星形链式有源电力滤波器直流侧电容电压控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及大功率电力电子技术领域，特指一种星形链式有源电力滤波器直 流侧电容电压控制方法。
【背景技术】
[0002] 有源电力滤波器（ActivePowerFilter,，AP巧被认为是进行谐波治理及负序、无 功补偿最有前途的实现方式。APF通常分为两种基本结构：并联型与串联型。由于安装及 维护方便，并联型有源电力滤波器在实际应用中占主导地位。
[0003] 链式多电平变流器能直接输出高压而无需连接变压器，输出电压频谱特性很好， 开关器件承受的电压应力较小，且易于实现模块化设计。通过采用载波移相正弦脉冲宽 度调制（CarrierPhase^liftedSPWM,CPS-SPWM)，链式结构的静止同步补偿器（static Sync虹onousCompensator,STATC0M)已得到广泛应用。然而，对链式结构的APF应用研究 尚处于初期。链式APF的主电路拓扑与链式STATCOM-致，可分为星形结构与S角形结构。 由于S角形结构的链式APF各相输出电流可独立控制、易于实现负序补偿，因此受到广泛 关注。但S角形结构的链式APF每相换流链必须承受电网线电压，因此其级联H桥功率单 元的数目通常为相同电压等级下星形链式APF的痴倍；并且S角形链式APF存在内部环流。 由于具有成本优势，星形链式APF也受到持续关注。链式APF的控制策略与链式STATCOM 存在显著区别，主要体现在谐波补偿及与之相关的直流侧电压控制。直流侧电压控制是链 式APF控制系统需要解决的关键问题。直流侧电压控制可采用硬件或软件方式。其中硬件 实现方式需要附加设备及控制，增加了成本及维护难度。通常链式APF的直流侧电压控制 均采用软件方式。链式APF补偿电流中包含谐波分量，由此产生的谐波功率会加剧直流侧 电容电压波动。链式STATCOM的直流侧电压均衡控制往往只考虑基频功率分量的作用，将 其直接应用于链式APF的直流侧电压控制具有明显的局限性。当链式APF运行于不同工况 时，其与电网的功率交换存在较大差别，因而对直流侧电压控制策略的设计提出了更高要 求。目前，针对链式APF直流侧电压控制的应用研究还较少。因此，深入研究链式APF的直 流侧电压控制具有非常重要的理论及现实意义。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种提高装置在非理想电压工况下的直流侧电压稳定性，实现不对称工况下链式APF相间直 流电压控制，W及实现功率单元直流侧电压均衡控制的星形链式有源电力滤波器直流侧电 容电压控制方法。 阳005] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0006] 一种星形链式有源电力滤波器直流侧电容电压控制方法，包括=层控制，分别 为：
[0007] 第一层控制为基于交叉解禪复数滤波器与正序功率解禪的=相整体直流电压控 审Ij:通过交叉解禪滤波器分离出电压、电流的正负序及谐波分量，并利用两相旋转坐标系中 的功率解禪控制，实现链式APF基波正序有功-无功分量的独立控制与电网电压前馈控制， W此保证链式APFS相整体直流电压稳定；
[000引第二层控制为相间直流电压控制：通过在各相参考电压调制波中注入零序基波电 压，调节各相换流链的有功分配，实现相间直流电压控制；
[0009] 第=层控制为相内功率单元直流侧电压均衡控制：采用并联复合型模糊控制，依 据链式APF补偿电流有效值与功率单元直流侧电压偏差，实时调整并联复合型模糊控制器 的增益，实现功率单元直流侧电压均衡控制。
[0010] 优选地，所述第一层控制的详细步骤如下： W11] S11、采用滑动平均滤波器对各相功率单元直流电压叫。。1、Udtbi、叫。。1进行滤波，滤 波传递函数FfiwW;
阳013] 其中，fs为采样频率，NS为采样点数；
[0014]S12、对步骤Sll中滤波后的各相功率单元直流电压Udcai、Udcbi、Udeu分别求和，得到 各相功率单元直流电压之和Ud。。、Udeb、Ud。。，再对各相功率单元直流电压之和Ud。。、Udeb、Ud。。求 和，得到=相所有功率单元直流电压之和Ud。；
