CN107769209B - 电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法及控制电路 - Google Patents

电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法及控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法及控制电路，其方法包括：将旋转坐标轴下的误差电流值分别进行鲁棒控制运算和重复控制运算得出电流环控制输出值；将电网基波正序角速度、旋转坐标电感实时电流值、将电流环控制输出值和旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值；将旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；利用调制波实时值生成实时调制信号，并根据实时调制信号控制有源电力滤波器进行谐波电流的补偿，通过这种方法能在不确定电感值和阻值的情况下对谐波电流进行有效补偿。

Description

电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法及控制 电路
技术领域
本发明涉及滤波器的谐波补偿技术领域，特别涉及一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法及控制电路。
背景技术
有源电力滤波器一般采用电容和电感构成的滤波器，用于抑制开关谐波和优化控制效果，在设计滤波电感时，考虑到体积与成本的问题，多将磁通密度设计得较大，由于磁芯非线性特性，在输出电流增大时磁场趋于饱和，电感值降低得比较明显，一般导致控制不稳定并引起故障而停机。
有源电力滤波器的控制***需要考虑装置输出回路的各种电阻，它表征了***的有功损耗，包括：绝缘栅双极型晶体管的通态损耗、开关损耗、续流二级管损耗以及直流母线电容损耗等等。
由于有源电力滤波器控制对象是多组谐波电流，电感值和阻值的不稳定对不同频率谐波的控制影响不同，尤其是对于高次谐波，当补偿电流增大和电感值降低时，一般导致补偿效果恶化，甚至放大其他频率谐波。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种不确定电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法及控制电路，以解决有源电力滤波器能在不确定电感值和阻值的情况下准确地对谐波进行补偿。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括步骤：
获取有源电力滤波器并网处的电网实时电压值、电感实时电流值、负载实时电流值和电网基波正序角速度；
将上述电网实时电压值进行计算得出电网基波正序角度；
根据上述电网基波正序角度将abc静止坐标系下的上述电网实时电压值、上述电感实时电流值通过派克变换换算成dq0旋转坐标系下的旋转坐标电网实时电压值、旋转坐标电感实时电流值，上述旋转坐标电感实时电流值包括：d轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标电感实时电流值和0轴旋转坐标电感实时电流值；
将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值，上述旋转坐标误差电流值包括：d轴误差电流值、q轴误差电流值和0轴误差电流值；
将上述旋转坐标误差电流值进行鲁棒控制运算得出鲁棒控制运算输出值；上述鲁棒控制运算公式为：vrb＝KP-1x(t)，式中，vrb为鲁棒控制输出值，K为3*3实数矩阵，P为对称正定矩阵，x(t)为旋转坐标误差参考电流值；
将上述旋转坐标误差电流值进行重复控制运算得出重复控制运算输出值；
根据上述鲁棒控制运算输出值和重复控制运算输出值计算得出电流环控制输出值；
将上述电网基波正序角速度、上述旋转坐标电感实时电流值、上述电流环控制输出值和上述旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值；
将上述旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；
利用上述调制波实时值生成实时调制信号，并根据上述实时调制信号控制有源电力滤波器。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值的步骤，包括：
将上述d轴旋转坐标电感实时电流值、总电压控制输出值、d轴旋转坐标谐波电流值和d轴附加参考电流值进行运算得出d轴误差电流值；
将上述0轴旋转坐标电感实时电流值、均压控制输出值、0轴旋转坐标谐波电流值和0轴附加参考电流值进行运算得出0轴误差电流值；
将上述q轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和q轴附加参考电流值进行运算得出q轴误差电流值。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，在将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括步骤：
获取有源电力滤波器直流侧的上电容实时电压值、下电容实时电压值和总电压参考值；
将上述直流侧上电容实时电压值和下电容实时电压值相加后减去上述总电压参考值所得的差值进行PI控制运算得出总电压控制输出值；
将上述直流侧上电容实时电压值与下电容实时电压值的差值进行PI控制运算得出均压控制输出值。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，在将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括步骤：
