一種三相四開關并聯型apf直接跟蹤補償控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種APF直接跟蹤補償控制方法，具體地說，涉及一種三相四開關并聯型APF直接跟蹤補償控制方法。
【背景技術】
[0002]面對電網內因電力電子設備的大量應用以及非線性負載的增加帶來的電能質量問題，并聯型有源濾波器(下稱:APF)可視為可控電流源，可以快速主動補償微電網中的諧波、無功或不平衡電流；并聯型APF控制的根本目的在于通過合適的控制策略，借助APF的補償作用，使得電源電流中不再包含諧波和無功成分。通常借助負載電流諧波檢測算法，分離負載電流iL中的諧波和無功成分iLh，控制APF輸出與之相反電流iF，進而把網側饋線電流is補償為基波有功電流。其補償精度取決于諧波檢測算法的精度，算法復雜，所需檢測裝置較多，對控制裝置的硬件要求較高。
[0003]應用中又因其功能單一，成本高，難以大量推廣應用；三相四開關變換器由于減少了功率器件和輔助裝置，可廣泛應用于三相低成本變換器；將兩者結合形成的三相四開關經濟型APF，可在治理電網電能質量的同時，借助容錯切換裝置，還可以作為傳統三相六開關APF的容錯備份裝置。若將其直流側配置適當形式的儲能，還具備有功調節能力，從而拓展柔性控制應用空間，并有效提升儲能裝置利用率。
[0004]然而三相四開關APF在拓撲上以串聯電容代替一組功率元件，串聯電容因流過負載電流，存在低頻電壓波動，會出現直流中點電位偏移的問題，導致輸出不平衡；由于三相輸出只有兩相是可控的，性能低于三相六開關APF的特點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種三相四開關并聯型APF直接跟蹤補償控制方法，無需檢測負載或補償對象中的諧波含量；采用三相四開關的拓撲實現三相APF的補償功能；加入直流中點電位平衡補償措施，以抑制直流中點電位偏移對三相四開關APF輸出不平衡的影響；以電源輸出電流為反饋，實施APF電流直接跟蹤生成PWM開關信號。其具體技術方案為:
[0006]一種三相四開關并聯型APF直接跟蹤補償控制方法，包括以下步驟:
[0007]I)根據四開關APF直流側電壓閉環產生電流內環控制所需電流參考值Im，或根據需要由外部給定；
[0008]2)通過鎖相環獲取電源側電壓相位Θ ;
[0009]3)根據Im和Θ生成三相四開關APF所需的兩相電流參考值；
[0010]4)加入直流中點平衡補償，修正電流參考值；
[0011]5)以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，如滯環電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制等，生成三相四開關APF控制所需的開關信號。
[0012]本發明不檢測負載諧波電流，通過跟蹤電源側電量變化實施APF負載側電能質量補償；將上述三相四開關APF直流側配置直流儲能，可以利用儲能實現三相四開關APF在諧波補償外的有功雙向調節能力；加入直流中點電位平衡補償措施，以抑制直流中點電位偏移對三相四開關APF輸出不平衡的影響；以電源輸出電流為反饋，實施APF電流直接跟蹤生成PWM開關信號。
[0013]實施步驟如下:
[0014]I)根據需要調控的有功功率的需求和直流電壓外環的控制要求，確定電流內環電流參考值Im ；
[0015]2)通過鎖相環獲取電源相位Θ ;
[0016]3)根據Im和Θ生成三相四開關APF所需的兩相電流參考值；
[0017]4)加入直流中點平衡補償，修正電流參考值；
[0018]5)以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，如滯環電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制等，生成三相四開關APF控制所需的開關信號。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0020]1.可有效抑制直流母線中點電位偏移影響；
[0021 ] 2.減少APF控制所需電流傳感器；
[0022]3.無需檢測負載諧波，算法簡單，對硬件要求較低。
【附圖說明】
[0023]圖1為三相四開關并聯型APF主回路；
[0024]圖2為三相四開關并聯型APF不檢測諧波直接跟蹤補償方法實現流程；
[0025]圖3為APF直接跟蹤補償原理；
[0026]圖4為三相四開關APF補償控制實現方法；
[0027]圖5為三相四開關APF補償結果；
[0028]圖6為未加入直流中點電位平衡補償的三相四開關APF補償結果；
