1.一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制系统,其特征在于,包括:主电路:采集脉冲信号,通过三相逆变器制造大小相等,相位相反的谐波电流注入电网,补偿电网畸变电流,使电源电流中只含有基波分量,提高电能质量,控制系统: 用于检测谐波电流,根据检测的电网电流,得到补偿的谐波电流指令,根据检测的直流母线电容电压,得到基波指令电流,谐波指令电流加上基波指令电流得到要补偿的指令电流,结合指令电流与逆变器实际输出电流比较,得到误差值进行双闭环控制,控制方式采用比例控制结合重复控制,最后进行驱动电路调制得到调制波。
2.根据权利要求1所述的一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制系统,其特征在于,主电路包括:三相逆变器:用于接受脉冲信号产生一个与负载谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流来抵消负载电流中的谐波成分,输入接储能原件,输出接输出滤波器,三相逆变器为三相电压型逆变器,储能原件为直流电容, 所述三相电压型逆变器经过脉冲信号产生补偿电流与输出滤波器连接;三相电压型逆变器与输出滤波器串联之后与非线性负载并联接入电网;
输出滤波器: 用于实现较理想的开关纹波滤除效果,输入接三相逆变器,输出接入三相电网;
储能原件: 用于为有源电力滤波器提供稳定直流,输出接入三相逆变器。
3.根据权利要求2所述的一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制系统,其特征在于,输出滤波器为高阶滤波器,采用LCL型滤波器结合模糊PI控制和快速重复控制的双环控制方式,LCL滤波器采用星形连接的方式,L1为逆变器侧滤波电感,L2为电网侧滤波电感,C为滤波支路上的滤波电容,无源阻尼电阻Rd与滤波电容C串联在滤波支路上;LCL滤波器输入接三相逆变器,输出接入三相电网。
4.根据权利要求3所述的一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制系统,其特征在于,控制系统包括谐波电流检测电路:与电流跟踪控制电路连接,用于检测负载中的谐波电流成分;
直流侧电容电压检测电路:与电流跟踪控制电路连接,用于实现电压的稳定性控制;
锁相环电路:与直流侧电压检测电路连接,用于实现电网相角、频率信息的准确、快速提取;
电网侧电感电流检测电路:与电流跟踪控制电路连接,用于准确跟踪谐波电流指令;
电流跟踪控制电路:与驱动电路连接,用于实现补偿谐波电流的精准跟踪和快速响应能力。
5.一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制方法,其特征在于:包括步骤1:获取并联型有源电力滤波器的状态信息,利用电压电流传感器采集负载电流iL、电网电压ug、直流母线电容电压udc、滤波器逆变器侧电感电流i1、滤波器电网侧电感电流i2;
*
步骤2:以直流侧母线电容电压为参考值udc减去其检测到的实际值udc,得到直流侧母线电压的误差值,经过直流电容电压控制器得到直流侧电压的调节量,再乘以检测得到的电网a相的相位信息得到基波电流指令;
步骤3:利用谐波检测电路,将检测到的的负载电流经过abc/dq变换后进行低通滤波,得到基波电流分量,再与负载电流相减得到要补偿的谐波电流指令,通过abc/dq变换可将三相六脉冲装置中主要的6k±1(k=1,2,3…)次谐波转换为6k次谐波信号;
步骤4:将基波电流指令加上谐波电流指令得到要补偿的电流指令,结合电流指令对有源电力滤波器的电网侧电感电流进行电流控制,电流跟踪控制电路采用模糊PI控制与快速重复控制并联的方式,再输入SVPWM生成调制波,控制功率器件开关动作,生成与负载侧谐波及无功电流相反的补偿电流;实现对电网输出电流的无功与谐波补偿。
6.根据权利要求5所述的一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制方法,其特征在于:步骤4是通过自适应模糊PI控制和快速重复控制的并联电流控制系统,解出满足系统稳定的约束条件;首先针对负载电流在dq坐标系的特征设计快速重复控制器,最后将自适应模糊PI控制和快速重复控制并联起来,得到系统的传递函数及其特征方程,解出满足并联控制系统稳定时的自适应模糊PI控制器初始参数,电流跟踪控制电路的参数选取具体方法如下:步骤a1:将谐波电流指令与实际检测到的电网侧电感电流比较,得到电流跟踪电流的指令信号,如公式8所示:*