获取有源电力滤波器并网处的负载实时电流值；
将上述负载实时电流值进行计算得出abc静止坐标系下的谐波电流值；
根据上述电网基波正序角度将上述谐波电流值通过派克变换得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标谐波电流值，上述旋转坐标谐波电流值包括d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，在将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括步骤：
获取有源电力滤波器并网处的电感实时电流值和负载实时电流值；
将上述电感实时电流值和上述负载实时电流值计算得出d轴附加参考电流值、q轴附加参考电流值和0轴附加参考电流值。
本发明还提供一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，包括：
第一测量模块，用于获取有源电力滤波器并网处的直流侧的上电容实时电压值、直流侧下电容实时电压值和交流侧的静止坐标电学实时参数，上述静止坐标电学实时参数包括电网实时电压值、电感实时电流值、负载实时电流值和电网基波正序角速度；
锁相环：用于将上述电网实时电压值进行计算得出电网基波正序角度；
第一派克变换器，用于根据上述电网基波正序角度将abc静止坐标系下的上述电网实时电压值、上述电感实时电流值通过派克变换换算成dq0旋转坐标系下的旋转坐标电网实时电压值、旋转坐标电感实时电流值，上述旋转坐标电感实时电流值包括：d轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标电感实时电流值和0轴旋转坐标电感实时电流值；
误差电流计算模块，用于将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值，并输出上述旋转坐标误差电流值，上述旋转坐标误差电流值包括：d轴误差电流值、q轴误差电流值和0轴误差电流值；
鲁棒控制模块，用于将上述旋转坐标误差电流值进行鲁棒控制运算得出鲁棒控制运算输出值；上述鲁棒控制运算公式为：vrb＝KP-1x(t)，式中，vrb为鲁棒控制输出值，K为3*3实数矩阵，P为对称正定矩阵，x(t)为旋转坐标误差参考电流值；
重复控制模块，用于将上述旋转坐标误差电流值进行重复控制运算的出重复控制运算输出值；
电流环计算模块，用于将上述鲁棒控制运算输出值和重复控制运算输出值计算得出电流环控制输出值；
旋转调制波合成模块，用于将上述电网基波正序角速度、上述旋转坐标电感实时电流值、上述电流环控制输出值和上述旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值；
第二派克变换器，用于将上述旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；
PWM调制模块，用于利用上述调制波实时值生成实时调制信号，并根据上述实时调制信号控制有源电力滤波器；
上述第一测量模块分别与输电网、上述锁相环、上述第一派克变换器和上述旋转调制波合成模块电连接；上述锁相环与上述第一派克变换器电连接；上述第一派克变换器分别与上述误差电流计算模块和上述旋转调制波合成模块电连接；上述误差电流计算模块分别与上述鲁棒控制模块和上述重复控制模块电连接；上述鲁棒控制模块和上述重复控制模块与上述电流计算模块电连接；上述电流计算模块与上述旋转调制波合成模块电连接；上述旋转调制波合成模块与上述第二派克变换器电连接；上述第二派克变换器与上述PWM调制模块电连接；上述PWM模块与有源电力滤波器电连接；上述有源电力滤波器与上述输电网电连接。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，上述误差电流计算模块包括：
d轴误差电流计算子模块，用于将上述d轴旋转坐标电感实时电流值、总电压控制输出值、d轴旋转坐标谐波电流值和d轴附加参考电流值进行运算得出d轴误差电流值；
0轴误差电流计算子模块，用于将上述0轴旋转坐标电感实时电流值、均压控制输出值、0轴旋转坐标谐波电流值和0轴附加参考电流值进行运算得出0轴误差电流值；
q轴误差电流计算子模块，用于将上述q轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和q轴附加参考电流值进行运算得出q轴误差电流值。
上述d轴误差电流计算子模块分别与上述网侧谐波电流控制模块、上述第三派克变换器、上述总电压控制模块、上述重复控制模块、上述鲁棒控制模块和上述第一派克变换器电连接；上述0轴误差电流计算子模块分别与上述网侧谐波电流控制模块、上述第三派克变换器、上述均压控制模块、上述重复控制模块、上述鲁棒控制模块和上述第一派克变换器电连接；上述q轴误差电流计算子模块分别与上述网侧谐波电流控制模块、上述第三派克变换器、上述重复控制模块、上述鲁棒控制模块和上述第一派克变换器电连接。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，还包括：
第二测量模块，用于获取有源电力滤波器直流侧的上电容实时电压值、下电容实时电压值和总电压参考值；
总电压控制模块，用于将上述直流侧上电容实时电压值和下电容实时电压值相加后减去上述总电压参考值所得的差值进行PI控制运算得出总电压控制输出值；
均压控制模块，用于将上述直流侧上电容实时电压值与下电容实时电压值的差值进行PI控制运算得出均压控制输出值；
