有源电力滤波器直流侧自适应平衡控制 .pdf
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1、第 5 1卷第 1 5期 2 0 1 4年8月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e n t& I n s t r u m e n t at i o n VO I 5 1 NO 1 5 Au g 1 0, 2 0 1 4 有源 电力滤波器直流侧 自适应平衡控制 江伟 , 孙健 , 徐保友 ( 1 广东交通职业技术学院, 广州 5 1 0 6 5 0 ; 2 国网济宁供电公司, 山东 济宁 2 7 2 0 0 0 ) 摘要: : 针对实际电网电压波动导致有源 电力滤波器系统不能进行谐波有效补偿 的问题 , 提 出一种有源 电力滤 波器直流
2、侧 自适应平衡控制策略。通过下垂控制器使有源电力滤波器直流侧 电压能够 自适应 电网电压波动 , 使有源 电力滤波器直流侧 电压始终维持在一个合理的水平上 ; 通过 I P控制器对直流侧母线 电压 的进行快速调 节 。最后在 M A T L A B S I MU L I N K中建立 了仿真模型 , 验证了所提算法的正确性和可行性 。 关键词 : 有源电力滤波器 ; 电压波动 ; 自适应平衡控制 ; 下垂控制 ; I P控制 中图分类号 : T M7 2 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 11 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) l 5 0 0 8 0 0 4 DC Si de A
3、d a pt i v e Ba l a n c e Co n t r o l o f Ac t i v e Po we r Fi l t e r J I AN G We i ,S U N J i a n ,XU B a oy o u ( 1 G u a n g d o n g C o mm u n i c a t i o n P o l y t e c h n i c , G u a n g z h o u 5 1 0 6 5 0, C h i n a 2 S t a t e G i r d J i n i n g P o w e r S u p p l y C o mp a n y , J
4、i n i n g 2 7 2 0 0 0 , S h a n d o n g , C h i n a ) Ab s t r a c t : T o d e a l wi t h t h e p r o b l e m t h a t a c t u a l g r i d v o l t a g e fl u c t u a t i o n l e a d s t o i n e f f e c t i v e c o mp e n s a t i o n o f a c t i v e p o w e r f i l t e r( A P F )s y s t e m,t h e p a
5、p e r p r o p o s e s a D Cs i d e a d a p t i v e b a l a n c e c o n t r o l s t r a t e g y o f t h e A P F Wi t h t h e d r o o p c o n t r o l l e r ,t h e DC v o l t a g e o f t h e AP F c a n a d a p t t o g r i d v o l t a g e fl u c t u a t i o n,a n d t h e D C v o l t a g e c a n ma i n t
6、 a i n a t a r e a s o n a b l e l e v e 1 Wi t h t h e I P c o n t r o l l e r , t h e b u s v o l t a g e o n t h e D C s i d e c a n b e a d j u s t e d q u i c k l y MA T L A B S I M U L I N K mo d e l a n d s i mu l a t i o n v e r i f y t h e c o r r e c t n e s s a n d f e a s i b i l i t y o
7、 f t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m Ke y wo r d s: a c t i v e p o we r fil t e r,v o l t a g e flu c t u a t i o n,a d a pt i v e ba l a n c e c o nt r o l ,d r o o p c o n t r o l ,I P c o n t r o l 0 引 言 相 比无源滤波器 , 有源 电力滤 波器具有滤波 特 性好 、 体积小 、 应用灵 活等特点 , 逐渐 成为 电力 系统 谐波抑制 的研 究 热点 - 6 。 目前有 源
