電壓不平衡下三相四開關並聯型apf控制方法
2023-10-25 10:03:02 1
專利名稱：電壓不平衡下三相四開關並聯型apf控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓不平衡下三相四開關並聯型APF控制方法。
背景技術：
隨著智能電網技術的發展，光伏發電、風力發電等可再生能源比例的增加，大量中大功率電力電子裝置及非線性設備大量應用，由此產生的諧波和無功問題日益嚴重，有源濾波器(APF)是解決電網諧波和無功功率補償等電能質量問題的有效設備。
目前APF應用研究多是針對三相六開關拓撲展開，相比之下，三相四開關APF結構簡單，器件成本和開關損耗顯著降低，散熱要求和裝置體積也進一步減小；再者由於三相四開關與三相六開關拓撲間的特定內在關係，若三相六開關APF出現一相橋臂故障，可通過容錯控制，切換至三相四開關APF模式，維持系統正常工作。研究三相四開關APF的特殊工作規律，對中低壓領域發展經濟型APF有著積極的意義。目前國內外對三相四開關逆變器應用於APF進行了相應的研究，多集中在諧波和無功的檢測和新型控制方法上，如基於同步參考坐標的dq法，基於瞬時無功功率理論的pq法、ip-iq法，以及pq與ip_iq結合的方法等，這些方法都存在一定的局限性，如準確性不高、算法複雜，難以滿足實時性要求，且很多方法都是以電網電壓平衡為前提，未考慮電壓不平衡情況及短時故障情況下，APF參考值生成方法。以直流側電壓信息的三相四開關APF指令電流確定方法，但該方法需要首先對故障電流進行分類判斷，還需要採用專門的方法檢測正序基波電壓相角信息，計算較為為繁瑣，缺乏通用性。在a ^坐標系下的三相四開關電機驅動裝置中點電壓平衡機理，需經Clark變換和SVPWM控制，實現較為複雜。
發明內容
本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種電壓不平衡下三相四開關並聯型APF控制方法，它具有使用傳感器少、適合多種不平衡情況的優點。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案I. 一種電壓不平衡下三相四開關並聯型APF控制方法，其特徵是，它的步驟為步驟一建立三相四開關APF典型拓撲，通過A相相鄰的線電壓矢量Uab和Uca的關係，確定同步信號Usyn J/): ^產二*(誠+丸)Ja為A相電壓，CO為角頻率，為相角差
*" f步驟二 在同步信號離散化的基礎上，藉助下式計算A相相對同步信號的相角差cK: H其中，t為米_ 刻，W1為第k+H欠米_
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亥ij，k為採樣序列。
步驟三按照前述方法，求取B相相對其同步信號的相角差(K ；步驟四根據APF補償容量確定APF補償電流幅值Im和相對同步信號的相角差確定電流參考值iaref = Imsin(wt-<j5a)ibref = ImSin (cot-2 /3-O，其中，iaref, itof 分別為 A 相和 B 相電流參考值；步驟五在獲取電流參考值的基礎上，檢測APF直流母線電容電壓差值，作為反饋補償引入電流參考值ix = ixref_k (Ucl-Uc2)/2，x = a, b, ixref 為 A 相或 B 相電流參考值，Ucl 和 Uc2 是直流母線分裂電容上電壓值。從而消弱由直流母線分裂電容電壓差值引起的不平衡對對APF補償性能的影響；步驟六使用電流跟蹤性PWM控制策略控制APF兩相，第三相自然受控，完成對系統諧波源的補償，最終使得電源電壓與電流波形一致。本發明的有益效果I三相四開關APF拓撲簡單，器件成本和開關損耗顯著降低，且可以作為傳統三相六開關APF的容錯備份，在低電壓領域有著良好的應用前景。2.直流母線中點不平衡引起的偏差最終引起三相輸出電流的畸變，通過本文提出的直流母線中點電壓差值前饋補償算法，可有效抑制直流母線中點電位不平衡對輸出性能的影響。3.以將非線性負載補償為等效線性電阻為目標，以矢量分析為基礎，提出在現有信號檢測基礎上，採用合成法生成APF控制電流參考值的方法。具有原理清晰、所需傳感器數目少、適用於多種電壓不平衡情況的優點。
圖I為三相四開關APF基本電路拓撲；圖2為直流母線電容電壓差值前饋補償控制流程圖；圖3為電壓不平衡時參考值合成矢量圖；圖4為電壓不平衡情況三相四開關APF電流參考值生成方法原理；圖5為電壓不平衡情況三相四開關APF電流參考值生成方法流程；圖6為補償後的電源電流和直流母線中點電壓差波形；圖7為電容參數差異引起的輸出不平衡的電壓波形；圖8為電壓前饋補償效果波形圖9為電源A相跌落60 %的波形；圖10為電源A、B相跌落60%的波形。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。如圖1，一種三相四開關並聯型APF基本電路拓撲結構。它由四個功率開關管和四個二極體組成一個整流橋，其中四個二極體分別並聯在四個開關功率管上，整流橋的兩個輸入端A和B分別通過一個電阻和一個濾波電感與電壓源連接，兩個電容組成的支路和電源ud。支路分別並聯在整流橋的輸出端上，兩個電容的連接點C通過一個電阻和一個濾波電感與電壓源連接。所述三相四開關拓撲，以電感電流和電容電壓作為狀態變量，以電網相電壓作為輸入變量，可以得到如下基本模型
權利要求
1.一種電壓不平衡下三相四開關並聯型APF控制方法，其特徵是，它的步驟為步驟一建立三相四開關APF典型拓撲，通過A相相鄰的線電壓矢量Uab和Uca的關係，確定同步信號Usyn
全文摘要
本發明涉及一種電壓不平衡下三相四開關並聯型APF控制方法，它的步驟為步驟一建立三相四開關APF典型拓撲，確定同步信號Usyn步驟二在同步信號離散化的基礎上，藉助下式計算A相相對同步信號的相角差φa步驟三按照前述方法，求取B相相對其同步信號的相角差φb；步驟四根據APF補償容量確定APF補償電流幅值Im和相對同步信號的相角差確定電流參考值步驟五在獲取電流參考值的基礎上，檢測APF直流母線電容電壓差值，作為反饋補償引入電流參考值，從而消弱由直流母線分裂電容電壓差值引起的不平衡對對APF補償性能的影響；步驟六使用電流跟蹤性PWM控制策略控制APF兩相，第三相自然受控，完成對系統諧波源的補償，最終使得電源電壓與電流波形一致。
文檔編號H02J3/01GK102684196SQ20121016533
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者於春輝, 龐月龍, 張麗娜, 張黎, 李慶民, 王冠, 譚興國, 趙彤, 鄒亮 申請人:山東大學