一种二开关臂的LC式混合有源电力滤波器的控制方法

摘要

本发明公开了一种二开关臂的LC式混合有源电力滤波器的控制方法，直流侧采用PI控制进行稳压，电流内环采用了一种基于逆变器数学开关模型的无差拍控制方法，可以进行谐波电流的快速无差跟踪，为了保持直流侧电容电压的平衡，采用了一种均压控制方法来维持电容电压的动态平衡，相对于一般的间接控制方法，本发明的控制方法具有控制精度高、动态性能好的特点，大大提高了系统的补偿性能。

主权项

1.一种二开关臂的LC式混合有源电力滤波器的控制方法，包括基于三相二臂逆变器的LC式混合型有源电力滤波器，基于三相二臂逆变器的LC式混合型有源电力滤波器包括LC无源滤波器、基于三相二臂的三电平逆变器，基于三相二臂的三电平逆变器通过LC无源滤波器并联接入电网和负载之间；基于三相二臂的三电平逆变器包括两个并联的三电平开关臂、一个由至少两个电容串联组成的电容支路，电容支路与三电平开关臂并联，电容支路为基于三相二臂逆变器的LC式混合型有源电力滤波器的直流侧，两个三电平开关臂分别为A、B相，电容支路为C相；三电平开关臂由四个串联的开关管和两个串联的续流二极管组成，两个串联的续流二极管与中间两个开关管并联，其特征在于，该方法为：1)检测电流信号：检测三相负载电流i_La、i_Lb、i_Lc和基于三相二臂的三电平逆变器的输出电流i_Ca、i_Cb、i_Cc，通过ip-iq算法的三二坐标变换，得到三相负载电流的无功分量i_q和有功分量i_d，以及基于三相二臂的三电平逆变器的三相输出电流的无功分量i_Cq，通过低通滤波器滤除交流成分，得到各自分量的直流成分I_q、I_d、I_Cq，从而得到无功分量的校正量I_Cq，即为LC无源滤波器产生的无功分量；2)直流侧电压的PI控制：采用PI控制器，实现直流侧电压外环的闭环调节，得到直流侧电压的有功校正量I_out；3)校正量叠加及其逆变换：将无功分量和有功分量的校正量I_Cq、I_out分别和I_q、I_d叠加，得到无功和有功分量的参考量通过ip-iq算法的二三坐标逆变换，得到基于三相二臂的三电平逆变器A、B两相的基波电流成分i_af、i_bf，其中包含了调节直流侧电压的有功量和LC无源滤波器产生的无功量；4)求取基于三相二臂的三电平逆变器的电流参考信号：将A、B两相负载i_La、i_Lb分别减去i_af、i_bf，得到基于三相二臂的三电平逆变器两三电平开关臂的电流参考信号i_ar、i_br，包含了基波和谐波电流成分；5)直流侧电压的均压控制：采用均压PI控制器，将直流侧两电容的电压差(V_C1-V_C2)通过PI控制器处理后，得到三相逆变器的均压调节指令ΔI_out，V_C1、V_C2分别为直流侧两电容电压值；6)求取基于三相二臂的三电平逆变器的总电流参考信号：将基于三相二臂的三电平逆变器的均压调节指令ΔI_out分别与i_ar、i_br相加，得到基于三相二臂的三电平逆变器两三电平开关臂的总电流参考信号7)根据平均开关原理，得到基于三相二臂的三电平逆变器交流端电压的平均值，从而得到A、B两相占空比d_a和d_b的表达式：$\left\{\begin{array}{c}{d}_a=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{v}_{\mathrm{Sac}}-\frac{4L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{Ca}}}{\mathrm{dt}}-\frac{2L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{Cb}}}{\mathrm{dt}}-\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}({2u}_{\mathrm{Ca}}+u_{\mathrm{Cb}})\\ d_b=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{v}_{\mathrm{Sbc}}-\frac{2L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{Ca}}}{\mathrm{dt}}-\frac{4L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{Cb}}}{\mathrm{dt}}-\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_{\mathrm{Ca}}+2u_{\mathrm{Cb}})\end{array}\right.$其中：v_Sac和v_Sbc为电网侧线电压，d_a、d_b∈[-1，1]，i_Ca，i_Cb为基于三相二臂的三电平逆变器交流侧输出电流，u_Ca，u_Cb为LC无源滤波器中三相电容电压值，L为LC无源滤波器的电感值，u_dc为直流侧电压，u_dc＝V_C1+V_C2；8)将步骤7)中占空比d_a和d_b的表达式进一步离散化，并将步骤6)中总电流参考信号和作为流过电感下一时刻的电流值代入公式，得到占空比d_a和d_b的离散表达式：$\left\{\begin{array}{c}{d}_a\left(k\right)=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{v}_{\mathrm{Sac}}\left(k\right)-\frac{4L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{[i_a^{*}\left(k\right)-i_{\mathrm{Ca}}\left(k\right)]}{T_S}-\frac{2L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{[i_b^{*}\left(k\right)-i_{\mathrm{Cb}}\left(k\right)]}{T_S}-\frac{4}{u_{\mathrm{dc}}}{u}_{\mathrm{Ca}}\left(k\right)-\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{u}_{\mathrm{Cb}}\left(k\right)\\ d_b\left(k\right)=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{v}_{\mathrm{Sbc}}\left(k\right)-\frac{2L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{[i_a^{*}\left(k\right)-i_{\mathrm{Ca}}\left(k\right)]}{T_S}-\frac{4L}{u_{\mathrm{dc}}}\frac{[i_b^{*}\left(k\right)-i_{\mathrm{Cb}}\left(k\right)]}{T_S}-\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{u}_{\mathrm{Ca}}\left(k\right)-\frac{4}{u_{\mathrm{dc}}}{u}_{\mathrm{Cb}}\left(k\right)\end{array}\right.,$其中：k表示第k时刻，T_S为控制周期；9)根据8)中的占空比离散表达式，通过采用PWM调制方法，驱动基于三相二臂的三电平逆变器的两个三电平开关管获得期望的电压电流量。