[0029]圖7為加入流中點電位平衡補償的三相四開關APF補償結果；
[0030]圖8為APF投切瞬時一相(A相)補償效果；
[0031 ]圖9為APF直流中點偏移對補償性能的影響；
[0032]圖10為加入直流中點前饋后的控制效果。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合附圖和具體實例進一步闡述本發明。
[0034]在電網電壓無畸變的情況下，本發明專利中的不檢測諧波的直接補償算法與常規的諧波補償方法具有等價性。可由諧波檢測補償算法推出直接電源電流跟蹤補償算法，推導過程如圖3(a)?(C)所示。其中k為需補償的負載電流，Uh為負載電流諧波成分，iFref為APF補償電流指令，。為APF輸出反饋電流，i SMf為接入點等效電源電流參考值，i s為接入點等效電源電流反饋。
[0035]假設C相不控，本發明在有源濾波控制中使用電源電流直接跟蹤補償算法，以電源兩相電流isb、is。作為控制量，使其與電網電壓波形一致，具體如圖3(d)所示，其中e冊為接入點a相相電壓，PLL為鎖相環，Θ為a相跟蹤相位，k為補償系數，。為APF輸出電流，^為接入點等效電源輸出電流，i bMf和i。耐分別為b，c相電流內環參考值，S !-?? b, c相橋臂的開關信號，Δ 15為經電壓外環得到的參考電流幅值。
[0036]圖4為三相四開關并聯型APF補償控制實現方法。
[0037]其中電壓外環輸出為:
[0038]AIp= Ki (Uref-Udc) + / Ki (Uref-Udc) dt
[0039]有源濾波APF模式中只需補償電網中的諧波和無功成分，外環提供兩相參考電流ibMf和的幅值Ip，用于補償因開關損耗等引起的直流電壓波動，故電流內環實際指令電流為:
[0040]iaref= Δ I psin Θ
[0041]ibref= Δ I psin ( Θ+2 Ji/3)
[0042]再以A，B相電源電流為反饋，對設定電流參考值實施電流跟蹤控制，從而達到消除負載諧波的目的。
[0043]若直流側配置儲能，只需調整內環電流參考幅值，就可以實現在諧波補償的同時，實現有功調節的需求。
[0044]為了抑制直流中點電位的偏移，在上述指令基礎上，需要加入電流前饋補償，即
[0045]iaref= i aref+k (Ucl-Uc2)
[0046]Ibref= i bref+k (Ucl-Uc2)
[0047]圖5是某典型二極管橋式整流驅動電阻性負載的實際負載電流，呈現非線性。圖6為采用本方法得到的四開關APF三相實際補償電流，圖7為補償后，電源A相電壓及三相相電流，可見補償后諧波得到有效補償；圖8為四開關APF投切瞬時A相上的補償效果。
[0048]圖9為未加入中點偏移補償前的A相控制效果和直流側電壓波形；圖10為加入中點前饋補償后的控制效果。
[0049]以上所述，僅為本發明最佳實施方式，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種三相四開關并聯型APF直接跟蹤補償控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據四開關APF直流側電壓閉環產生電流內環控制所需電流參考值Im，或根據需要由外部給定； 2)通過鎖相環獲取電源側電壓相位Θ; 3)根據Im和Θ生成三相四開關APF所需的兩相電流參考值； 4)加入直流中點平衡補償，修正電流參考值； 5)以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，滯環電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制，生成三相四開關APF控制所需的開關信號。
【專利摘要】本發明公開了一種三相四開關并聯型APF直接跟蹤補償控制方法，根據四開關APF直流側電壓閉環產生電流內環控制所需電流參考值Im，或根據需要由外部給定；通過鎖相環獲取電源側電壓相位θ；根據Im和θ生成三相四開關APF所需的兩相電流參考值；加入直流中點平衡補償，修正電流參考值；以電源輸出電流為反饋，使用電流直接跟蹤方法，如滯環電流跟蹤、峰值電流跟蹤、單周控制等，生成三相四開關APF控制所需的開關信號。本發明無需檢測負載諧波，算法簡單，對硬件要求較低。
【IPC分類】H02J3-01
【公開號】CN104868472
【申請號】CN201510232187
【發明人】譚興國, 馮高明, 李玉東, 余開江, 楊俊起, 劉巍, 荊鵬輝, 王新
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月8日