上述第二测量模块分别与输电网、上述总电压控制模块和上述均压控制模块电连接；上述总电压控制模块与上述d轴误差电流计算子模块电连接；上述均压控制模块与上述0轴误差电流计算子模块电连接。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，还包括：
第三测量模块，用于获取有源电力滤波器并网处的负载实时电流值；
谐波电流检测模块，用于将上述负载实时电流值进行计算得出abc静止坐标系下的谐波电流值；
第三派克变换器，用于根据上述电网基波正序角度将上述谐波电流值通过派克变换得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标谐波电流值，上述旋转坐标谐波电流值包括d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值；
上述第三测量模块分别与输电网和上述谐波电流检测模块电连接；上述谐波电流检测模块与上述第三派克变换器电连接；上述第三派克变换器分别与上述锁相环、上述d轴误差电流计算子模块、上述q轴误差电流计算子模块和上述0轴误差电流计算子模块电连接。
进一步地，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，还包括：
第四测量模块，用于获取有源电力滤波器并网处的电感实时电流值和负载实时电流值；
网侧谐波电流控制模块，用于将上述电感实时电流值和上述负载实时电流值计算得出d轴附加参考电流值、q轴附加参考电流值和0轴附加参考电流值；
上述第四测量模块分别与输电网和上述网侧谐波电流控制模块电连接；上述网侧谐波电流控制模块分别与上述d轴误差电流计算子模块、上述q轴误差电流计算子模块和上述0轴误差电流计算子模块电连接。
本发明的有益效果为：电流内环控制器的运算采用鲁棒控制运算和重复控制运算的复合控制运算方法；鲁棒控制运算保证有源电力滤波器控制***在输出滤波电感值、主回路等效电阻值漂移以及干扰时维持稳定；重复控制运算保证对谐波跟踪控制的精度要求；有源电力滤波器在电感值和阻值不确定的情况下通过鲁棒控制运算和重复控制运算的方法稳定了有源电力滤波器对谐波电流的补偿，保证有源电力滤波器控制***的稳定性以及参数变化、模型误差与干扰的鲁棒性；谐波电流检测模块和网侧谐波电流控制模块提高了谐波电流的控制增益，从而提高了滤波效果。
附图说明
图1是本发明一实施例中电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例中电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例中电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法的流程示意图；
图4是本发明一实施例中电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例中电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路的电路模块示意图；
图6是本发明另一实施例中电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路的电路模块示意图；
图7是本发明一具体实施例中未采用三相四线制有源电力滤波器的鲁棒控制方法的电网谐波电流波形；
图8是本发明一具体实施例中采用三相四线制有源电力滤波器的鲁棒控制方法后的电网谐波电流波形。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1，提出本发明一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，包括步骤：
S1，获取有源电力滤波器并网处的电网实时电压值、电感实时电流值、负载实时电流值和电网基波正序角速度；
S2，将上述电网实时电压值进行计算得出电网基波正序角度；
S3，根据上述电网基波正序角度将abc静止坐标系下的上述电网实时电压值、上述电感实时电流值通过派克变换换算成dq0旋转坐标系下的旋转坐标电网实时电压值、旋转坐标电感实时电流值；上述旋转坐标电网实时电压值包括：d轴旋转坐标电网实时电压值、q轴旋转坐标电网实时电压值和0轴旋转坐标电网实时电压值；上述旋转坐标电感实时电流值包括：d轴旋转坐标电感实时电流值、d轴旋转坐标电感实时电流值和d轴旋转坐标电感实时电流值；
S4，将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值；
S5，将上述旋转坐标误差电流值进行鲁棒控制运算得出鲁棒控制运算输出值；上述旋转坐标误差电流值包括：d轴旋转坐标误差电流值、q轴旋转坐标误差电流值和0轴旋转坐标误差电流值；
其具体运算过程如下：
以二极管钳位型三电平拓扑为例，确定在abc静止坐标系下，有源电力滤波器鲁棒控制运算的数学模型：
式中，da+、db+和dc+分别为三电平拓扑各相桥臂第1/3绝缘栅双极型晶体管的开关函数，da-、db-和dc-分别为桥臂第4/2绝缘栅双极型晶体管的开关函数；udcup、udcdown为直流侧的上电容和下电容的电压值，L为输出滤波器总电感值，R为表示输出回路电阻以及直流电容、绝缘栅双极型晶体管开关损耗及通态损耗的等效阻值，uga、ugb和ugc分别表示有源电力滤波器对应坐标轴的电网实时电压值，iCa、iCb和iCc分别表示为对应坐标轴的电感实时电流值；
根据上述数学模型，变换得到鲁棒控制运算的等效模型，其过程如下：
根据电网实时电压值uga、ugb和ugc以及电网基波正序角度wt，利用派克变换将上述模型转换为基波旋转坐标系下的模型：
式中，iCd、iCq和iC0分别表示为dq0旋转坐标系下对应轴的电感实时电流值，w为电网基波正序角速度；
