一种自适应参数的有源电力滤波器控制方法与流程

本发明涉及一种有源电力滤波器的控制方法，尤其涉及一种自适应参数的有源电力滤波器控制方法。

背景技术：

近年来，智能电网建设速度逐渐加快，各种分布式电源(如光伏发电、风力发电)、储能设备以及电动汽车充电站/桩逐渐增多，这些设备使用了大量的非线性负载(如整流器、逆变器、变频器等)，对电网带来了一定的谐波影响，使得电网侧以及用户侧的电能质量问题日益突出。

为了消除谐波对电能质量的影响，迫切需要一种能够对谐波进行补偿的设备，即无源电力滤波器和有源电力滤波器(active power filter,APF)。由于无源电力滤波器只能滤除固定次数的谐波；受系统阻抗影响严重，存在谐波放大和共振的危险；谐振点偏移，效果降低；补偿效果随着负载的变化而变化等缺点，而有源电力滤波器能够有效的避免这些缺点，且显示出了它对电网谐波高效率补偿的优点，因此，有源电力滤波器逐渐成为谐波治理的主要设备。

当前，主流的有源电力滤波器的控制策略是空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，SVPWM)。采用SVPWM控制策略对APF进行电流跟踪。常见的有源电力滤波器(APF)拓扑结构，如基于三相六开关的并联型有源滤波器作为一种有效的动态谐波抑制、无功补偿手段，得到了广泛应用；三相四开关逆变器是传统三相六开关逆变器的故障重构后的容错电路拓扑，同时由于开关器件的减少，四开关逆变器具有降低成本和运行维护费用的潜力。

技术实现要素：

为了克服的补偿贿赂电抗器对APF补偿效果产生影响的难题，本发明提出一种自适应参数的有源电力滤波器控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自适应参数的有源电力滤波器控制方法，包括APF主电路、自适应参数识别算法、SVPWM控制算法三个部分；

APF主电路中的电压源型逆变器由六个IGBT组成，自适应参数识别算法通过谐波检测和参数识别得到SVPWM模块的控制信号，进而通过SVPWM控制算法产生控制APF逆变器各开关管的控制信号，最终实现自适应参数的有源电力滤波器控制。

所述APF主电路采用电压源型逆变器和LCL滤波器并联的拓扑结构。所述自适应参数识别算法采用次元分析线性神经元法，能够对电抗器的参数L和r进行识别。

所述SVPWM控制算法以参数识别算法得到的参考电压作为输入，实现对APF主电路的控制。

APF主电路工作在受控电压源模式，采用对电网电流is进行闭环跟踪的控制策略；为了实现控制电流的完全补偿，直流侧电压要大于电网侧电压的峰值；变换器的开关器件采用IGBT模块，负载采用三相可控整流带阻感非线性负载；

有源电力滤波器中包括电网阻抗L_s；逆变器侧电感L_c、网侧电感L_g、滤波电容C_f；电网阻抗L_s上并联接入逆变器侧电感L_c和网侧电感L_g；滤波电容C_f并联接到逆变器侧电感L_c和网侧电感L_g之间；

电网阻抗L_s包括电网电压u_k(k＝a、b、c)；电网电流i_sk(k＝a、b、c)、负载电流i_Lk(k＝a、b、c)、滤波通道电流i_Fk(k＝a、b、c)。

本发明的优点是：

本发明采用自适应参数识别的算法，能够彻底解决由于材料和加工工艺、电抗器老化等原因造成的电抗值变化导致的有源电力滤波器补偿效果下降。同时，本发明采用SVPWM算法，与传统方法相比，该算法具有检测环节少、计算量小、精度高等优点，算法生成的触发脉冲，使直流侧电压在两个电源周期内达到了稳定，三相电网电流也得到了较好的控制。

附图说明

图1有源电力滤波器的系统结构图。

图2自适应算法的位置图。

图3自适应参数的控制算法结构图。

具体实施方案

如图1、2、3所示，本发明利用整体最小二乘法(total least squares，TLS)对电抗器的参数进行识别；结合次元分析(minor component analysis,MCA)线性神经求解整体最小二乘法的超定方程，将修改后的电抗器参数再用于SVPWM算法中。

一种自适应参数的有源电力滤波器控制方法，包括APF主电路、自适应参数识别算法、SVPWM控制算法。

所述APF主电路采用电压源型逆变器和LCL滤波器并联的拓扑结构，其中，LCL滤波器用于滤出开关频率处的谐波；

所述自适应参数识别算法采用次元分析线性神经元法，对电抗器的参数L和r进行识别，并通过PI调节计算SVPWM控制算法的输入参考电压；

所述SVPWM控制算法以参数识别算法得到的参考电压作为输入，对APF主电路中的IGBT进行控制，实现谐波补偿。

图1中，有源电力滤波器系统采用电压源型逆变器和LCL输出滤波器并联的结构，LCL滤波器用于滤除开关频率处谐波。非线性负载为三相二极管整流桥带阻感负载。图1中L_s为电网阻抗；L_c、L_g和C_f分别为逆变器侧电感、网侧电感和滤波电容；u_k为电网电压；i_sk、i_Lk、i_Fk(k＝a、b、c)分别为电网电流、负载电流和滤波通道电流。APF工作在受控电压源模式，采用对电网电流is进行闭环跟踪的控制策略。由图1可知，u_s、i_L的作用相当于扰动。为了实现控制电流的完全补偿，直流侧电压要大于电网侧线电压的峰峰值。变换器的开关器件采用IGBT模块，负载采用三相可控整流带阻感非线性负载。

图2中，u_sa、u_sb和u_sc分别为电网电压瞬时值；u_ra、u_rb和u_rc分别为变换器输出电压瞬时值；i_ca、i_cb和i_cc分别为补偿回路电流瞬时值；L_a、L_b、L_c和r_a、r_b、r_c分别为A、B、C三相对应输出滤波电抗器的电感和电阻值。利用SVPWM进行APF的补偿控制时，将采集到的负载电流i_{L_abc}与直流电容充电电流i_dc作为谐波检测模块的输入量，采用谐波检测算法(p-q、i_p-i_q和d-q)计算出需要补偿的谐波分量i_{h_abc}。由于SVPWM控制策略是利用输出电压u_{r_abc}来跟踪参考电压的，因此需要将计算出的补偿分量i_{h_abc}转换成参考电压

图3中，TLS参数识别算法采用次元分析线性神经元法(MCA EXIN)来识别电抗器的参数L和r。

整体最小二乘法(TLS)原理如下：

A×X＝b (1)

式中：A为m×n的数据矩阵，其元素用a_ij表示，列用a_j表示；b为m×1的观测矢量，其元素用b_i表示。

整体最小二乘法(TLS)考虑了存在于数据矩阵A中的误差(包括采样误差、人为误差、模型误差和仪器误差等误差)，因此，采用TLS的求解方法求解矩阵(1)。

TLS方法识别APF补偿回路所串接电抗器的参数，经I-V转换或PI调节计算后得到参考电压，然后将这一参考电压作为SVPWM控制算法的输入，最后计算出三相IGBT的导通时间，控制APF产生需要补偿的谐波分量，最终时间有源电力滤波器对谐波分量的补偿作用。