[发明专利]一种新型的低延迟三电平APF系统

说明书

技术领域

本发明属于谐波检测低延时领域，尤其涉及一种基于等距结点牛顿后差插值的瞬态重复校正预测控制的新型低延迟三电平APF系统。

背景技术

现阶段电力电子设备应用广泛，而属于典型非线性负载的电力电子设备可使电网受到谐波污染，谐波治理与无功补偿装置在此环境下得到了应用和发展。针对无源滤波器的局限性研究出的有源电力滤波器可主动消除谐波与补偿无功，动态性能优越。

实时准确的谐波检测法和实时高性能的电流控制方案一直是 APF 研究的热点及难点，因此构建一个低谐波检测延迟与可消除补偿控制滞后的有源滤波器系统方案具有现实意义。现阶段，基于瞬时无功的 ip-iq谐波检测技术成熟且应用广泛，ip、iq分量的直流量提取是 ip-iq检测法中重要一环。相比其他数字IIR低通滤波，二阶 butterworth 低通滤波器在精度、通道幅频特性上具备一定优势，因此被广泛采用，但其对直流分量提取响应速度并不是特别理想，在 APF 系统启动速度高要求的场合可能无法达到要求。SVPWM 控制是当前研究热点，高直流电压利用率、低开关损耗以及便于数字化控制是其优势，多位学者提出过优化的 SVPWM 控制方案，如设计电抗器参数自适应方案解决SVPWM 控制对系统参数的高依赖性，但不少 APF 系统没有解决SVPWM控制的拍数延迟导致的稳态滤波精度降低与负载突变下动态性能的问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，设计了一种新型的低延迟三电平APF系统，本发明是一种基于移动窗积分算法实现低通滤波的 ip-iq谐波检测和经无差拍算法优化 SVPWM 的复合控制策略，相结合成的低延迟三电平有源滤波系统方案。降低二阶butterworth 低通滤波的直流量提取较高延迟，消除传统 SVPWM 控制的拍数滞后，有效提高了三电平APF 系统的稳态滤波精度和动态性能。本发明采用的技术方案是，一种新型的低延迟三电平APF系统，包括低通滤波器、电流环无差拍算法与SVPWM的复合控制。所述的低通滤波器，是基于移动窗积分算法在数字信号处理器( digit-al signal processing，DSP) 上实现的，且其提取ip、iq的直流量可将延迟控制在一个工频周期( 20 ms) 内。三相负载电流经坐标变换得到 p-q 轴的有功及无功分量ip与 iq，ip与iq经过低通滤波器得到直流分量ip和 iq，再将其坐标反变换得到负载三相电流的基波成分，负载电流的谐波分量由三相负载电流与其基波成分作差得到。

所述的电流环无差拍算法与SVPWM 的复合控制，电流环补偿电流跟踪控制是APF 系统除谐波检测外又一关键环节，本发明运用基于等距结点牛顿后差插值预测的方式于 k 时刻对下一时刻指令电流预测且进行重复校正控制，实现瞬态的指令电流重复预测。得到预测指令电流 结合 k 时刻的采样值计算得到SVPWM 控制需要的当前时刻参考指令电压值。

本发明的有益效果是，该新型低延迟三电平APF系统，能够解决常用二阶butterworth 低通滤波的较长延迟，采取无差拍算法与传统 SVPWM 的复合控制策略解决能够有效的传统 SVPWM 控制拍数的延迟，通过降低谐波检测环节的延迟以及提高控制的实时性，提高了三电平 APF 的动态响应性能和稳态滤波精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。 图 1 是本发明电路原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明的新型的低延迟三电平APF系统，包括低通滤波器、电流环无差拍算法与SVPWM 的复合控制。

所述的低通滤波器，是基于移动窗积分算法在数字信号处理器( digit-al signal processing，DSP) 上实现的，且其提取ip、iq的直流量可将延迟控制在一个工频周期( 20 ms) 内。将移动窗数据的宽度置为工频周期采样点数的一半，增加采样频率即可加宽移动窗的数据宽度，加宽移动窗宽度可提高移动窗算法的计算精度。三相负载电流经坐标变换得到 p-q 轴的有功及无功分量ip与 iq，ip与iq经过低通滤波器得到直流分量ip和 iq，再将其坐标反变换得到负载三相电流的基波成分，负载电流的谐波分量由三相负载电流与其基波成分作差得到。