在基波旋转坐标系下，旋转坐标调制波实时值uod、uoq和uo0通过旋转坐标调制模块调制可近似得到输出电压：dd+udcup-dY-udcdown、dq+udcup-dY-udcdown和d0+udcup-dY-udcdown；
令，dY+udcup-dY-udcdown＝uoY+ΔdY＝voY+ugY+ΔdY；
式中，Δdd、Δdq和Δd0为调制死区和调制非线性特性导致的模型干扰值；
根据上述模型可改写得到：
式中，
x(t)＝[iCd(t)-idref(t),iCq(t)-iqref(t),iC0(t)-i0ref(t)]T
B＝diag[1/L 1/L 1/L]
B1＝diag[1/L 1/L 1/L]
ω(t)＝[Δdd-i′dref(t)Δdd-i′qref(t)Δd0-i′0ref(t)]T
式中，x(t)为旋转坐标误差参考电流值；
根据上述***模型，在电感值L、阻值R不确定且***存在有界干扰时，设计鲁棒控制模块；
确定衰减系数γ取值范围为(0,1)，上述衰减系数γ表示零轴电流对干扰w(t)的衰减系数；
确定总滤波电感值L变化区间：L∈[L1,L2]，L2和L1分别表示电感值变化上限值和下限值，且满足下述公式：
L2＝1.1LN
L1＝0.4LN
式中，LN表示装置额定电感值；
确定回路电阻阻值变化区间：R∈[R1,R2]，R2和R1分别表示回路电阻阻值变化上限值和下限值，且满足下述公式：
R1＝0.2％*SN/(3IN 2)
R2＝2.5％*SN/(3IN 2)
式中，IN表示装置额定电流值，SN装置额定容量；
计算得出电流环的鲁棒控制运算输出值，其过程如下：
根据上述衰减系数、上述总滤波电感值与上述回路电阻阻值的取值范围得到4种参数组合；
利用MATLAB工具软件联立求解下列矩阵不等式组，得到对称正定矩阵P∈R3×R3>0、3*3实数矩阵K∈R3×R3和9*3实数矩阵Sk∈R9×R3；
式中，
Ψ2k＝[Sk -Sk 0]
Ψ3k＝diag[0 0 -γ2I]
Φ2k＝[P 0 0]
确定鲁棒控制运算输出的公式为：vrb＝KP-1x(t)；
式中，vrb为鲁棒控制运算输出值；
S6，将上述旋转坐标误差电流值进行重复控制运算得出重复控制运算输出值；
上述重复控制运算的公式为：
式中vrp为重复控制运算输出值；ierr为旋转坐标误差电流值；kf为遗忘系数其取值范围为0.9≤kf≤0.97；ks为学习系数，其取值范围为0.1≤ks≤0.3；M为超前拍数，且为正整数,其取值范围为2≤M≤7；S(Z)表示输出滤波器；N为一个工频周期的采样点个数；Z为离散控制领域的通用表示方式，表示***的状态量；
S7，根据上述鲁棒控制运算输出值和重复控制运算输出值计算得出电流环控制输出值，其计算公式为：v＝vrb+vrp，v为电流环控制输出值；
S8，将上述电网基波正序角速度、上述旋转坐标电感实时电流值、上述电流环控制输出值和上述旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值，其计算公式为：
式中，vod、voq和vo0分别为dq0旋转坐标系下对应轴的电流环控制运算输出值；uod、uoq和uo0分别为dq0旋转坐标系下对应轴的旋转坐标调制波实时值；uga、ugb和ugc分别为dq0旋转坐标系下对应轴的电网实时电压值；w为电网基波正序角速度，iCd和iCq分别为d轴和q轴的电感实时电流值。
S9，将上述旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；
S10，利用上述调制波实时值生成实时调制信号，并根据上述实时调制信号控制有源电力滤波器；
S11，上述有源电力滤波器根据上述实时调制信号对输电网进行谐波电流补偿。
步骤S4至S7属于电流环控制运算过程，其中步骤S5和S6同时进行。
通过鲁棒控制运算，保证有源电力滤波器控制***在输出滤波电感值、主回路等效电阻值漂移以及干扰时维持稳定；通过重复控制运算保证对谐波跟踪控制的精度要求；有源电力滤波器在电感值和阻值不确定的情况下通过采用鲁棒控制运算和重复控制运算的复合运算方法稳定了有源电力滤波器对谐波电流的补偿，保证有源电力滤波器控制***的稳定性以及参数变化、模型误差与干扰的鲁棒性。
参照图2，在本实施例中，上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，在将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括下述电压环控制的运算步骤：
S12，获取有源电力滤波器直流侧的上电容实时电压值、下电容实时电压值和总电压参考值；
S13，将上述直流侧上电容实时电压值和下电容实时电压值相加后减去上述总电压参考值所得的差值进行PI控制运算得出总电压控制输出值；
S14，将上述直流侧上电容实时电压值与下电容实时电压值的差值进行PI控制运算得出均压控制输出值；
上述电压环控制运算和电流环控制运算采用外环电压控制、内环电流控制的双环控制方法，每执行1次上述总电压控制与均压控制运算后，执行4～7次上述电流环控制运算，通过调节上述电流环控制和上述直流侧电压环控制的执行速度，实现上述直流侧电压环控制与上述电流环控制在时间尺度上的解耦，便于分别设计电压环控制和电流环控制；
参照图3，在本实施例中，上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，在将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括谐波电流检测的运算步骤：
S15，获取有源电力滤波器并网处的负载实时电流值；
S16，将上述负载实时电流值进行计算得出abc静止坐标系下的谐波电流值；
