标系下三相负载电流转换到两相旋转坐标系dq坐标下电流，通过滤除高频谐波（LPF）得到三相负载基波电流，再根据步骤1中的COS和SIN序列经过park反变换，转换成三相补偿目标电流i_af，i_bf，i_cf；

步骤3）、通过输出电流互感器的LEMA、LEMB、LEMC端检测输出电流IOA、IOB、IOC，通过电流内环PI调节得到内环电流控制输出目标值；