[发明专利]有直流源的支路阻抗解耦控制的有源电力滤波方法及系统

摘要

有直流源的支路阻抗解耦控制的有源电力滤波方法及系统，属于直流输电领域。其特征在于：该方法是一种利用带通滤波实现频域控制的解耦，又基于相移互差90°的两个移相滤波处理来构成滤波支路电阻和电抗的解耦控制，通过调节滤波支路在关心的纹波频点的总阻抗等于零或者趋近于零，从而滤除该频点纹波的方法。其系统的特征在于：滤波支路上的电流经带通滤波、加权求和后，再通过移相滤波、求和、脉宽调制和脉冲驱动，去控制已有的具有直流源供电的有源电力滤波器。该方法无需系统补偿便实现了对低频纹波噪声的滤除，同时也解决了采样和数字化延时所造成的相移问题，原理清楚，易于实现。

主权项

1、有直流源的支路阻抗解耦控制的有源电力滤波方法含有带通滤波处理实现频域控制的解耦方法，其特征在于：该方法是一种利用带通滤波实现频域控制的解耦，又基于相移互差90°的两个移相滤波处理H1和H2来构成滤波支路电阻和电抗的解耦控制，通过调节滤波支路在关心的纹波频点的总阻抗等于零或者趋近于零，从而实现对该频点纹波滤除的方法，该方法依次含有如下步骤：(1)测量出并联滤波支路中的电流i_APF；(2)将测量得到的滤波支路电流信号i_APF输入一组通带频点分别为f₁、f₂、…、f_m的带通滤波处理，得到一组包含不同频率纹波成分的纹波电流信号i₁、i₂、…、i_m；其中，f₁、f₂、…、f_m是需要滤除的低频纹波的m个组成频率，每个带通滤波处理在其通带频点f_i(i＝1，2，…，m)具有最高幅值增益A_i，而它对其它纹波频率信号的衰减率应该大于控制系统实现频域解耦的临界阈值；(3)将滤波得到的纹波电流信号i₁、i₂、…、i_m分别乘以频域解耦加权系数a₁、a₂、…、a_m，然后求和得到第一个加权求和电流信号i_sum1，即i_sum1＝a₁·i₁+a₂·i₂+…+a_m·i_m；同时，将滤波得到的纹波电流信号i₁、i₂、…、i_m分别乘以频域解耦加权系数b₁、b₂、…、b_m，然后求和得到第二个加权求和电流信号i_sum2，即i_sum2＝b₁·i₁+b₂·i₂+…+b_m·i_m；上述的频域解耦加权系数的计算步骤如下：①测量出并联滤波支路两端的电压u_APF和并联滤波支路中的电流i_APF；②由测量得到的并联滤波支路的电压u_APF和电流i_APF计算出滤波支路分别在频点f₁、f₂、…、f_m的阻抗R₁+jX₁、R₂+jX₂、…、R_m+jX_m；其中，R₁、R₂、…、R_m是支路阻抗的电阻部分，X₁、X₂、…、X_m是支路阻抗的电抗部分；③依据滤波支路的阻抗，经过参数的调节控制得到一组电阻控制参数p₁、p₂、…、p_m和一组电抗控制参数q₁、q₂、…、q_m；④将获得的电阻控制参数p_i(i＝1，2，…，m)和电抗控制参数q_i(i＝1，2，…，m)按照如下公式进行解耦处理，并得到频域解耦加权系数a_i(i＝1，2，…，m)和b_i(i＝1，2，…，m)：aibi=AΔAi·AH·n·Ud·cosθisinθi-sinθicosθi·piqi(i=1,2,···,m);]]>其中，A_Δ是脉宽调制处理采用的调制信号幅值，A_i(i＝1，2，…，m)是前述第(2)步中通带频点为f_i(i＝1，2，…，m)的带通滤波处理的最高幅值增益，n是耦合变压器的变比，U_d是为单相电压型逆变电路供电的直流电源的输出电压，θ_i(i＝1，2，…，m)是从滤波支路电流i_APF的测量过程，经过带通滤波处理、加权求和、H1移相滤波、求和、脉宽调制、脉冲驱动、电压逆变和变压器耦合的一系列处理，到获得耦合变压器原边受控电压的整个过程在f_i(i＝1，2，…，m)频点的总相移；(4)将上述第(3)步获得的第一个加权求和电流信号i_sum1经过第一组移相滤波H1后，得到第一个移相滤波信号i_hb1；同时，将上述第(3)步获得的第二个加权求和电流信号i_sum2经过第二组移相滤波H2后，得到第二个移相滤波信号i_hb2；如果两组移相滤波H1和H2的传递函数分别用H_H1(s)和H_H2(s)表示，则在所关心的纹波频带内，移相滤波H1和H2的传递函数特性应该满足如下关系：其中，f是关心频带内的频率，而且f＞0；A_H是任意正常数。在满足控制精度要求的条件下，上述对传递函数特性的约束可以存在一定的误差；(5)将上述第一和第二个移相滤波信号i_hb1和i_hb2求和得到脉宽调制用的参考波信号i_ref，即i_ref＝i_hb1+i_hb2；(6)将参考信号i_ref进行脉宽调制处理后获得一组方波脉冲信号；方波脉冲信号的路数等于单相电压型逆变电路中受控的电力电子器件数目，脉宽调制处理的脉冲发生频率应该大于所关心的低频纹波频带上限的2倍，由这组方波脉冲信号控制的单相电压型逆变电路所输出的电压脉冲的占空比应满足下式：其中的A_Δ是脉宽调制处理采用的调制信号幅值，取任意正数值；(7)将上述第(6)步获得的方波脉冲信号进行功率放大后去驱动单相电压型逆变电路中的电力电子器件，用以改变具有直流电源供电的单相电压型逆变电路输出的电压脉冲的占空比，并且使该电压脉冲的占空比满足步骤(6)中要求；(8)将上述电压脉冲加载到耦合变压器副边，并通过耦合变压器原边作用于和无源滤波装置串联所构成的滤波支路，用以在与该滤波支路相并联的电路输出端口得到低频纹波被滤波后的电压和电流输出信号。