一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法
2023-06-11 05:56:01
專利名稱：一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法
技術領域：
本發明屬於電力濾波器的控制技術領域，具體涉及一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法。
背景技術：
近年來隨著工業技術的飛速發展，社會電氣化程度不斷提高，電網中各種大容量感應電動機、特種電機等無功負載廣泛使用，這些大容量大功率的負載接入電網運行使用不僅消耗大量無功，並且產生大量諧波，嚴重汙染電網，降低電網使用效率，影響供電質量。 為了緩解這些不良影響，可通過在負載與電網的公共連接點(PPC)接入有源電力濾波器 (APF)來穩定PCC電壓，改善電網電能質量；故有源電力濾波器能夠實現動態跟蹤補償負載無功和諧波。一般情況下，有源電力濾波器的控制策略都是基於電網電壓正序條件下設計的， 故這些設備在應用時，必須與正序的三相電進行接線。但在工業現場很多實際情況下，三相電纜上並沒有相應關於相序的標示，要將有源電力濾波器接入電網之前，必須先通過檢測裝置對三相電纜進行相序檢測識別，確定ABC 相後，再將三相電纜按正序與有源電力濾波器對應接線，才能保證電力濾波器正常工作。整個過程相對比較繁複，需要相應的檢測設備，需要操作人員檢測判斷分析，費時費力，也耗費相應的設備資源。故如何開發出一套可自適應電網相序的控制策略，使得有源電力濾波器無論在與電網正序或負序接線情況下都能正常工作，是一項值得研究的課題。
發明內容
本發明提供了一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，能夠在正、負序電網電壓條件下實現有源電力濾波器的自適應控制和正常運行。—種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，包括如下步驟(1)採集電網電壓，對電網電壓進行相序識別，獲得電網電壓的相序；(2)根據所述的相序提取出電網電壓的相位；(3)採集負載電流以及有源電力濾波器的直流母線電壓和補償電流；(4)構造調製信號；a.根據所述的相序和相位使負載電流依次經Clarke變換、Park變換和濾波得到諧波電流d q分量；b.根據所述的相序和相位分別對補償電流和電網電壓依次進行Clarke變換和 Park變換得到補償電流d q分量和電網電壓d q分量；c.使直流母線電壓經電壓控制調節得到的輸出量與諧波電流q軸分量相加得到電流指令q軸分量；d.使補償電流d q分量、電流指令q軸分量和諧波電流d軸分量經電流控制調節得到的輸出量與電網電壓d q分量相加得到電壓指令d q分量；e.根據所述的相序和相位使電壓指令d q分量依次經Park反變換和Clarke反變換得到調製信號；(5)利用PWM(脈衝寬度調製)調製器使所述的調製信號與給定的三角載波信號進行比較，生成PWM開關信號，以對有源電力濾波器中的開關管進行控制。所述的步驟(1)中，對電網電壓進行相序識別的方法為1)對電網電壓進行Clarke變換，得到電網電壓的α軸分量和β軸分量；2)採用
Park變換矩陣
cos θ sin ^ -sin ^ cos 汐
對電網電壓的α軸分量和β軸分量進行Park變換，
得到電網電壓的d軸分量和q軸分量；其中θ為電網電壓的相位；
3)對電網電壓的d軸分量和q軸分量進行判斷檢測若若
W
fu〉
=K
,0、 v-ly
,則電網電壓的相序為正序；
u
ν ι y
=F
sin(26>)、 cos(26>)
,則電網電壓的相序為負序
『、.-其中ud和U,分別為電網電壓的d軸分量和q軸分量，Vm為電網電壓的幅值。所述的步驟O)中，對電網電壓進行相位提取的過程為使電網電壓作為輸入ii 號，依次經Clarke變換、Park變換、反正切變換、PI調節、疊加前饋角頻率和積分變換後，輸出電網電壓的相位；所述的反正切變換基於以下公式
ΑΘ = arctan
^eq-Ua
-u
ι 其中ud和U,分別為電網電壓的d軸分量和q軸分量，Δ θ為相位誤差信號；若電網電壓相序為正序，seq = 1 ；若電網電壓相序為負序，seq = _1。
所述的Park變換基於的Park變換矩陣為
若電網電壓相序為正序，則= 若電網電壓相序為負序，則T^) =
cos 汐sin ^
-sin^cos^J 『 — cos 汐 sin ^ )
-sin ^—cos 沒
所述的Park反變換基於的Park反變換矩陣為
若電網電壓相序為正序，則八外1 = 若電網電壓相序為負序，貝丨F⑷—1 =
cos 汐-sin sin ^ cos 汐
— cos 汐一sin 汐) sin ^ -COS^位。
其中T( θ)為Park變換矩陣，T( θ Γ1為Park反變換矩陣，θ為電網電壓的相
