基于三相二臂的三电平有源电能质量补偿器的前馈解耦控制方法

摘要

本发明公开了一种三相二臂的三电平有源电能质量补偿器的前馈解耦控制方法，为了实现无功，负序和谐波的补偿，将一个两输入和两输出的耦合系统解耦成两个独立的单输入单输出系统，实现电流的快速跟踪并提高系统的可靠性，然后通过采用相应的PWM调制方法驱动开关管以获得期望的电流，本发明所述一种基于三相二臂的三电平有源电能质量补偿器的前馈解耦式无差拍控制方法能够实现系统负序与谐波完全补偿和抑制。

主权项

1.一种基于三相二臂的三电平有源电能质量补偿器的前馈解耦控制方法，其特征在于，1)基于三相二臂的三电平有源电能质量补偿器包括输出电抗器，三电平逆变器和直流侧均压电路，三电平逆变器的A、B两相为三电平开关臂，C相为至少两个电容串联组成的支路，A、B、C三相并联；三电平开关臂由四个串联的开关管和与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；直流侧均压电路由至少两个串联开关管与一个电感组成；直流侧均压电路的串联开关管支路与三电平逆变器并联，直流侧均压电路的电感与三电平逆变器C相的中点相连，三电平逆变器通过输出电感与中高压电网相连。2)三电平有源电能质量补偿器的前馈解耦控制方法的步骤为：第一步，采用一个PI调节器来实现直流侧电压外环的闭环调节：I_out＝k_P1Δu_dc+k_I1∫Δu_dcdt其中，I_out为外环电压PI控制器输出；k_P1和k_I1为比例和积分系数；Δu_dc＝U_ref-u_dc，U_ref为直流侧电压参考值，u_dc为直流侧电压实际值；第二步，将I_out分别乘以各相的同步信号，得到三电平有源电能质量补偿器两个三电平开关臂的调压指令信号i_da和i_db：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{da}}=I_{\mathrm{out}}*\sin \left(\mathrm{wt}\right)\\ i_{\mathrm{db}}=I_{\mathrm{out}}*\sin (\mathrm{wt}-{120}^o)\end{array}\right.;$第三步，利用FBD算法，通过检测三相电网电压电流信号计算得到的无功，负序和谐波参考信号和推得三电平有源电能质量调节器两三电平开关臂的内环电流总参考信号：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ar}}=i_{\mathrm{Ca}}^{*}{+i}_{\mathrm{da}}\\ i_{\mathrm{br}}=i_{\mathrm{Cb}}^{*}+i_{\mathrm{db}}\end{array}\right.;$第四步，根据无差拍控制原理，计算出两三电平开关臂电流控制器的控制输出信号N_a和N_b：$\left\{\begin{array}{c}{N}_a=(i_{\mathrm{ar}}-i_{\mathrm{Ca}})\frac{L}{T}\\ N_b=(i_{\mathrm{br}}-i_{\mathrm{Cb}})\frac{L}{T}\end{array}\right.$其中，i_Ca、i_Cb分别为三电平逆变器A、B两相的输出电流；L为三电平逆变器的输出电感值；T为控制周期；第五步，根据前馈解耦原理，求得两三电平开关臂的解耦控制信号M_a和M_b：$\left\{\begin{array}{c}{M}_a=N_a+k_1{M}_b\\ M_b=N_b+k_2{M}_a\end{array}\right.$其中，前馈解耦系数k₁和k₂满足：k₁＝k₂＝0.5；第六步，根据无差拍控制原理，求到该三电平逆变器两个三电平开关臂占空比d_a和d_b的计算公式：$\left\{\begin{array}{c}{d}_a=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{V}_{\mathrm{Sac}}-\frac{4}{u_{\mathrm{dc}}}{M}_a-\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{M}_b\\ d_b=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{V}_{\mathrm{Sbc}}-\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}{M}_a-\frac{4}{u_{\mathrm{dc}}}{M}_b\end{array}\right.$其中，V_Sac和V_Sbc为电网的线电压；第七步，根据上述占空比计算公式，通过三电平开关臂的PWM调制方法，获取三电平开关臂的各开关管脉冲信号，并驱动各开关管获得期望的补偿电流。