S17，根据上述电网基波正序角度将上述谐波电流值通过派克变换得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标谐波电流值，上述旋转坐标谐波电流值包括d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值；
参照图4，在本实施例中，上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法中，在将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括网侧谐波电流控制的运算步骤：
S18，获取有源电力滤波器并网处的电感实时电流值和负载实时电流值；
S19，将上述电感实时电流值和上述负载实时电流值计算网侧电流值，并进行相应运算得到网侧谐波电流控制输出的d轴、q轴、0轴附加参考电流值。
其具体运算步骤如下：
将电感实时电流值和负载实时电流值相加得到网侧电流值；
将上述网侧电流值进行6k±1次旋转坐标变换后，依次通过滑动平均滤波法、PI控制和谐波基波频率旋转坐标变换换算得到网侧谐波电流控制输出的d轴、q轴、0轴附加参考电流值。
通过进行网侧谐波电流控制，提高了指定次谐波电流的控制增益，进一步地提高了滤波效果。
在完成上述电压环控制、谐波电流检测和网侧谐波电流控制的运算步骤后，
S20，将上述d轴旋转坐标电感实时电流值、总电压控制输出值、d轴旋转坐标谐波电流值和d轴附加参考电流值进行运算得出d轴误差电流值；
S21，将上述0轴旋转坐标电感实时电流值、均压控制输出值、0轴旋转坐标谐波电流值和0轴附加参考电流值进行运算得出0轴误差电流值；
S22，将上述q轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和q轴附加参考电流值进行运算得出q轴误差电流值。
其具体运算公式为：
式中，iderr、iqerr和i0err分别为d轴旋转坐标误差电流值、q轴旋转坐标误差电流值和0轴旋转坐标误差电流值；idref、iqref和i0ref分别为d轴电流参考输入值、q轴电流参考输入值和0轴电流参考输入值；iLhd、iLhq和iLh0分别为谐波电流检测运算输出的d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值；iCd、iCq和iC0分别为d轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标电感实时电流值和0轴旋转坐标电感实时电流值；idadd、iqadd和i0add分别为网侧谐波电流控制输出的d轴、q轴、0轴附加参考电流值；idcrd为总电压控制输出值、idcr0为均压控制输出值。
参照图5-6，本发明还提供一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，包括：
第一测量模块1，用于获取有源电力滤波器11并网处的直流侧的上电容实时电压值、直流侧下电容实时电压值和交流侧的静止坐标电学实时参数，上述静止坐标电学实时参数包括电网实时电压值、电感实时电流值、负载实时电流值和电网基波正序角速度；
锁相环2，用于将上述电网实时电压值进行计算得出电网基波正序角度；
第一派克变换3，用于根据上述电网基波正序角度将abc静止坐标系下的上述电网实时电压值、上述电感实时电流值通过派克变换换算成dq0旋转坐标系下的旋转坐标电网实时电压值、旋转坐标电感实时电流值；上述旋转坐标电网实时电压值包括：d轴旋转坐标电网实时电压值、q轴旋转坐标电网实时电压值和0轴旋转坐标电网实时电压值；上述旋转坐标电感实时电流值包括：d轴旋转坐标电感实时电流值、d轴旋转坐标电感实时电流值和d轴旋转坐标电感实时电流值；
误差电流计算模块4，用于将上述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值，并输出上述旋转坐标误差电流值；上述旋转坐标误差电流值包括：d轴旋转坐标误差电流值、q轴旋转坐标误差电流值和0轴旋转坐标误差电流值；
鲁棒控制模块5，用于将上述旋转坐标误差电流值进行鲁棒控制运算的出鲁棒控制运算输出值；上述鲁棒控制运算公式为：vrb＝KP-1x(t)，式中，vrb为鲁棒控制输出值，K为3*3实数矩阵，P为对称正定矩阵，x(t)为旋转坐标误差参考电流值；
重复控制模块6，用于将上述旋转坐标误差电流值进行重复控制运算的出重复控制运算输出值；
电流环计算模块7，用于将上述鲁棒控制运算输出值和重复控制运算输出值计算得出电流环控制输出值；
旋转调制波合成模块8，用于将上述电网基波正序角速度、上述旋转坐标电感实时电流值、上述电流环控制输出值和上述旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值；
第二派克变换器9，用于将上述旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；
PWM调制模块10，用于利用上述调制波实时值生成实时调制信号，并根据上述实时调制信号控制有源电力滤波器11；
上述第一测量模块1分别与输电网23、上述锁相环2、上述第一派克变换器3和上述旋转调制波合成模块8电连接；上述锁相环2与上述第一派克变换器3电连接；上述第一派克变换器3分别与上述误差电流计算模块和上述旋转调制波合成模块8电连接；上述误差电流计算模块分别与上述鲁棒控制模块5和上述重复控制模块6电连接；上述鲁棒控制模块5和上述重复控制模块6与上述电流计算模块电连接；上述电流计算模块与上述旋转调制波合成模块8电连接；上述旋转调制波合成模块8与上述第二派克变换器9电连接；上述第二派克变换器9与上述PWM调制模块10电连接；上述PWM模块与有源电力滤波器11电连接；上述有源电力滤波器11与上述输电网23电连接。
