[发明专利]一种融合抗扰动技术的三相三电平有源滤波器控制方法

摘要

一种融合抗扰动技术的三相三电平有源滤波器控制方法，针对实际工程中有源电力滤波器的输出滤波器等效电感和等效电阻参数会因受到运行温度等环境影响而偏离其设计参数值；并且，有源滤波器的运行不可避免地会受到各种扰动因素的影响问题，本发明首先基于非正弦交流电路中扩展的欧姆定律对有源电力滤波器的三相输出滤波器等效电阻和等效电感参数进行在线实时检测，然后，将实测的等效电阻和等效电感参数送入到有源电力滤波器的控制器中更新相应的控制参数，同时，在有源滤波器直流电压控制外环引入自抗扰控制。能够提升有源电力滤波器的稳定性，提升有源电力滤波器的谐波补偿精度，提高有源电力滤波器的直流电压暂态响应速度并降低纹波幅度。

主权项

1.一种融合抗扰动技术的三相三电平有源滤波器控制方法，其特征在于，它包括：电压外环自抗扰控制和电流内环改进无差拍控制，具体内容如下：所述电压外环自抗扰控制包括的内容有：1)在每个过零采样周期开始的时刻，对两个直流电容两端的电压降udc1,udc2分别进行采样；2)将两个直流电容两端的电压降u_dc1,u_dc2的和u_dc与给定电压值相减，并将相减后的误差送入电压外环的自抗扰控制器中，得到一个电流指令信号依据公式(1)、公式(2)和公式(3)进行电压外环自抗扰控制；公式(1)中，n∈[0,1,2,…]是采样点数，h∈(0.00001,0.5)是计算步长，b0∈(1,10000)是增益系数，阈值系数r1＝(0.001～50)/h2，增益系数β01＝1/h，增益系数β02＝1/(3h2)，增益系数β03＝(0.01～1)/(32h3)，阈值系数r2＝(0.001～50)/h2，误差补偿系数c1＝0.0001～0.9，调整步长h1＝2h～5h，此外，v1、v2、z1、z2、z3、e0、e1、e2、u0是公式(1)计算过程中的中间参数，公式(1)中的函数fhan()的具体表达形式为公式(2)；公式(2)中，函数sign()的具体表达形式为公式(3)，函数fhan()中4个变量依次为x1，x2，r和h′，此外，d0、a0、a1、a2、y、sy、sa是公式(2)计算过程中的中间参数；所述电流内环改进无差拍控制包含dq变换、谐波电流检测、重复预测、无差拍控制、滤波器等效电感和等效电阻的检测算法：1)所述dq变换包括的内容有：①在每个过零采样周期开始的时刻，对非线性负载的三相负载电流ila、ilb、ilc，有源滤波器输出的三相补偿电流ica、icb、icc和三相供电电源电压usa、usb、usc分别进行采样；②依据公式(4)中的变换矩阵Tabc→dq对三相负载电流ila、ilb、ilc进行dq变换得到dq坐标系下的d轴负载电流ild和q轴负载电流ilq，对三相补偿电流ica、icb、icc进行dq变换得到dq坐标系下的d轴补偿电流icd和q轴补偿电流icq，对三相供电电源电压usa、usb、usc进行dq变换得到dq坐标系下的d轴电压usd和q轴电压usq，在公式(4)中，电角度θ＝ωt，其中，ω＝2πf是dq坐标系的旋转角速度，t是采样时刻，f是供电电源的基波频率，2)所述谐波电流检测包括的内容有：先将dq变换得到的d轴负载电流i_ld和q轴负载电流i_lq分别通过小于20Hz的低通滤波器滤得dq两轴上投影中的基波分量i_ld′和i_lq′，再从负载电流中减除i_ld′和i_lq′，最终获得待补偿的d轴谐波电流参考值和q轴谐波电流参考值3)所述重复预测包括的内容有：依据n时刻的谐波电流参考值i*ld(n)、i*lq(n)预测(n+1)时刻的待补偿的谐波电流预测值i*cd(n+1)、i*cq(n+1)，具体计算依据公式(5)求取：其中，增益系数k_y∈[0.9,1]，k_c∈[0.95,1.2]，x(n