CN104466966B - 一种多同步旋转坐标系apf的分次谐波补偿的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法，包括如下步骤：对***电压通过两相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量并对正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量在D_Couple模块进行正负序解耦滤波处理，得到装置输出参考电压的前馈量。并通过锁相环计算得到***电压的相位，以提供装置输出参考电压的前馈量的相位。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的算法，促使每次谐波电流单独处理并快速响应，保证单独设置每次谐波的补偿。

Description

一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法

技术领域

本发明涉及APF类逆变器控制技术领域，尤其涉及的是一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法。

背景技术

电力电子设备的大规模发展与应用，给电网带来了谐波电流，谐波的存在不但影响电能质量，导致设备利用率低、噪声大、发热量增加等不良现象，对较敏感的电子设备造成的干扰会影响他们的正常工作。所以近年来形成了专门进行谐波治理的产业，其中关键的设备就是有源电力滤波器(APF)。APF的基础原理就是向电网输出与负载电流中谐波电流反向的谐波电流以中和***中的谐波电流，而APF中关键环节是将负载中的谐波电流分离出来并且将其转换为电压源型逆变(VSR)装置的参考电压，业界经过多年研究，积累了几种不同的方法：FFT、瞬时无功IP-IQ法、基波分量消除法等不同方法，这些方法的共同特点是均在基波坐标系下进行计算，并且是基于基波周期平均的概念进行的，所以对于变化速度远远高于基波电流的谐波电流来讲，滞后严重，大大影响治理效果，对于较高次数的谐波，还可能因为相位滞后问题带来放大或振荡，带来***安全问题。基于以上原因，有必要寻找一种物理意义明确、响应速度快，每次谐波可单独处理的算法以提高APF在高次谐波及波动型负载时的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法，促使每次谐波电流单独处理并快速响应，保证单独设置每次谐波的补偿。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的算法，包括如下步骤：

(1)对***电压通过两相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量

并对正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量在D_Couple模块进行正负序解耦滤波处理，得到装置输出参考电压的前馈量；并通过锁相环计算得到***电压的相位，以提供装置输出参考电压的前馈量的相位；

(2)对装置的实际直流电压U_DC与给定直流电压相减作PI操作，以得到正序基波有功电流给定值

对于负载电流通过三相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量并对对上述直流分量进行解耦滤波处理，得正序有功、正序无功、负序无功、负序有功，取正序的无功作为基波的无功电流给定。

正序有功与直流电压的偏差值进行闭环，正序无功与负载的正序无功进行闭环，得到正序基波的参考电压值。

负序无功与负序有功均与0进行闭环，再进行2倍基波电压正序角度的PARK变换，得到负序基波的参考电压值。

正序基波的参考电压值与负序基波的参考电压值共同作为基波电压参考值与前馈电压值进行叠加，得到基波电压的参考值。

(3)定义m＝6k-1(k＝1-8)次为负序谐波，定义n＝6k+1(k＝1-8)为正序谐波；

对n次正序谐波的负载电流与装置输出电流分别在正方向的n倍速的旋转坐标系下进行取直流分量的计算，再进行闭环，得到在各自旋转坐标系下的参考电压直流量，以该参考电压直流量进行正序谐波向基波的旋转处理转换为基波坐标系下正序n次谐波的参考电压值，与步骤(2)得到的基波电压的参考值值进行叠加。

对m次负序谐波的负载电流与装置输出电流分别在负方向的m倍速的旋转坐标系下进行取直流分量的计算，再进行闭环，取得在各自旋转坐标系下的参考电压直流量，以该参考电压直流量进行负序谐波向基波的旋转处理转换为基波坐标系下负序m次谐波的参考电压值，与步骤(2)得到的基波电压的参考值进行叠加。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法，参考对基波电流的处理方式，建立针对每一次谐波电流的同步坐标系，在这个坐标系下得到本次谐波的直流分量，再转至基波坐标系下产生参考电压得到所需要谐波电流。在谐波坐标系下进行直流分量的获取，只需要半个谐波周期的时间，大大地缩短了延时，响应速度会大幅度提高，同时这种计算方法是创造了多个类似基波ABC三相坐标系的旋转坐标系，分离出各次谐波坐标系下有功无功分量，实现不同补偿目标。促使每次谐波电流单独处理并快速响应，保证单独设置每次谐波的补偿。

附图说明

图1是本发明的一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法的原理图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1，为一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法的原理图。