上述PWM调制模块10可以是任意脉宽调制方式，例如SPWM、SVPWM、SHEPWM等；同时，上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路可适用于二电平拓扑结构或三电平拓扑结构的三相四线制有源电力滤波器11。
鲁棒控制模块5保证有源电力滤波器11控制***在输出滤波电感值、主回路等效电阻值漂移以及干扰时维持稳定；重复控制模块6保证对谐波跟踪控制的精度要求；有源电力滤波器11在电感值和阻值不确定的情况下通过采用鲁棒控制模块5和重复控制模块6的复合控制运算方法稳定了有源电力滤波器11对谐波的补偿，保证有源电力滤波器11控制***的稳定性以及参数变化、模型误差与干扰的鲁棒性。
在本实施例中，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，上述误差电流计算模块4包括：
d轴误差电流计算子模块20，用于将上述d轴旋转坐标电感实时电流值、总电压控制输出值、d轴旋转坐标谐波电流值和d轴附加参考电流值进行运算得出d轴误差电流值；
0轴误差电流计算子模块21，用于将上述0轴旋转坐标电感实时电流值、均压控制输出值、0轴旋转坐标谐波电流值和0轴附加参考电流值进行运算得出0轴误差电流值；
q轴误差电流计算子模块22，用于将上述q轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和q轴附加参考电流值进行运算得出q轴误差电流值。
上述d轴误差电流计算子模块20分别与上述网侧谐波电流控制模块19、上述第三派克变换器17、上述总电压控制模块13、上述重复控制模块6、上述鲁棒控制模块5和上述第一派克变换器3电连接；上述0轴误差电流计算子模块21分别与上述网侧谐波电流控制模块19、上述第三派克变换器17、上述均压控制模块14、上述重复控制模块6、上述鲁棒控制模块5和上述第一派克变换器3电连接；上述q轴误差电流计算子模块22分别与上述网侧谐波电流控制模块19、上述第三派克变换器17、上述重复控制模块6、上述鲁棒控制模块5和上述第一派克变换器3电连接。
在本实施例中，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，还包括：
第二测量模块12，用于获取有源电力滤波器11直流侧的上电容实时电压值、下电容实时电压值和总电压参考值；
总电压控制模块13，用于将上述直流侧上电容实时电压值和下电容实时电压值相加后减去上述总电压参考值所得的差值进行PI控制运算得出总电压控制输出值；
均压控制模块14，用于将上述直流侧上电容实时电压值与下电容实时电压值的差值进行PI控制运算得出均压控制输出值；
上述第二测量模块12分别与输电网23、上述总电压控制模块13和上述均压控制模块14电连接；上述总电压控制模块13与上述d轴误差电流计算子模块20电连接；上述均压控制模块14与上述0轴误差电流计算子模块21电连接。
在本实施例中，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，还包括：
第三测量模块15，用于获取有源电力滤波器11并网处的负载实时电流值；
谐波电流检测模块16，用于将上述负载实时电流值进行计算得出abc静止坐标系下的谐波电流值；
第三派克变换器17，用于根据上述电网基波正序角度将上述谐波电流值通过派克变换得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标谐波电流值，上述旋转坐标谐波电流值包括d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值；
上述第三测量模块15分别与输电网23和上述谐波电流检测模块16电连接；上述谐波电流检测模块16与上述第三派克变换器17电连接；上述第三派克变换器17分别与上述锁相环2、上述d轴误差电流计算子模块20、上述q轴误差电流计算子模块22和上述0轴误差电流计算子模块21电连接。
在本实施例中，在上述电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路中，还包括：
第四测量模块18，用于获取有源电力滤波器11并网处的电感实时电流值和负载实时电流值；
网侧谐波电流控制模块19，用于将上述电感实时电流值和上述负载实时电流值计算得出d轴附加参考电流值、q轴附加参考电流值和0轴附加参考电流值；
上述第四测量模块18分别与输电网23和上述网侧谐波电流控制模块19电连接；上述网侧谐波电流控制模块19分别与上述d轴误差电流计算子模块20、上述q轴误差电流计算子模块22和上述0轴误差电流计算子模块21电连接。
参照图7-8，在一具体实施例中，分别对采用前和采用后电感值和阻值不确定时有源电力滤波11的控制方法的电网谐波电流波形进行检测，其中，如图7，未采用电感值和阻值不确定时有源电力滤波器11的控制方法的电网谐波电流畸变率分别达到了103.2％、104.7％、103.9％；如图8，采用电感值和阻值不确定时有源电力滤波器11的控制方法后的电网谐波电流畸变率分别达到了8.8％、6.8％、7.2％，可以看出，采用电感值和阻值不确定时有源电力滤波器11的控制方法后的电网谐波电流畸变率都明显降低了，而且三相谐波电流补偿率均超过90％，因此验证了本发明中的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器11的控制方法对谐波电流的补偿具有明显的效果。