i=ir‑i(2 1)
*
i为电流跟踪电流指令信号,ir为谐波指令电流,i2为实际检测到的电网侧电感电流;
*
步骤a2:将步骤c1得到的电流跟踪电流指令信号i作为快速重复控制器的输入,快速重复控制器的内膜结构使其时间延迟时间为传统重复控制器时间的1/6,同时具备对6k次谐波的抑制能力;如公式10为快速重复控制器的传递函数:(2)
式中GFRE为快速重复控制器的传递函数表达式,z为离散域算子,N为每周期的采样次‑N/6 k数,z 为延迟周期,z为超前控制器,Q(z)为衰减滤波器,H1(z)为二阶低通滤波器, H2(z)为零相移谐波器,如公式3,4所示:(3)
(4)
2 ‑1
式中z为离散域算子的平方,z 为离散域算子的一次倒数;
步骤a3:将快速重复控制和自适应模糊PI控制通过并联的方式作用于被控对象,在首个周期内对误差信号做出快速响应;下周期快速重复控制器开始对误差信号进行控制调节,随着重复控制器开始进行周期性调节,模糊PI控制器控制作用逐渐变小,最后误差信号跟踪逐渐趋于零,系统重新达到稳定;建立并联控制系统的传递函数如下:(5)
式中GPI表示模糊PI控制器的传递函数,令分母为0,得到控制系统的特征方程如下:(6)
式中△、△1和△2均为特征方程, 为仅含模糊PI控制器作用时的系统特征方程, 为快速重复控制器作用时系统特征方程,因此只有当两者均位于单位圆时,该并联控制系统才处于稳定状态,绘制并联控制系统稳定充分条件的轨迹图。
7.根据权利要求6所述的一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制方法,其特征在于:通过对基波电流控制器设计自适应模糊PI控制,提高系统的响应速度;具体是首先设计模糊规则,进而根据直流母线的误差值和误差率推导出自适应模糊PI控制器的增益△KP和△KI,通过模糊精确化得出自适应模糊PI控制器的参数,对基波电流指令信号进行实时控制,步骤2中直流电容电压控制器的具体方法如下:步骤b1:利用直流侧电容电压检测得到直流侧电容电压实际值udc,并将直流侧母线电*容电压的参考值udc减去其检测到的实际值udc,得到直流侧母线电容电压的误差值rudc和误差率△rudc,如公式9,10所示:*
rudc=udc‑ud(c 9)
△rudc=rudc‑rudc(0 10)
步骤b2:建立模糊规则,分别将误差rudc和误差变化率△rudc,作为自适应模糊PI控制器的输入,经过模糊控制规则处理得到比例积分的增益△KPUC和△KIUC;
步骤b3:模糊控制的精确化,将步骤b2中得到的比例积分的增益△KPUC和△KIUC加上比例积分的初始参数KPUC0和KIUC0,从而得到新的比例积分控制参数KPUC和KIUC,如公式11,12所示:KPUC=KPUC0+△KPU(C 11)
KIUC=KIUC0+△KIU(C 12)
式中KPUC0和KIUC0为模糊PI控制器的初始参数;
步骤b4:将步骤b3中得到的比例积分控制参数KPUC和KIUC应用于直流侧电容电压控制器中,从而达到实时改变PI控制器参数的目的。
8.根据权利要求7所述的一种LCL型有源电力滤波器的并联电流控制方法,其特征在于:对负载电流进行abc/dq变换,得出负载电流在dq坐标系下的特征,步骤3中谐波检测电路中负载电流进行abc坐标系与dq坐标系变换的具体方法如下:步骤c1:电力系统中逆变器和整流器应用最为广泛,其在电网中的电流由50Hz基波成分和5次负序、7次正序、11次负序和13 次正序等谐波成分组成,在abc坐标系下,可以定义负载电流如式(13)所示:(13)
其中 和 分别表示基波和谐波的有效值, 和 分别表示正序谐波和负序谐波, 、 和 分别表示 相基波相位、正序谐波相位和负序谐波相位,步骤c2:将abc坐标系下的三相负载电流通过变换矩阵 变换到dq坐标系中,可得三相负载电流在dq坐标系下的表达式如式(15)所示;
(14)
(15)
式(14)中Cabc‑dq为变换矩阵,由式子(15)可知,负载电流经过abc‑dq变换后,正序基波变为直流, 次的负序谐波和6k+1次正序谐波均变换为基波的6k次倍数的谐波,且d轴和q轴信号中的谐波次数相同。