[发明专利]一种考虑控制延时的混合型有源滤波器谐振抑制策略

说明书

本发明涉及一种考虑控制延时的混合型有源滤波器谐振抑制策略，以应用于高压直流输电的混合型有源滤波器作为研究对象，属于一种新型的谐振抑制方法。但混合型有源滤波器阻抗特性复杂，容易产生谐振风险，此外，由于计算延时和采样延时，混合型有源滤波器可能呈现负阻抗特性，极大的危害交直流系统的稳定性。因此本发明通过建立阻抗模型，分析了数字延时对系统稳定性的影响，设计了一种基于最小均方算法的自适应谐振抑制策略，采用前馈补偿的设计思路，利用预测下一时刻的波形来消除控制延时带来的相位滞后，不仅可以改善滤波器的阻抗特性，而且能自适应调整预测矩阵，使其可应用于工况以及电路参数变化的情况。

技术领域

本发明涉及一种考虑控制延时的混合型有源滤波器谐振抑制策略，属于系统稳定性、电力电 子器件的应用领域。

背景技术

混合型有源滤波器作为抑制谐波污染的一种手段，以其优越的性能得到了广泛的关注。 采用基于级联H桥型有源滤波器可以在有限的器件容量下实现有源滤波器补偿容量的自由扩 展，可以应用于高压直流输电工程。但是，从交流侧看，有源滤波器可以认为是一个有复杂 内阻特性的电压源，且换流站母线上还接有无功补偿电容器，因此其交流母线耦合点处的阻 抗特性复杂，容易产生谐振风险，极大地危害交流系统和直流系统的稳定性。目前，关于抑 制电力电子器件在系统中引起的谐振的方法有很多，如增加系统阻尼、改变谐振点、阻抗改 造等，但较少考虑控制延时引起混合型有源滤波器和系统谐振的问题，事实上，有源滤波器 的控制对实时性的要求很高，由于可控器件死区效应的存在以及系统采用数字化控制，控制 延时不可忽略。因此，研究考虑控制延时的谐振抑制策略具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种考虑控制延时的混合型有源滤波器谐振抑制策略。

本发明的目的在于提出一种考虑控制延时的混合型有源滤波器谐振抑制策略，可以避免 应用于高压场合的混合型有源滤波器呈现负阻抗特性，从而解决其和系统的谐振问题。

本发明所采用的技术方案是：混合型有源滤波器拓扑采用无源和有源滤波器串联结构， 其中无源滤波器采用12次和24次单调谐滤波器并联，有源滤波器基于级联H桥结构，可通 过增加级联子模块数来实现高压大功率输出。谐波检测环节采用基于瞬时无功功率理论的谐 波检测方法，即i_p-i_q法；谐波电流补偿环节采用多个并联的准比例谐振控制器。首先，通过 建立滤波器阻抗模型，得到滤波器等效阻抗和频率特性，可初步判断系统在某一延时下是否 会发生谐振。其次进行谐振机理分析，采用线性化小信号模型分析系统特性，两个交互系统 的稳定条件为阻抗比满足奈奎斯特稳定判据。滤波器的控制延时导致滤波器的阻抗特性发生 改变，从而使系统存在谐振风险。最后，通过设计一种前馈补偿的方法，利用预测下一时刻 的波形来消除控制延时带来的相位滞后，提出了基于最小均方算法的谐振抑制策略。其预测 过程如下：

步骤1：获取当前时刻的输入变量以及上一时刻的预测值，计算误差向量；

e(k)＝y^*(k)-x(k)

步骤2：更新预测系数矩阵；

P(k)＝P(k-1)+2μe(k)x^T(k)

步骤3：利用预测矩阵和当前的输入变量，得到下一时刻的预测值；

y*(k+1)＝P(k)x(k)

步骤4：重复步骤1、2、3，不断迭代，最速下降法使得预测误差趋向极小值。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：

1)建立了包含实际控制延时环节的HAPF阻抗模型，分析了滤波器阻抗及电网阻抗的频 率特性，得到了控制延时与混合有源滤波系统的谐振规律。