一种单相并联型有源电力滤波器的滞环电流控制方法与流程

本发明涉及电工类电力电子技术领域，特别是一种应用于单相并联型有源电力滤波器的电流控制策略。

背景技术：

有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)作为一种先进的谐波治理装置，能够有效抑制非线性负载谐波。在实际工程中，数字定时滞环电流控制方法由于具有动态响应速度快、控制系统鲁棒性强、开关频率固定以及实现简单等优点而被广泛应用于APF电流跟踪控制。

传统数字定时滞环电流控制方法的基本原理为：在固定频率点采样指令电流i^*和APF输出补偿电流i_c，计算电流误差δ＝i_c-i*，通过比较电流误差δ与电流滞环限值来控制APF开关的通断，从而将电流误差控制在电流限值之内，完成APF输出电流对指令电流的跟踪控制。该方法的主要缺点是电流畸变相对较大，且电流误差不固定，随时钟频率和电流变化率的变化而波动。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种单相并联型有源电力滤波器的滞环电流控制方法，用于克服传统数字定时滞环电流控制方法的APF输出电流纹波重、电流跟踪误差大等缺点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种单相并联型有源电力滤波器的滞环电流控制方法，所述有源电力滤波器为由T₁、T₂、T₃、T₄共4个开关组成的H桥结构，其中T₁、T₂位于同一桥臂，T₃、T₄位于另一桥臂，T1、T3的连接点以及T₂、T₄的连接点分别作为有源电力滤波器的输入端与直流侧电压U_dc的正负两端连接，T₁、T₂的连接点a以及T₃、T₄的连接点b分别作为有源电力滤波器的输出端向交流侧输出补偿电流i_c；

定义开关函数Sa和Sb：Sa＝0代表开关T₁关断、开关T₂开通；Sa＝1代表开关T₁开通、开关T₂关断；Sb＝0代表开关T₃关断、开关T₄开通；Sb＝1代表开关T₃开通、开关T₄关断；

定义补偿电流i_c的符号：i_c>0，表示补偿电流i_c的方向由有源电力滤波器流向交流电网；i_c<0，表示补偿电流i_c的方向由交流电网流向有源电力滤波器；i_c＝0，表示补偿电流i_c为0；

基于上述定义，按照如下方法进行控制：

1)当电流误差δ>Iw/2时，判别有源电力滤波器的输出补偿电流i_c的符号：

a)当i_c>0，判别交流电网电压u_s符号：若u_s>0，令开关函数Sa＝0，Sb＝0；若u_s≤0，令开关函数Sa＝0，Sb＝1；

b)当i_c≤0，判别交流电网电压u_s的符号：若u_s>0，令开关函数Sa＝1，Sb＝0；若u_s≤0，令开关函数Sa＝0，Sb＝0；

2)当电流误差δ<-Iw/2，判别有源电力滤波器的输出补偿电流i_c的符号：

a)当i_c>0，判别交流电网电压u_s的符号：若u_s>0，令开关函数Sa＝1，Sb＝0；若u_s≤0，令开关函数Sa＝0，Sb＝0；

b)当i_c≤0，判别交流电网电压u_s的符号：若u_s>0，令开关函数Sa＝0，Sb＝0；若u_s≤0，令开关函数Sa＝0，Sb＝1；

3)当电流误差-Iw/2≤δ≤Iw/2，令开关函数Sa、Sb保持不变；

上述方法中，Iw表示电流滞环限值，电流误差δ＝i_c-i*，这里i*表示指令电流。

有益效果：

本发明提供的一种单相并联型有源电力滤波器的滞环电流控制方法，相比于现有技术，具有以下优点：

第一，由于di_c/dt＝(U_ab-u_s)/L，L为网侧连接电感，以δ>Iw/2，i_c>0为例：1)当u_s>0，令有源电力滤波器的输出端电压U_ab＝0，2)当u_s<0，令U_ab＝0＝-U_dc，从而使得绝对值|U_ab-u_s|最小，这样通过降低电流变化率di_c/dt，有效降低了电流误差δ，从而APF输出电流畸变程度较轻；并且，产生的电磁干扰较弱。

