一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器及其电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器及其电流控制方法，属 于有源电力滤波器控制领域。
【背景技术】
[0002] 高频开关谐波是PWM整流器的必然产物，对于补偿电网谐波的有源电力滤波器 (ActivePowerFilter，APF)来说，应该避免其高频谐波流入电网造成电网的二次污染。为 此，人们通常在装置并网侧安装输出滤波器。相比较于L单电感型等其他滤波器，LCL型滤 波器具有较好的滤波效果，且需要的滤波电感较小，但LCL滤波器容易产生谐振，影响系统 的稳定性。
[0003] LCL型APF的电流闭环控制反馈电流可以选择逆变器侧电流和网侧电流。网侧电 流反馈的闭环控制系统由于包含LCL环节，系统很难稳定，通常采用有源或无源阻尼法来 抑制谐振峰值以提高系统的稳定性。无源阻尼法无需采用复杂的控制算法，控制系统简单 稳定，主要问题是增加了额外的阻尼损耗。有源阻尼法通过控制算法增强系统阻尼，例如现 存的采用状态反馈与无差拍控制方法，该方法性能较好，但需要较多的传感器；又如增加附 加延时的控制方法，能够将系统谐振峰值降低到OdB以下，且无需额外的传感器，但闭环控 制系统中的附加延时同样会降低系统整体稳定性和控制精度；相对来说，采用电容电流反 馈的网侧电流反馈控制方法是比较典型有效的控制方法。
[0004] 而采用逆变器侧电流反馈的闭环控制系统更容易稳定，存在的主要问题是由于 LCL滤波器的存在，逆变器侧被控电流与网侧输出电流之间存在误差，从而影响APF谐波抑 制效果；同时，滤波电容与网侧电感及电网参数间存在谐振可能。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波 器及其电流控制方法，提高APF输出电流的控制精度并抑制LCL滤波器与电网参数的谐振。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于逆变器侧电流反馈 的有源电力滤波器，包含APF系统，其特征在于：它还包含LCL滤波器。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述APF系统为三相桥式并联型结构。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述APF系统包含三相电网电源Ug、负载整流器和电压 型有源滤波器，所述LCL滤波器包含三组逆变器侧电感L1、网侧电感L2、滤波电容Cf和阻尼 电阻Rd、三相电网电源Ug三相输入端相互连接，三相电网电源ug三相输出端分别与负载整 流器三个输入端连接，电压型有源滤波器三个输出端分别与三个逆变器侧电感1^的一端连 接，三个逆变器侧电感L1的另一端分别与三个网侧电感L2的一端连接，三个网侧电感L2的 另一端与负载整流器的三个输入端连接，三个滤波电容Cf的一端相互连接，三个滤波电容 (^的另一端分别与三个阻尼电阻Rd的一端连接，三个阻尼电阻Rd的另一端分别与三个逆变 器侧电感1^的另一端连接。
[0009] 作为本发明的进一步改进，电流闭环控制系统的反馈电流取逆变器侧电流I1，主 控制器Ga (s)采用PI控制，采用电容电流反馈控制。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述电容电流反馈控制为将电容电流i。负反馈到主控 制器Ga (s)之后，反馈控制器采用比例控制。
[0011] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明在传统单一逆变器侧电流 反馈控制基础上，增加了LCL滤波电容电流的反馈调节，提高了系统的控制精度并抑制LCL 滤波器与电网参数的谐振；相对于传统单一逆变器侧电流反馈控制和网侧电流反馈+滤波 电容电流反馈控制的两种传统方法，基于该电流控制方法的电流闭环控制系统具有较大的 稳定裕度和阻尼作用，从而具有较强的稳定性和较好的谐振抑制能力。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电路结构图。
[0013] 图2是本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电路单相等效 电路模型图。
[0014] 图3是本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电流控制方法 的电流闭环控制框图。
[0015] 图4是传统基于单一逆变器侧电流反馈的电流闭环控制框图。
[0016] 图5是传统基于网侧电流反馈+电容电流反馈的电流闭环控制框图。
[0017] 图6是本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电流控制方法 的Gk3 (s)、Gk4 (s)和Gk5 (s)的Bode图。