一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法，包括如下步骤：

(1)对于***电压通过两相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量然后，这些直流分量在D_Couple模块进行正负序解耦滤波后得到解耦值，进行正负序分量解耦的优点是当***电压存在不平衡时，仍然可以使***保持稳定，而且可以正确的锁住***电压的相位,且不受电网频率波动的影响。具体解耦过程为：

$V_q^P\_\mathrm{Dec}=V_q^P-V_q^N\_\mathrm{lpout}*\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}+V_d^N\_\mathrm{lpout}*\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}$

$V_d^P\_\mathrm{Dec}=V_d^P-V_q^N\_\mathrm{lpout}*\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}-V_d^N\_\mathrm{lpout}*\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}$

$V_q^N\_\mathrm{Dec}=V_q^N-V_q^P\_\mathrm{lpout}*\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}+V_d^P\_\mathrm{lpout}*\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}$

$V_d^N\_\mathrm{Dec}=V_d^N-V_q^P\_\mathrm{lpout}*\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}-V_d^P\_\mathrm{lpout}*\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{VL}}^{\mathrm{PN}}$

其中：为2倍的基波电压角度；

为的低通滤波值；

为的低通滤波值；

为的低通滤波值；

为的低通滤波值；

解耦的输出值进入锁相模块PLL，进行***电压相位的锁相，PLL模块输出为***A相电压的相位以作为整个***各环节所需要角度的基值。

(2)基波电流的处理，

首先，对装置的实际直流电压U_DC与给定直流电压相减作PI(比例积分)操作，以得到正序基波有功电流给定值以备与装置输出的正序基波有功电流进行闭环操作。

对于负载电流通过三相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量

具体的Clarke变换为：

$T_{\mathrm{abc}-\mathrm{QD}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& -\frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{2}& \frac{1}{2}& \frac{1}{2}\end{array}\right]$

正序Park变换为：

$T_{\mathrm{QD}-\mathrm{qd}}^P=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\ωt}& -\sin \mathrm{\ωt}\\ \sin \mathrm{\ωt}& \cos \mathrm{\ωt}\end{array}\right]$

负序Park变换为：

$T_{\mathrm{QD}-\mathrm{qd}}^N=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\ωt}& \sin \mathrm{\ωt}\\ -\sin \mathrm{\ωt}& \cos \mathrm{\ωt}\end{array}\right]$

然后用所得的直流分量进行解耦操作：

${\mathrm{IL}}_q^P\_\mathrm{Dec}={\mathrm{IL}}_q^P-{\mathrm{IL}}_q^N\_\mathrm{lpout}*\cos 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P+{\mathrm{IL}}_d^N\_\mathrm{lpout}*\sin 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P$

${\mathrm{IL}}_d^P\_\mathrm{Dec}={\mathrm{IL}}_d^P-{\mathrm{IL}}_q^N\_\mathrm{lpout}*\sin 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P+{\mathrm{IL}}_d^N\_\mathrm{lpout}*\cos 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P$

${\mathrm{IL}}_q^N\_\mathrm{Dec}={\mathrm{IL}}_q^N-{\mathrm{IL}}_q^P\_\mathrm{lpout}*\cos 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P+{\mathrm{IL}}_d^P\_\mathrm{lpout}*\sin 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P$

${\mathrm{IL}}_d^N\_\mathrm{Dec}={\mathrm{IL}}_d^N-{\mathrm{IL}}_q^P\_\mathrm{lpout}*\sin 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P+{\mathrm{IL}}_d^P\_\mathrm{lpout}*\cos 2*{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Vg}}^P$

得到解耦后的正负序有功无功的值： 对装置输出电流行同样的操作，以得到 其中用来与上述直流电压闭环所得到的进行闭环得到基波坐标系下有功参考电压负载正序无功电流解耦值与装置输出的正序无功电流解耦值进行闭环操作以得到基波坐标系下无功参考电压而如果装置不需要进行基波的无功功率补偿，可以通过“无功开关”将设定值由转换为0，方便装置功能配置。

而对于负序的装置输出电流直接与0进行闭环操作后，进行Park变换至正序坐标系下，得到与

(3)谐波的处理，定义m＝6k-1(k＝1-8)次为负序谐波，定义n＝6k+1(k＝1-8)为正序谐波。

<3.1>正相序下：

对装置输出电流I_A、I_B、I_C进行三相Clarke变换分别在n(n＝7,13,19,25,31,37,43,49)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个正序坐标系下输出电流的有功分量