第二，参照表2，在电网电压u_s的正、负半周期，单相APF左、右两个桥臂的开关交替工作，而与补偿电流i_c的符号无关。例如，在u_s的正半周期，左桥臂开关状态根据电流误差δ通断，右桥臂开关状态不变；而在u_s的负半周期，左桥臂开关状态不变，右桥臂开关状态根据电流误差δ通断。因此，APF功率器件的开关损耗较小。

第三，该方法对三相四线制APF的电流跟踪控制具有普适性。

附图说明

图1为单相并联型APF系统主电路结构图，图中补偿电流i_c输出为正方向。

图2为采用传统滞环电流控制方法和采用本发明的滞环电流控制方法的单相并联型APF电流跟踪控制波形图。

图3为采用传统滞环电流控制方法和采用本发明的滞环电流控制方法的单相并联型APF输出电压波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明所述单相并联型APF系统主电路结构如图1所示。图中，APF采用H桥结构，T₁、T₂分别代表左桥臂上、下开关，T₃、T₄分别代表右桥臂上、下开关；U_dc为直流侧电压；L为网侧连接电感；u_s为电网电压；i_c为APF输出补偿电流。

定义开关函数Sa和Sb：Sa＝0代表开关T₁关断、开关T₂开通；Sa＝1代表开关T₁开通、开关T₂关断；Sb＝0代表开关T₃关断、开关T₄开通；Sb＝1代表开关T₃开通、开关T₄关断。

本发明以APF补偿基波无功电流为具体案例分析问题。设i^*为指令电流，则电流误差δ＝i_c-i*；设定滞环电流宽度为Iw＝1A，直流侧电压控制目标为400V，指令电流有效值I*＝10A。

电流跟踪控制的具体实施步骤：

1)当电流误差δ>0.5A，判别APF输出电流i_c符号：

a)当i_c>0，判别电网电压us符号：

ⅰ)当u_s>0，开关函数Sa＝0，Sb＝0；

ⅱ)当u_s≤0，开关函数Sa＝0，Sb＝1；

a)当i_c≤0，判别电网电压u_s符号：

ⅰ)当u_s>0，开关函数Sa＝1，Sb＝0；

ⅱ)当u_s≤0，开关函数Sa＝0，Sb＝0；

2)当电流误差δ<-0.5A，判别APF输出电流i_c符号：

a)当i_c>0，判别电网电压u_s符号：

ⅰ)当u_s>0，开关函数Sa＝1，Sb＝0；

ⅱ)当u_s≤0，开关函数Sa＝0，Sb＝0；

a)当i_c≤0，判别电网电压u_s符号：

ⅰ)当u_s>0，开关函数Sa＝0，Sb＝0；

ⅱ)当u_s≤0，开关函数Sa＝0，Sb＝1；

3)当电流误差-Iw/2≤δ≤Iw/2，开关函数Sa，Sb保持不变。

将上述控制方法的单相APF开关函数的取值情况制成表1。

表1

项目实施中，实验数据如图2图3。

1)根据图2，上图为采用传统滞环电流控制方法的APF电流跟踪控制波形图，下图为采用本发明新型滞环电流控制方法的APF电流跟踪控制波形图。其中，光滑正弦波为指令电流i*，锯齿波为APF输出的补偿电流i_c。可见，相比较于传统方法，本发明方法下的APF输出的补偿电流i_c纹波较小，电流跟踪精度较高。

2)根据图3，上图为采用传统滞环电流控制方法的单相并联型APF输出电压波形，下图为采用本发明新型滞环电流控制方法的APF输出电压波形。可见，本发明新型控制方法下的APF输出电压波形呈现单极性工作模式，即在电网电压u_s的正、负半周期，单相APF左、右两个桥臂的开关交替工作，极大降低了APF功率器件的开关损耗较小。该结论可由表2获得。表2为本发明所述控制方法的单相APF开关函数的取值表2，由表1变换而来。

表2

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。