)表示当前n时刻谐波电流参考值i^*_ld(n)、i^*_lq(n)，表示重复预测得到的n+1时刻的待补偿的谐波电流预测值i^*_cd(n+1)、i^*_cq(n+1)；4)所述无差拍控制包括的内容有：①根据三相三电平有源电力滤波器的开关函数将每相桥臂等效为一个单刀三掷开关，定义A、B、C三相各个电力电子开关的功能等效开关分别为Sa、Sb、Sc，并且，每一个等效开关有三个位置，分别是Sup、Smid、Sdow，将开关函数进行分解，当Sa在Sup位置时，对应的开关函数分解变量T1a＝1，T2a＝0，T3a＝0，当Sa在Smid位置时，对应的开关函数分解变量T1a＝0，T2a＝0，T3a＝1，当Sa在Sdow位置时，对应的开关函数分解变量T1a＝0，T2a＝1，T3a＝0，B相和C相同理得，依据KVL列电压方程组：其中，Z＝diag(Lsa Lsb Lsc Cd Cd)    (7)X＝(ica icb icc udc1 udc2)T     (8)B＝diag(1 1 1 0 0)    (10)e＝(usa usb usc 0 0)T    (11)公式(7)中，Lsa、Lsb、Lsc分别是有源滤波器输出滤波器的三相等值电感，Rsa、Rsb、Rsc分别是有源滤波器输出滤波器的三相等值电阻，Cd是有源滤波器直流电容；公式(9)中，T1b，T2b，T1c，T2c分别是B相和C相开关函数分解变量；②当三相电压平衡时，依据公式(4)将公式(6)中的矩阵分别转换为公式(12)至公式(16)形式：Z＝diag(Lsdq Lsdq Cd Cd)      (12)X＝(icd icq udc1 udc2)T   (13)B＝(1 1 0 0)  (15)e＝(usd usq 0 0)   (16)其中，三相滤波电抗器的三相等效电感Lsdq和等效电阻值Rsdq取三相参数的平均值，Sd1、Sd2、Sq1、Sq2是公式(9)中含T1a、T1b、T1c、T2a、T2b、T2c的元素dq变换的对应结果，将公式(12)至公式(16)中的时变参数进行等间隔ΔT时间周期采样，同时，将待补偿的谐波电流预测值i*cd(n+1)、i*cq(n+1)作为有源滤波器下一时刻输出谐波电流参考值，并依据无差拍控制原理得：其中，G＝eAΔT；H＝(eAΔT‑I)A‑1B；n∈[0,1,2,…]是采样点数；5)所述滤波器等效电感和等效电阻的检测算法包括的内容有：①在每个过零采样周期开始的时刻，对三相滤波电抗器上的压降uLa、uLb、uLc，有源滤波器输出的三相补偿电流ica、icb、icc分别进行采样：②令每一相滤波电抗器的压降和流经的电流均简记作u(n)、i(n)，并对其进行希尔伯特变换，获取各信号相对应的解析信号虚部瞬时值uTH(n)、iTH(n)，进而依据公式(18)求得瞬时电阻r(n)，其计算公式为：r(n)＝[u(n)i(n)+uHT(n)iHT(n)]/[i(n)i(n)+iHT(n)iHT(n)]    (18)③依据公式(19)计算i(n)的瞬时频率fi(n)其中，arg()表示计算括号内解析信号的相位主值；④构造向量u＝[u(1) u(2) … u(N)]，i＝[i(1) i(2) … i(N)]，r＝[r(1) r(2) … r(N)]，iHT＝[iHT(1) iHT(2) … iHT(N)]，fi＝[fi(1) fi(2) … fi(N)]并得p＝u‑r.×i和q＝‑2πfi.×iHT，其中，“.×”表示两同维数向量对应元素相乘，N表示采样点数，然后，依据L＝||p||1/||q||1计算出滤波器等效电感值，依据R＝||r||1/N计算出滤波器等效电阻参数，其中，|| ||1表示求解1范数，最后，对检测的三相电感和电阻参数分别计算平均值得到等效电感Lsdq和等效电阻值Rsdq。