[0015]S13、基于交叉解禪复数滤波与基波正序功率解禪的整体直流电压控制：将K,与 Ud。做差后进行PI调节，得出正序基波电流的有功分量参考值塔，再将/；：与巧<,做差后进行 PI调节，并考虑交流母线电压基波正序分量及APF交流侧连接电抗压降，可计算出APF参考 补偿电压的直轴分量；同理可得APF参考补偿电压的交轴分量；得出APF参考补偿电压的 交轴分量与直轴分量后，再利用正序Park逆变换，可计算出APFS相正序基波参考电压补 偿值：<、。；、<，
[0016] 其中14为S相所有功率单元直流侧电压之和的参考值；瑞、巧为链式APF输出 电流的基波正序有功分量与无功分量；￡二、为电网正序基波电压的直轴分量与交轴分 量。
[0017] 优选地，所述步骤S13中正序解禪控制前，需先进行提取电网电压的正负序分量， 并对正序分量进行锁相，其详细过程：通过Clark变换将=相电源电压U,。、u,b、U,。变换为 两相电压Ug。、Ugp;再利用交叉解禪复数滤波器对U,。、Ugp进行正负序分离，并将分离出 的正负序分量分别进行正负序同步旋转变换，可得出正、负序电压的直轴分量与交轴分量 咕、的、冷、喊，对正序基波电压的交轴分量呜进行PI调节，得到电网电压频率，再对电 网电压频率进行积分后，得出正序基波电压相位。
[0018] 优选地，所述正序解禪中正负序分离中采用交叉解禪复数滤波。
[0019] 优选地，在正序功率解禪控制的基础上加入电网负序及谐波电压的前馈控制，各 相前馈控制量：
[002U其中，u's。、u'sb、u's。为相电压正序分量与负序分量之和，"i/,、"-为相 电压基波正序分量。
[0022] 优选地，所述第二层控制的详细步骤为：
[0023]S21、计算出两相静止坐标系中的有功功率参考值：将各相功率单元直流电压之 和的平均值Udtp与各相功率单元直流电压之和Ud。。、Udtb、Ud。。分别做差后进行PI调节，再 对PI调节器的输出进行Clark变换，计算出两相有功功率参考值續、C'/.，其中Ud。。=化。神扣美。)/3 ;
[0024]S22、计算零序参考功率嗦!、巧，将有功功率参考值瑪、攝与实际的零序功率 f；；-做差，得出零序参考功率巧、巧;
[00巧]S23、计算零序参考电压的幅值巧与初始相位4°。
[0026] 优选地，电网各相正序基波电压：
[00測其中，为基波角频率；巧为电网正序基波电压幅值。
[0029] 优选地，电网负序基波电压：
[0031] 其中，为负序基波电压幅值；4为负序基波电压初始相位。
[0032] 优选地，步骤S23中计算零序参考电压的幅值巧与初始相位(60的过程如下：设链 式APF零序电压为： 阳03；3] = 1/若COS(巧f+ 沪）
[0034] 其中，巧'为零序电压幅值；(60为零序电压初始相位；
[0035] 零序电压产生的功率：
[0037] 对零序功率取周期平均值：
[0039] 将零序功率周期平均值进行Clark变换：
阳OW 从而得到：
[0043] 其中，巧：:、端表示零序参考功率。 W44] 从而计算出零序电压的幅值（、相位(60:
[0047] 优选地，所述第S层控制中并联复合型模糊控制对a相的控制过程为：
[0048] S31、对模糊控制器的输入变量进行模糊化：其中模糊控制器的输入量为补偿电 流有效值Ihfms与模块直流电压的偏差AUd。^,，建立语言变量Ihfms的赋值表W及语言变量 AIW的赋值表；
[0049]S32、对模糊控制器的输出变量进行模糊化：模糊控制器的输出变量为Kp,将Kp的 模糊论域离散化，建立语言变量Kp的赋值表；
[0050] S33、依据链式APF在不同补偿电流工况下的有功功率交换特征，设置模糊推理规 则；
[0051] S34、制作出模糊控制查询表：将语言变量Ihfm郝AUde^i论域中的所有元素视为 只含单个元素的模糊数，基于模糊关系马丹尼模糊推理可计算出输出语言变量KP的模 糊子集，应用最大隶属法对模糊子集进行判决，得出模糊子集对应的精确量爲，W 论域元素为行，A的论域元素为列，两种元素相应的交点为精确量玲，由此制作出模 糊控制查询表；
[0052] S35、模糊控制器输出的实际控制量量Ugmfi的变换范围为[Umi。UmJ,采用线性变 换，则：
[0055] 对于b相和C相的控制过程