三相三線制有源電力濾波器對電網諧波電流的補償方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于李雅普諾夫穩定性的三相三線制有源電力濾波器對電網諧 波電流的補償方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業發展，電力負荷越來越復雜，電網中非線性負載的日益增多，形成了 電力系統諧波的容量大、時變的特點。電網中的諧波含量急劇上升，致使供電電壓波形發生 嚴重的畸變，嚴重影響了電網和電氣設備的安全、經濟運行，并危及廣大用戶的正常用電和 生產。解決電網諧波污染的主要方法是加裝諧波抑制裝置，諧波抑制裝置主要有無源電力 濾波器或有源電力濾波器，而傳統的LC無源濾波器越來越不能滿足現代工業應用和電力 系統的要求，現在工業生產應用治理電網諧波主要使用的是有源電力濾波器（APF)。
[0003] 有源電力濾波器是通過向與電網的公共連接點（PCC)注入補償電流來抵消負載 所產生的諧波電流，能實時動態地抑制諧波，克服了無源濾波器濾波性能受電網頻率、阻抗 的影響較大等的一些缺點，它既可補償非線性負荷產生的高次諧波，又能自動適應電網阻 抗和頻率的快速變化，并且具有高可控性和快速響應性。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種三相三線制有源電 力濾波器對電網諧波電流的補償方法，解決非線性負載產生的諧波對中、高壓電網造成的 電能質量問題，在保證控制系統穩定性良好的前提下，控制盡可能少的參數的變化，建立指 令值與實測值之間的算術關系，將電壓控制與電流控制相結合，實現APF對電網諧波電流 的補償作用。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種三相三線制有源電力濾 波器對電網諧波電流的補償方法，包括以下步驟：
[0006] 1)構造有源電力濾波器直流側和交流側能量交換的動作方程：
[0008] 其中，L為三相三線制有源電力濾波器每相交流輸出端與電網側相連的連接電感， R為三相三線制有源電力濾波器每相交流輸出端與電網側相連的連接電阻，C為三相三線 制有源電力濾波器直流側電容，iea、i eb、分別為三相三線制有源電力濾波器每相交流輸 出電流，Sa、sb、s。為三相三線制有源電力濾波器各橋臂的單極性二值開關函數，e sa、esb、esc 為三相電網電壓，Ud。為三相三線制有源電力濾波器直流側電容電壓；
[0009] 2)檢測三相電網諧波電流I jh和三相三線制有源電力濾波器直流側電容電壓u dc， 對Ud。進行電壓外環PI控制，將PI控制器的輸出量和I jh之和作為指令電流值/丨，設定直流 側參考電壓《i，根據上述動作方程變換的dq坐標系的能量方程組，得出三相三線制有源濾 波器參考電壓電流的dq坐標下的表達形式；j = a, b, c ;
[0010] 3)在dq坐標系下對逆變器輸出電流和直流側電壓進行基于李雅普諾夫函數的穩 定性設定；
[0011] 4)將步驟3)中的設定量代入dq坐標系的能量方程組中，通過合并計算得到IGBT 驅動信號的占空比函數，最后將該占空比函數經過PWM調制，得到三相三線制有源電力濾 波器的開關控制信號。
[0012] 所述步驟3)的具體實現過程包括：確定系統各控制變量的參考值：直流側電壓參 考值為直流側最終穩定的電壓值，輸出電流參考值為負載側的諧波電流值；設定dq軸上的 電流電壓的實際輸出值與參考值之間的差為李雅普諾夫函數的狀態變量。
[0013] 所述占空比函數sd、Sq表達式如下：
[0015] 其中α為一個負實數，由李雅普諾夫函數在滿足全局收斂穩定的條件時決定的；
[0018] 其中，ijP i q分別表示三相三線制有源電力濾波器每相交流輸出電流i ca、icb、icc 轉化為dq坐標系下的電流；ξ和ζ分別表示ijP i q的參考電流值，分別表示電網三相交 流電壓esa、esb、e s。轉化為dq坐標系下的電壓。
[0019] 與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為：本發明提出的基于李雅普諾夫函 數穩定性的諧波電流補償方法，外環通過PI控制器調節直流側實變電壓與參考電壓的差 值，疊加的零序環流使直流側電容電壓保持穩定；內環通過構造李雅普諾夫函數，在保證系 統整體穩定性的前提下控制補償電流準確跟蹤諧波電流，無解耦環節，控制過程可消除耦 合，且函數的控制參量不受電路參數的影響，系統能達到全局穩定，可較好實現電網的電能 質量治理。
【附圖說明】
[0020] 圖1是用于本發明諧波補償方法的三相并網型APF結構圖；
[0021] 圖2是本發明一實施例外環電壓PI控制框圖；
[0022] 圖3是本發明一實施例內環控制策略框圖；
[0023] 圖4(a)為直流側波形；圖4(b)為逆變器補償電流與負載側諧波電流波形；圖 4(c)和圖4(d)為補償前后的網側電流波形。
【具體實施方式】
[0024] 圖1所示為三相并網型逆變器（APF)的結構示意圖，該電壓型APF接于三相三線 制電網中用于補償非線性負載引起的諧波電流，包括三相橋式變換器（6個IGBT組成）和 直流側電容。負載電流i al、ibl、U，包含基波有功、基波無功和諧波電流，其中無功和諧波電 流注入電網，造成電網電能損失，威脅系統穩定運行。APF輸出補償電流1。 3、1。,、1。。，與負載 電流中的諧波成分iah、ibh、ijg值相同，方向相反，從而與負載發出的諧波相抵消，達到補 償的目的。
[0025] 圖2為外環直流側電容電壓PI控制框圖。該策略在維持電容電壓穩定的同時 實現電流的快速跟蹤，將實變直流側采樣電壓與參考電壓的差值輸入PI控制器，控制器 的輸出作為有功分量，乘以A、B、C三相電源電壓的相位信息sin cot、sin (cot-2 π/3)、 sin (c〇t+2 π /3)，即分別為三相的有功電流參考指令$.、'.、ζ*5該有功電流參考指令的 表達式為：
[0027] ω 為電網角頻率，ω = 2 π f，f = 50Hz。
[0028] 其中有功電流參考值幅值1"由PI控制器得到，即：
[0030] kp、1^為PI控制器的參數，<為直流側電壓參考值，Ud。為實測值。
[0031]