本发明中的电流环控制运算采用鲁棒控制运算和重复控制运算的复合控制运算方法；鲁棒控制运算保证有源电力滤波器控制***在输出滤波电感值、主回路等效电阻值漂移以及干扰时维持稳定；重复控制运算保证对谐波跟踪控制的精度要求；通过鲁棒控制运算和重复控制运算的方法稳定了有源电力滤波器对谐波的补偿，保证有源电力滤波器控制***的稳定性以及参数变化、模型误差与干扰的鲁棒性；网侧谐波控制模块和谐波电流检测模块的运算均提高谐波电流的控制增益，从而提高了滤波效果；调整电压外环控制运算和电流内环控制运算执行速度差异，实现了在时间上的解耦，便于分别设计电压外环控制和电流内环控制的运算。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，包括步骤：
获取有源电力滤波器并网处的电网实时电压值、电感实时电流值、负载实时电流值和电网基波正序角速度；
将所述电网实时电压值进行计算得出电网基波正序角度；
根据所述电网基波正序角度将abc静止坐标系下的所述电网实时电压值、所述电感实时电流值通过派克变换换算成dq0旋转坐标系下的旋转坐标电网实时电压值、旋转坐标电感实时电流值，所述旋转坐标电感实时电流值包括：d轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标电感实时电流值和0轴旋转坐标电感实时电流值；
将所述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值，所述旋转坐标误差电流值包括：d轴误差电流值、q轴误差电流值和0轴误差电流值；
将所述旋转坐标误差电流值进行鲁棒控制运算得出鲁棒控制运算输出值；所述鲁棒控制运算公式为：vrb＝KP-1x(t)，式中，vrb为鲁棒控制输出值，K为3*3实数矩阵，P为对称正定矩阵，x(t)为旋转坐标误差参考电流值；
将所述旋转坐标误差电流值进行重复控制运算得出重复控制运算输出值；
根据所述鲁棒控制运算输出值和重复控制运算输出值计算得出电流环控制输出值；
将所述电网基波正序角速度、所述旋转坐标电感实时电流值、所述电流环控制输出值和所述旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值；
将所述旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；
利用所述调制波实时值生成实时调制信号，并根据所述实时调制信号控制有源电力滤波器。
2.根据权利要求1所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，所述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值的步骤，包括：
将所述d轴旋转坐标电感实时电流值、总电压控制输出值、d轴旋转坐标谐波电流值和d轴附加参考电流值进行运算得出d轴误差电流值；
将所述0轴旋转坐标电感实时电流值、均压控制输出值、0轴旋转坐标谐波电流值和0轴附加参考电流值进行运算得出0轴误差电流值；
将所述q轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和q轴附加参考电流值进行运算得出q轴误差电流值。
3.根据权利要求2所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，在将所述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括步骤：
获取有源电力滤波器直流侧的上电容实时电压值、下电容实时电压值和总电压参考值；
将所述直流侧上电容实时电压值和下电容实时电压值相加后减去所述总电压参考值所得的差值进行PI控制运算得出总电压控制输出值；
将所述直流侧上电容实时电压值与下电容实时电压值的差值进行PI控制运算得出均压控制输出值。
4.根据权利要求2所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，在将所述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括步骤：
获取有源电力滤波器并网处的负载实时电流值；
将所述负载实时电流值进行计算得出abc静止坐标系下的谐波电流值；
根据所述电网基波正序角度将所述谐波电流值通过派克变换得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标谐波电流值，所述旋转坐标谐波电流值包括d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值。
5.根据权利要求2所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，在将所述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出误差电流值的步骤之前，还包括步骤：
获取有源电力滤波器并网处的电感实时电流值和负载实时电流值；
将所述电感实时电流值和所述负载实时电流值计算得出d轴附加参考电流值、q轴附加参考电流值和0轴附加参考电流值。
6.一种电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，其特征在于，包括：
第一测量模块，用于获取有源电力滤波器并网处的直流侧的上电容实时电压值、直流侧下电容实时电压值和交流侧的静止坐标电学实时参数，所述静止坐标电学实时参数包括电网实时电压值、电感实时电流值、负载实时电流值和电网基波正序角速度；
锁相环：用于将所述电网实时电压值进行计算得出电网基波正序角度；
第一派克变换器，用于根据所述电网基波正序角度将abc静止坐标系下的所述电网实时电压值、所述电感实时电流值通过派克变换换算成dq0旋转坐标系下的旋转坐标电网实时电压值、旋转坐标电感实时电流值，所述旋转坐标电感实时电流值包括：d轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标电感实时电流值和0轴旋转坐标电感实时电流值；
