自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法.pdf

一种自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，提供一种自适应调谐无源滤波器，其包含单调谐LC无源滤波器、与之连接的逆变器，该逆变器带有控制器，一驱动单元连接在逆变器和控制器之间；实时测得单调谐LC无源滤波器上的电压，将其输入到控制器的测量单元；测量单元利用瞬时对称分量法及瞬时无功功率理论计算出调谐次电压分量，输入控制器的补偿单元；补偿单元利用空间矢量调制法计算出产生补偿电压所需的占空比，并将其输入到驱动单元；驱动单元产生触发脉冲控制逆变器工作实现自适应调谐实现了对电网频率波动和元件参数变化的自动跟踪调谐，且逆变器容量较小，成本低，参数可调，易于工业实现。

1、  一种自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，提供一种自适应调谐无源滤波器，包含单调谐LC无源滤波器、与之连接的逆变器，该逆变器带有控制器，一驱动单元连接在逆变器和控制器之间，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1，实时测得单调谐LC无源滤波器上的电压，将其输入到控制器的测量单元；
步骤2，测量单元利用瞬时对称分量法及瞬时无功功率理论计算出调谐次电压分量，输入控制器的补偿单元；
步骤3，补偿单元利用空间矢量调制法计算出产生补偿电压所需的占空比，并将其输入到驱动单元；
步骤4，驱动单元产生触发脉冲控制逆变器工作实现自适应调谐。

2、  如权利要求1所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述自适应调谐无源滤波器，由单调谐LC无源滤波器支路中接入受控电压源组成。

3、  如权利要求2所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述受控电压源为电压型的逆变器。

4、  如权利要求3所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述逆变器产生的电压与单调谐LC无源滤波器产生的调谐次电压大小相等，方向相反。

5、  如权利要求1所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述单调谐无源滤波器可根据设计需要，选取5次、7次、11次单调谐LC无源滤波器的全部或部分。

6、  如权利要求1所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述控制器使用霍尔传感器采集电压信号。

7、  如权利要求1所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述每个电压互感器连接一个电压跟随/调整电路。

8、  如权利要求1所述的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其特征在于：所述控制器还包括一个供电的辅助电源。

自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法
技术领域
本发明属于电力滤波技术，具体涉及一种自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法。
背景技术
在当代，随着非线性负载的不断增多，电力系统中的谐波问题日益严重，已成为影响电能质量的主要因素之一。谐波治理的方式主要有无源LC滤波器、有源滤波器和混合型有源滤波器(无源+有源)三类。目前在工业现场应用最多的是无源LC滤波器，但其存在着无法调节、滤波特性易受电网频率波动和元件参数变化影响、易与系统阻抗发生谐振的缺点，已难以适应日益复杂多变的电网。有源滤波器由于其装置成本较高，大容量实现的技术难度较大，加之其检测和控制比较困难，因此能够长时间运行的实例尚不多见。而混合型滤波器尽管兼顾了经济性和技术性两方面的要求，但是同样存在着明显的不足，并联混合型有源滤波器的电网与APF(有源电力滤波器)之间，以及APF与LC滤波器之间存在谐波通道，可能使APF注入的谐波又流入LC滤波器及电网中；串联混合型与串并联混合型有源滤波器的系统稳定性与补偿效果不易协调，片面提高补偿效果会使系统失稳，而系统稳定的实现又是以牺牲一定的补偿效果实现的。
因此有必要发明一种自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，以避免上述问题。
发明内容
本发明的目的是利用一种自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其滤波性能好，容量小，造价成本低，控制简单，且可避免上述问题，在电力系统中实现高性能滤波。
本发明的技术方案是：一种自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，提供一种自适应调谐无源滤波器，包含单调谐LC无源滤波器、与之连接的逆变器，该逆变器带有控制器，一驱动单元连接在逆变器和控制器之间，包括以下几个步骤：
步骤1，实时测得单调谐LC无源滤波器上的电压，将其输入到控制器的测量单元；
步骤2，测量单元利用瞬时对称分量法及瞬时无功功率理论计算出调谐次电压分量，输入控制器的补偿单元；
步骤3，补偿单元利用空间矢量调制法计算出产生补偿电压所需的占空比，并将其输入到驱动单元；
步骤4，驱动单元产生触发脉冲控制逆变器工作实现自适应调谐。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述自适应调谐无源滤波器，由单调谐LC无源滤波器支路中接入受控电压源组成。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述受控电压源为电压型的逆变器。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述逆变器产生的电压与单调谐LC无源滤波器产生的调谐次电压大小相等，方向相反。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述单调谐无源滤波器可根据设计需要，选取5次、7次、11次单调谐LC无源滤波器的全部或部分。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述控制器使用霍尔传感器采集电压信号。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述每个电压互感器连接一个电压跟随/调整电路。
如本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，其中：所述控制器还包括一个供电的辅助电源。
附图说明
图1是本发明实施例自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法的总体框图；
图2是本发明实施例的自适应调谐无源电力滤波器的拓扑结构；
图3是本发明实施例中瞬时对称分量法及瞬时无功功率理论计算补偿电压原理框图；
图4是图1中自适应调谐无源电力滤波器的控制器的硬件结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1至图4的说明如下：
u_LCmj(m＝a，b，c；j＝5，7，11)-其调谐次谐波电压，
u_LCm(m＝a，b，c)-单调谐LC无源滤波器上的总电压，
u_sm(m＝a，b，c)-系统电压，Z_sm(m＝a，b，c)-系统阻抗，
i_sm(m＝a，b，c)-系统电流，i_Lm(m＝a，b，c)-负荷电流，
u_pm(m＝a，b，c)-系统公共连接点电压，
u_LChm(m＝a，b，c)-各单调谐LC无源滤波器上的调谐次谐波电压之和，
C_d-逆变器的直流侧电容，其直流电压为U_d，
u_cm(m＝a，b，c)-逆变器产生的补偿电压，
请参照图2，本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，首先提供一种自适应调谐无源滤波器，包含单调谐LC无源滤波器、与之连接的逆变器，该逆变器带有控制器，一驱动单元连接在逆变器和控制器之间。该自适应调谐无源电力滤波器，由单调谐LC无源滤波器支路中接入受控电压源组成，受控电压源为电压型逆变器，接入方式为串联，C_j、L_j(j＝5，7，11)构成j次单调谐无源滤波器，u_LChm(m＝a，b，c)为各单调谐LC无源滤波器上的调谐次谐波电压之和，即u_LChm＝u_LCm5+u_LCm7，u_cm＝-u_LChm。需要说明的是，自适应调谐无源滤波器可根据设计需要，或者是现场安装情况选取5次、7次、11次的全部或部分，具有很高的灵活性，只需对控制程序做相应修改即可，本实施例中选取了5次和7次，所得结论同样适用于其他情况。由于现场的传感器只能测得u_LCm(单调谐LC无源滤波器上的总电压)，因此必须研究由u_LCm获得u_LChm的检测方法。假设不对称、非正弦三相电压式如下式所示，其中U为电压幅值，ω为基波角频率，为初相角，k为谐波次数，+、-、0分别为正序、负序、零序，γ＝2π/3。