同时对负载电流IL_A、IL_B、IL_C进行三相Clarke变换分别在n(n＝7,13,19,25,31,37,43,49)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个正序坐标系下输出电流的有功分量

负载与装置输出电流的有功与无功分量分别做PI闭环操作得到各次谐波坐标系下的参考电压然后将其通过P2B_Rotate模块转换为基波坐标系下针对本次谐波的参考电压具体P2B_Rotate转换模块实现方法为：

$T_{\mathrm{qdn}-\mathrm{qd}1}^N=\left[\begin{array}{cc}\cos (n+1)\mathrm{\&omega;t}& -\sin (n+1)\mathrm{\&omega;t}\\ \sin (n+1)\mathrm{\&omega;t}& \cos (n+1)\mathrm{\&omega;t}\end{array}\right]$

<3.2>负相序下：

对装置输出电流I_A、I_B、I_C进行三相Clarke变换分别在m(m＝5,11,17,23,29,35,41,47)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个负序坐标系下输出电流的有功分量

同时对负载电流IL_A、IL_B、IL_C进行三相Clarke变换分别在m(m＝5,11,17,23,29,35,41,47)倍速坐标系下进行Park变换，得到每个负序坐标系下输出电流的有功分量

负载与装置输出电流的有功与无功分量分别做PI闭环操作得到各次谐波坐标系下的参考电压然后将其通过N2B_Rotate模块转换为基波坐标系下针对本次谐波的参考电压具体N2B_Rotate转换模块实现方法为：

$T_{\mathrm{qdn}-\mathrm{qd}1}^N=\left[\begin{array}{cc}\cos (m+1)\mathrm{\&omega;t}& -\sin (m+1)\mathrm{\&omega;t}\\ \sin (m+1)\mathrm{\&omega;t}& \cos (m+1)\mathrm{\&omega;t}\end{array}\right]$

(4)将上述所得到的基波坐标系下有功参考电压与各次谐波的有功参考电压叠加

将上述所得到的基波坐标系下无功参考电压与各次谐波的有功参考电压

(n＝7,13,19,25,31,37,43,49)、(m＝5,11,17,23,29,35,41,47)相迭加得到所需要的装置输出有功参考电压SV_d；到此为止，装置输出参考电压就得到了。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多同步旋转坐标系APF的分次谐波补偿的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)对***电压通过两相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量并对正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量在D_Couple模块进行正负序解耦滤波处理，得到装置输出参考电压的前馈量；然后通过锁相环计算得到***电压的相位，以提供装置输出参考电压的前馈量的相位；

(2)对装置的实际直流电压U_DC与给定直流电压相减作PI操作，以得到正序基波有功电流给定值

对于负载电流通过三相Clarke变换后，分别进行正序与负序的Park变换，得到正序坐标系下的直流分量与负序坐标系下的直流分量并对上述直流分量进行解耦滤波处理，得负载电流的正序有功、正序无功、负序无功、负序有功，取正序的无功作为基波的无功电流给定；

对装置输出电流行同样的操作，得装置的正序有功、正序无功、负序无功、负序有功，将装置的正序有功与正序基波有功电流给定值进行闭环，负载电流的正序无功与装置的正序无功进行闭环，得到正序基波的参考电压值；

装置的负序无功与装置的负序有功均与0进行闭环，再进行2倍基波电压正序角度的PARK变换，得到负序基波的参考电压值；

正序基波的参考电压值与负序基波的参考电压值共同作为基波电压参考值与参考电压的前馈量进行叠加，得到基波电压的参考值；

(3)定义m＝6k-1(k＝1-8)次为负序谐波，定义n＝6k+1(k＝1-8)为正序谐波；

对n次正序谐波的负载电流与装置输出电流分别在正方向的n倍速的旋转坐标系下进行取直流分量的计算，再进行闭环，得到在各自旋转坐标系下的参考电压直流量，以该参考电压直流量进行正序谐波向基波的旋转处理转换为基波坐标系下正序n次谐波的参考电压值，与步骤(2)得到的基波电压的参考值进行叠加；

对m次负序谐波的负载电流与装置输出电流分别在负方向的m倍速的旋转坐标系下进行取直流分量的计算，再进行闭环，取得在各自旋转坐标系下的参考电压直流量，以该参考电压直流量进行负序谐波向基波的旋转处理转换为基波坐标系下负序m次谐波的参考电压值，与步骤(2)得到的基波电压的参考值进行叠加。