所述的負載電流為從電網流入負載的電流，所述的直流母線電壓為有源電力濾波器直流側的輸入電壓，所述的補償電流為有源電力濾波器向電網注入的電流；所述的d q 分量包括d軸分量和q軸分量。 本發明方法能夠在正、負序電網電壓條件下實現有源電力濾波器的自適應控制和正常運行，省去了採用額外檢測設備對電網相序的檢測過程，無論正、負序接線，都能使有源電力濾器自適應控制和運行；且本發明方法可採用C語言編程，在DSP(數位訊號處理器)晶片上實現，實施簡易。
圖1為本發明方法的步驟流程示意圖。圖2為鎖相環的執行流程示意圖。圖3為有源電力濾波器系統的示意圖。圖4為本發明構造調製信號的流程示意圖。圖5為電網電壓正序時，採用本發明方法電網電壓同步波形圖。圖6為電網電壓負序時，未採用本發明方法電網電壓同步波形圖。圖7為電網電壓負序時，採用本發明方法電網電壓同步波形圖。圖8為電網電壓正序時，採用本發明方法有源電力濾波器的補償電流波形圖,圖9為電網電壓負序時，採用本發明方法有源電力濾波器的補償電流波形圖,
具體實施例方式為了更為具體地描述本發明，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明的自適應控制方法進行詳細說明。如圖1和2所示，一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，包括如下步驟(1)採集電網電壓Us，對電網電壓Us進行相序識別，獲得電網電壓Us的相序。1)根據以下公式對電網電壓進行Clarke變換，得到電網電壓的α軸分量和β軸
分量；
權利要求
1.一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，包括如下步驟(1)採集電網電壓，對電網電壓進行相序識別，獲得電網電壓的相序；(2)根據所述的相序提取出電網電壓的相位；(3)採集負載電流以及有源電力濾波器的直流母線電壓和補償電流；(4)構造調製信號；a.根據所述的相序和相位使負載電流依次經Clarke變換、Park變換和濾波得到諧波電流d q分量；b.根據所述的相序和相位分別對補償電流和電網電壓依次進行Clarke變換和Park變換得到補償電流d q分量和電網電壓d q分量；C.使直流母線電壓經電壓控制調節得到的輸出量與諧波電流q軸分量相加得到電流指令q軸分量；d.使補償電流dq分量、電流指令q軸分量和諧波電流d軸分量經電流控制調節得到的輸出量與電網電壓d q分量相加得到電壓指令d q分量；e.根據所述的相序和相位使電壓指令dq分量依次經Park反變換和Clarke反變換得到調製信號；(5)利用PWM調製器使所述的調製信號與給定的三角載波信號進行比較，生成PWM開關信號，以對有源電力濾波器中的開關管進行控制。
2.根據權利要求1所述的基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，其特徵在於所述的步驟(1)中，對電網電壓進行相序識別的方法為1)對電網電壓進行Clarke變換，得到電網電壓的α軸分量和β軸分量； 2)採用Park變換矩陣
3.根據權利要求1所述的基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，其特徵在於所述的步驟O)中，對電網電壓進行相位提取的過程為使電網電壓作為輸入信號， 依次經Clarke變換、Park變換、反正切變換、PI調節、疊加前饋角頻率和積分變換後，輸出電網電壓的相位；所述的反正切變換基於以下公式
4.根據權利要求1或3所述的基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，其特徵在於所述的Park變換基於的Park變換矩陣為若電網電壓相序為正序，則T^) = 若電網電壓相序為負序，則=r cos 汐sin ^ ^-sin^cos^J 『— cos 汐sin ^ )-sin ^—cos 沒其中Τ(θ)為I^ark變換矩陣，θ為電網電壓的相位。
5.根據權利要求1所述的基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，其特徵在於所述的Park反變換基於的Park反變換矩陣為若電網電壓相序為正序，則八外1 = 若電網電壓相序為負序，則T(外1 =cos 汐-sin θλ vsin^ cos 汐 J 『 f- cos0 —sin汐) sin ^ -COS^ν其中T (θ Γ1為Park反變換矩陣，θ為電網電壓的相位t
全文摘要
本發明公開了一種基於相序識別的有源電力濾波器的自適應控制方法，包括(1)對電網電壓相序識別；(2)提取電網電壓的相位；(3)採集負載電流、直流母線電壓和補償電流；(4)構造調製信號；(5)生成PWM開關信號，控制有源電力濾波器的開關管。本發明方法能夠在正、負序電網電壓條件下實現有源電力濾波器的自適應控制和正常運行，省去了採用額外檢測設備對電網相序的檢測過程，無論正、負序接線，都能使有源電力濾器自適應控制和運行；且本發明方法可採用C語言編程，在DSP晶片上實現，實施簡易。
文檔編號H02J3/01GK102545227SQ20121004092
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者楊華, 胡志樂, 謝川, 賀超, 閆輝, 陳國柱 申請人:九川(浙江)科技股份有限公司, 浙江大學