[0018] 图7是本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电流控制方法 的Gb3 (s)、Gb4 (s)和Gb5 (s)的Bode图。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发 明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0020] 如图1所示，本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器包含APF系 统和LCL滤波器，APF系统为三相桥式并联型结构。APF系统包含三相电网电源ug、负载整 流器和电压型有源滤波器，LCL滤波器包含三组逆变器侧电感L1、网侧电感L2、滤波电容Cf 和阻尼电阻Rd、三相电网电源Ug三相输入端相互连接，三相电网电源ug三相输出端分别与 负载整流器三个输入端连接，电压型有源滤波器三个输出端分别与三个逆变器侧电感1^的 一端连接，三个逆变器侧电感L1的另一端分别与三个网侧电感L2的一端连接，三个网侧电 感L2的另一端与负载整流器的三个输入端连接，三个滤波电容Cf的一端相互连接，三个滤 波电容(^的另一端分别与三个阻尼电阻Rd的一端连接，三个阻尼电阻Rd的另一端分别与 三个逆变器侧电感L1的另一端连接。
[0021] 本发明的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电流控制方法，电流闭 环控制系统的反馈电流取逆变器侧电流I1，主控制器Ga (s)采用PI控制，采用电容电流反 馈控制，将电容电流i。负反馈到主控制器GA (s)之后，反馈控制器采用比例控制。
[0022] 图1中C为APF直流侧电容，Rg、Lg为电网等效阻感，Li、&为负载支路等效电感以 及整流器电阻负载、ii、i2分别为逆变器侧电流和网侧电流。为简化分析，设电网三相对称 无畸变。
[0023] 鉴于电路的三相对称性，以下以单相为例分析控制原理。根据图1，建立LCL型APF 的单相等效电路模型，如图2。图中u为APF输出电压，urc为滤波支路RC电压降，其他参 数同图1。建立电流il、i2相对于电压u的传递函数模型，分别定义为Gl(S)和G2(s):
【主权项】
1. 一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器，包含APF系统，其特征在于；它还包 含1XL滤波器。
2. 根据权利要求1所述的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器，其特征在 于；所述APF系统为S相桥式并联型结构。
3. 根据权利要求1所述的一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器，其特征在 于；所述APF系统包含S相电网电源Ug、负载整流器和电压型有源滤波器，所述1XL滤波器 包含S组逆变器侧电感Li、网侧电感L2、滤波电容Cf和阻巧电阻R d、S相电网电源UgS相输 入端相互连接，=相电网电源相输出端分别与负载整流器=个输入端连接，电压型有 源滤波器=个输出端分别与=个逆变器侧电感Li的一端连接，=个逆变器侧电感L1的另一 端分别与=个网侧电感L2的一端连接，=个网侧电感L2的另一端与负载整流器的=个输入 端连接，=个滤波电容Cf的一端相互连接，=个滤波电容C f的另一端分别与=个阻巧电阻 Rd的一端连接，=个阻巧电阻R d的另一端分别与=个逆变器侧电感L 1的另一端连接。
4. 一种权利要求1所述的基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器的电流控制方法， 其特征在于；电流闭环控制系统的反馈电流取逆变器侧电流ii，主控制器Ga(s)采用PI控 审ij，采用电容电流反馈控制。
5. 根据权利要求4所述的电流控制方法，其特征在于：所述电容电流反馈控制为将电 容电流i。负反馈到主控制器G A (S)之后，反馈控制器采用比例控制。
【专利摘要】本发明公开了一种基于逆变器侧电流反馈的有源电力滤波器及其电流控制方法，包含APF系统和LCL滤波器，APF系统为三相桥式并联型结构，电流控制方法电流闭环控制系统的反馈电流取逆变器侧电流i1，主控制器GA(s)采用PI控制，采用电容电流反馈控制。本发明在传统单一逆变器侧电流反馈控制基础上，增加了LCL滤波电容电流的反馈调节，提高了系统的控制精度并抑制LCL滤波器与电网参数的谐振。
【IPC分类】H02J3-01
【公开号】CN104600705
【申请号】CN201510063599
【发明人】许杏桃, 许胜 , 王益明, 陈群, 黄文静, 李然, 许杏明, 沈鹏
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院, 江苏安方电力科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月6日