误差电流计算模块，用于将所述旋转坐标电感实时电流值进行计算得出旋转坐标误差电流值，并输出所述旋转坐标误差电流值，所述旋转坐标误差电流值包括：d轴误差电流值、q轴误差电流值和0轴误差电流值；
鲁棒控制模块，用于将所述旋转坐标误差电流值进行鲁棒控制运算得出鲁棒控制运算输出值；所述鲁棒控制运算公式为：vrb＝KP-1x(t)，式中，vrb为鲁棒控制输出值，K为3*3实数矩阵，P为对称正定矩阵，x(t)为旋转坐标误差参考电流值；
重复控制模块，用于将所述旋转坐标误差电流值进行重复控制运算的出重复控制运算输出值；
电流环计算模块，用于将所述鲁棒控制运算输出值和重复控制运算输出值计算得出电流环控制输出值；
旋转调制波合成模块，用于将所述电网基波正序角速度、所述旋转坐标电感实时电流值、所述电流环控制输出值和所述旋转坐标电网实时电压值进行计算得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标调制波实时值；
第二派克变换器，用于将所述旋转坐标调制波实时值通过派克反变换换算成abc静止坐标系下的调制波实时值；
PWM调制模块，用于利用所述调制波实时值生成实时调制信号，并根据所述实时调制信号控制有源电力滤波器；
所述第一测量模块分别与输电网、所述锁相环、所述第一派克变换器和所述旋转调制波合成模块电连接；所述锁相环与所述第一派克变换器电连接；所述第一派克变换器分别与所述误差电流计算模块和所述旋转调制波合成模块电连接；所述误差电流计算模块分别与所述鲁棒控制模块和所述重复控制模块电连接；所述鲁棒控制模块和所述重复控制模块与所述电流计算模块电连接；所述电流计算模块与所述旋转调制波合成模块电连接；所述旋转调制波合成模块与所述第二派克变换器电连接；所述第二派克变换器与所述PWM调制模块电连接；所述PWM调制模块与有源电力滤波器电连接；所述有源电力滤波器与所述输电网电连接。
7.根据权利要求6所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，其特征在于，所述误差电流计算模块包括：
d轴误差电流计算子模块，用于将所述d轴旋转坐标电感实时电流值、总电压控制输出值、d轴旋转坐标谐波电流值和d轴附加参考电流值进行运算得出d轴误差电流值；
0轴误差电流计算子模块，用于将所述0轴旋转坐标电感实时电流值、均压控制输出值、0轴旋转坐标谐波电流值和0轴附加参考电流值进行运算得出0轴误差电流值；
q轴误差电流计算子模块，用于将所述q轴旋转坐标电感实时电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和q轴附加参考电流值进行运算得出q轴误差电流值；
所述d轴误差电流计算子模块分别与网侧谐波电流控制模块、第三派克变换器、总电压控制模块、所述重复控制模块、所述鲁棒控制模块和所述第一派克变换器电连接；所述0轴误差电流计算子模块分别与所述网侧谐波电流控制模块、所述第三派克变换器、均压控制模块、所述重复控制模块、所述鲁棒控制模块和所述第一派克变换器电连接；所述q轴误差电流计算子模块分别与所述网侧谐波电流控制模块、所述第三派克变换器、所述重复控制模块、所述鲁棒控制模块和所述第一派克变换器电连接。
8.根据权利要求7所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，其特征在于，还包括：
第二测量模块，用于获取有源电力滤波器直流侧的上电容实时电压值、下电容实时电压值和总电压参考值；
总电压控制模块，用于将所述直流侧上电容实时电压值和下电容实时电压值相加后减去所述总电压参考值所得的差值进行PI控制运算得出总电压控制输出值；
均压控制模块，用于将所述直流侧上电容实时电压值与下电容实时电压值的差值进行PI控制运算得出均压控制输出值；
所述第二测量模块分别与输电网、所述总电压控制模块和所述均压控制模块电连接；所述总电压控制模块与所述d轴误差电流计算子模块电连接；所述均压控制模块与所述0轴误差电流计算子模块电连接。
9.根据权利要求7所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，其特征在于，还包括：
第三测量模块，用于获取有源电力滤波器并网处的负载实时电流值；
谐波电流检测模块，用于将所述负载实时电流值进行计算得出abc静止坐标系下的谐波电流值；
第三派克变换器，用于根据所述电网基波正序角度将所述谐波电流值通过派克变换得出dq0旋转坐标系下的旋转坐标谐波电流值，所述旋转坐标谐波电流值包括d轴旋转坐标谐波电流值、q轴旋转坐标谐波电流值和0轴旋转坐标谐波电流值；
所述第三测量模块分别与输电网和所述谐波电流检测模块电连接；所述谐波电流检测模块与所述第三派克变换器电连接；所述第三派克变换器分别与所述锁相环、所述d轴误差电流计算子模块、所述q轴误差电流计算子模块和所述0轴误差电流计算子模块电连接。
10.根据权利要求7所述的电感值和阻值不确定时有源电力滤波器的控制电路，其特征在于，还包括：
第四测量模块，用于获取有源电力滤波器并网处的电感实时电流值和负载实时电流值；
网侧谐波电流控制模块，用于将所述电感实时电流值和所述负载实时电流值计算得出d轴附加参考电流值、q轴附加参考电流值和0轴附加参考电流值；
所述第四测量模块分别与输电网和所述网侧谐波电流控制模块电连接；所述网侧谐波电流控制模块分别与所述d轴误差电流计算子模块、所述q轴误差电流计算子模块和所述0轴误差电流计算子模块电连接。
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