8、电力滤 波器 ( A P F ) 控制方法主要分为电流控制和直接功率控制 , 其 中直接功率控制 以其响应速度快 , 控制算法简单 , 利 于硬 件 实 现等 优 点逐 渐 成 为 A P F控 制 的 主 流 方 法 。 A P F直流侧 电压大小与 A P F系统功率损耗及补 偿能力有密切关系, 过高的直流侧电压会增加 A P F 系统功率损耗 , 过低 的直流侧 电压则会降低谐波补 偿能力, 如何实现 A P F系统功率损耗和补偿能力的 平衡成为一个研究 的热点。文献 7 分析 了直流侧 电压与 A P F补偿 能力的关 系 , 给 出了线性调制范围 内 A P F正常工作 时直 流侧
9、电压 的选 择标 准。文献 8 提出了一种新型的直流侧电压控制方法 , 具有一 定 的自适应 电网电压波 动的能力 , 但系统 的动态响 一8 O 一 应能力较差。 本文 阐述了 A P F直接功率控制的机理 , 分析 了 A P F直流侧 电压大小与 A P F系统功率损耗和补偿能 力的内在联 系。在此 基础上 , 提 出了一种有源 电力 滤波器直流侧 电压 自适应平衡控制策 略 , 并对控 制 系统进行 了优化设计和仿真验证。 1 A P F直接功率控制系统 A P F直接功率控制控制系统如图 1 所示 , 系统主 要由谐波功率检测 、 补偿 功率计算和直流侧 电压 控 制等环节组成。 在
10、三相负载平衡条件下, 根据瞬时功率理论可 以计算负载瞬时有功功率和无功功率为: S = u b c t s a b c=P +j Q ( 1 ) 式中 s 为瞬时视在功率 ; P 为瞬时有功功率 ; Q 为 瞬时有功功率 。 系统瞬时有功功率和无功功率可以表示为 : 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 5 1卷第 l 5期 2 0 1 4年8月 l 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e me nt I n s t r u m e n t a t i o n VO 1 5 1 N0 1 5 Au g 1 0。 2 01 4
11、 图 1 A P F直接功率控制 系统原理图 F i g 1 AP F d i r e c t p o w e r c o n t r o l s y s t e m d i a g r a m P =( “ i + M p i p ) ( 2 ) Q :_ ( “ B i 一 U s a i 8 ) 式中 u 、 B、 i 、 i B 分别为 p坐标系下网侧电压 和负载侧 电流分量 。经 B变换后 , 通过瞬时功率计 算可 以得到参 考瞬时有功功率P 和参 考瞬时无功 功率 Q 。如图2 所示。 图2 负载谐波功率检测原理图 Fi g 2 S c h e ma t i c d i a g r
12、 a m o f l o a d h a r mo ni c p o we r d e t e c t i o n 同理 , A P F实际输出的瞬时功率 P 、 Q 也可 以 根据瞬时功率理论计算得到, 直流侧瞬时功率 P 可 以通过直 流侧 电压控 制得 到。参考 瞬时 有功 功率 P 与电源实际瞬时有功功率 P 比较后得到有功功 率误差 P, 参考瞬时无功功率 Q 与实际补偿的瞬 时无功功率 Q 比较后得到无功功率误差 Q, 功率 误差 P和 p经过滞环比较器调节得到开关信号s 和 s , 最后根据 s 、 。 和电压矢量位置查询开关矢量 表生成 AP F参考 电压矢 量并 输 出, 从
13、 而实 现 了对 A P F系统的快速功率控制。 2 A P F直流侧 自适应平衡控制 有源电力滤波器输出电流的各次谐波分量是 由 P WM逆变器输出电压 U i 的各次谐波分量和电网电压 决定的。设 P WM逆变器幅度调制比为 , 则有: , ), M = z tJ i n v f 3 1 U d 式中U i = ll U 1 “ + U k e “ + U e , “ l l l 1 常见的三相不可控整流阻感负载电流 中只含 6 n 1 次正负序谐波分量。考虑在非线性负载最恶劣 的情况下所需的最大逆变器输 出电压 i , 需要满 足 U i U 。 M 。 i M= + , l + k w
14、 L , + h o L , ( 4 ) 式中U 为直流侧额定电压值。又 , , 假设 A P F工作时保证 恒定在最大值 , 可得: A U : 一 : 一U ( 5 ) 3 式中 f 为电网电压与直流侧额定 电压 的差值。由 式( 5 ) 可以看出, AU决定了 A P F谐波补偿能力 , 直流 侧电压 的升高 , 可以提高 A P F的补偿能力 , 但也会增 加系统损耗 ; 直流侧 电压 的降低 , 可 以减小 系统损 耗 , 但也会降低 A P F的补偿能力。 由于实际 电网电压较长时间 内在 9 0 1 1 0 范围内波动 , 为实现 A P F功率损耗和补偿能力的平 衡 , 本文提
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