[发明专利]电网电压不平衡时MMC型有源电力滤波器的控制方法

说明书

本发明涉及一种电网电压不平衡时MMC型有源电力滤波器的控制方法，采用正负序分离的dq电流检测法，灵活的选择所需补偿的电流分量；分析研究MMC‑SAPF在电网非理想条件下Lyapunov数学模型，设计相应的能量函数和控制器；设计分析最优控制增益范围，能将被控量收敛至期望值；采用适用于电网电压不平衡条件下的SAPF环流抑制、平均电容电压控制、电容电压均衡控制策略，提高MMC‑SAPF的整体性动态性能。本发明方法在负荷不平衡状态、电网电压跌落状态、负荷切换状态情况下，维持SAPF直流电压稳定、子模块电容电压平衡、抑制环流。本发明方法具有理论先进、动态响应快、补偿方式灵活、适用于多种电网电压不平衡状态等优点。

技术领域

本发明涉及一种电力控制技术，特别涉及一种电网电压不平衡时MMC型有源电力滤波器的控制方法。

背景技术

近些年，由于电力电子设备的大量应用和电网的非理想状态运行，造成电力系统谐波和无功含量大幅度上升，如何提高电能质量成为电网运营商面临的首要问题。

传统两电平有源电力滤波器(active power filter,APF)由于耐压水平限制，只能应用于低压配电网。目前，应用于中压配电网的APF主要有二极管钳位型、飞跨电容型、H桥级联型以及耦合变压器型APF。其中前3类都是通过增加变流器电平数来提高APF的耐压水平和补偿精度，相比耦合变压器型APF，多电平技术的应用减少了设备体积和损耗，但是它们也存在相应的缺点，如：开关器件、钳位电容数量太多、三相系统之间能量无法流通、不能实现电网不平衡状态下的电容电压均衡等。自模块化多电平变流器模型被提出以后，该拓扑便以耐压高、易于装卸维修等优点得到广泛应用，而基于MMC的APF的控制策略的研究屈指可数，尤其对于非理想运行状态的研究。

按照与电网的连接方式不同，APF可分为并联型、串联型和(串并联)混合型。其中：并联型APF(shunt APF,SAPF)、串联型APF、混合型APF分别用于补偿电网的电流、电压、电流/电压的谐波，这里将研究目前最广泛采用的SAPF。

目前，MMC(模块化多电平换流器ModularMultilevel Converter,MMC)型SAPF的控制策略主要针对理想条件，大致分为线性和非线性控制两类，MMC-SAPF的动态方程是非线性的，更适合非线性控制策略，而且电力系统在多数情况下处于电网电压不平衡的状态，电网电压不平衡状态下系统的建模和控制与理想状态相差甚远。对电网电压不平衡状态下MMC-SAPF的非线性控制尚处于起步阶段。

发明内容

本发明是针对各种电网非理想情况下非线性负荷产生的谐波、无功电流的问题，提出了一种电网电压不平衡时MMC型有源电力滤波器的控制方法，在负荷不平衡状态、电网电压跌落状态、负荷切换状态情况下，维持SAPF直流电压稳定、子模块电容电压平衡、抑制环流。

本发明的技术方案为：一种电网电压不平衡时MMC型有源电力滤波器的控制方法，具体包括如下步骤：

1)三相负荷电流i_Lj经abc/dq坐标变换、正负序补偿电流指令提取后，得到dq坐标系下补偿电流参考量j＝a,b,c；

2)将有源电力滤波器直流母线电压与其参考值经过外环电压控制得到电流指令Δi_d，将其与提取的正序d轴谐波指令相加，得到新的有源电力滤波器输出电流d轴分量参考值

3)根据非理想条件下MMC型有源电力滤波器的正、负序dq坐标数学模型，建立MMC-SAPF的Lyapunov模型；

以正序为例，负序同理，

Lyapunov函数的正系统的开关函数为：