请参照图1，步骤1，利用传感器实时测得单调谐LC无源滤波器上的电压，并将其通过采样电路，输入到控制器的测量单元；
请参照图3，步骤2，测量单元基于瞬时对称分量法及瞬时无功功率理论的补偿电压检测，计算出调谐次电压分量，输入控制器的补偿单元。首先利用瞬时对称分量法分解出三相电压的正序、负序、零序分量，然后利用瞬时无功功率理论提取正序、负序、零序分量中的调谐次电压分量。需要说明的是，这里的正序、负序、零序分量仅是对对称分量法称谓的沿用，实际上，在正序分量中含有5次谐波的负序分量、在负序分量中含有7次谐波的正序分量，这样的称谓并不影响计算结果。
请参照图1，步骤3，补偿单元利用空间矢量调制法计算出产生补偿电压所需的占空比，并将其在与之相连的光电转换电路上，进行电光转换后，输入驱动单元。
步骤4，驱动单元将接收到的光信号进行光电转换及信号调理后，触发IGBT控制逆变器工作，以实现自适应调谐，则滤波支路的调谐次电压降为零，负载中的调谐次电流全部流入滤波支路。
请参照图4，所述控制器由一辅助电源提供能量，主要包括DSP、FPGA、光电转换电路，各主要组成部分的功能为：
所述DSP连接数码管显示和光电转换电路，其用于数据处理，计算出补偿电压及产生该补偿电压所需的开关占空比。选用TMS320F2812，其内核150MIPS的高速处理能力和面向电机控制的专用外围设备，使系统的硬件设计变得十分简单，所需的外围电路也能得到很大的简化，系统成本降低，并具有很高的可靠性。
所述FPGA连接DSP，主要用做DSP与A/D、D/A器件的接口电路、地址译码电路，并控制DSP对系统总线的读写功能。这一方面提高了系统的集成度，大大减少了系统所需要的元器件，增强了系统的可靠性和抗干扰性；另一方面保证了系统良好的可修改性，有效缩短研发或升级周期。
光电转换电路连接触发电路，将DSP输出的占空比信号转换为光驱动输出信号，传给触发驱动电路，这种嵌入式光纤触发设计具有隔离效果好、可靠性高、传输距离远等显著优点。
本发明的自适应调谐无源电力滤波器的检测控制方法，利用电压型逆变器产生补偿电压分量，实时跟踪电网频率波动和元件参数的变化，将滤波支路的调谐次电压补偿为零，从而有效提高滤波支路的滤波特性，使得负载中的调谐次电流全部流入滤波支路。与传统的无源滤波器相比，实现了对电网频率波动和元件参数变化的自动跟踪调谐，且逆变器容量较小，成本低，参数可调，易于工业实现。