本發明涉及電力電子技術在電力系統中的應用，尤其是一種并聯型有源電力濾波器的控制方法。

背景技術：

由于非線性負載在電網中的廣泛使用，導致大量的諧波注入到電網中，電網電能質量下降，各種電力設備無法正常工作，甚至引起設備損壞和事故發生。因此諧波治理技術的研究被廣泛關注。有源電力濾波器作為一種動態諧波治理裝置，能夠有效抑制頻率和幅值均變化的諧波電流，是諧波治理技術的發展方向。

有源電力濾波器正常工作時相當于一個諧波源，在補償指令電流變化時，若要使APF發出的諧波電流能夠快速精確地跟蹤上指令電流的變化，關鍵在于電流跟蹤控制算法的實時性和有效性。APF 常用的電流控制方法有滯環控制和PI控制，前者實現簡單、動態響應好，但其開關頻率不確定，控制比較困難；PI控制較為簡單易行，但是在指令電流變化較大時補償電流往往不能完全跟蹤指令，導致系統穩態精度不高，動態性能差。

公開號為CN104410074A的專利《一種基于PI自適應的有源電力濾波器復合控制方法》在穩態時系統有良好的穩態精度，但是在負載切換過程中，由于重復控制具有一個基波周期的延時性，使得系統動態響應慢。

公開號為CN105429146A的專利《一種基于有源電力濾波器的SVPWM無差拍控制方法》該方法穩態精度高，動態響應快，但是其計算量較大，且依賴于精確的系統數學模型，當系統參數變化時，補償效果不好。

公開號為CN102157941A的專利《基于簡化模型的三相并聯型有源電力濾波器滑模控制方法》將基波有功電流和諧波電流進行統一滑模控制，提高了系統的快速性和魯棒性，但是在負載切換過程中，直流側電壓波動較大，降低了補償精度。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種并聯型有源電力濾波器的控制方法，該方法控制簡單、動態響應快、并且具有很強魯棒性，能夠克服現有技術中存在的缺陷。

為實現以上目標，通過以下方案來實現：

一種并聯型有源電力濾波器的控制方法，包括以下步驟：

（1）計算補償電流的基波有功電流參考值

檢測直流側電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環PI控制器進行調節，電壓外環PI控制器的輸出即為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）計算補償電流的諧波電流參考值

檢測負載側電流，并采用基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法計算出負載電流中的諧波電流，即為補償電流的諧波電流參考值；

（3）計算實際補償的基波有功電流和諧波補償電流

檢測有源電力濾波器支路電流，通過該電流計算得到調節直流側電容電壓的實際補償的基波有功電流和實際補償的諧波電流；

（4）計算誤差并分別進行調節

將實際補償的基波有功電流與補償電流的基波有功電流參考值做差，并采用PI控制器對差值進行調節，輸出調制直流側電壓的信號；將實際補償的諧波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，并通過滑模控制器對誤差進行調節；

（5）生成PWM控制信號

將滑模控制器的輸出與調制直流側電壓的信號相加，得到目標PWM調制信號，經SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現直流側電壓穩定控制和諧波電流跟蹤控制。

上述諧波電流跟蹤控制具體包括以下步驟：

（1）檢測有源電力濾波器支路電流，經dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；

（2）將實際補償電流在d軸和q軸的分量，經過低通濾波器得到實際補償的基波有功電流在d軸和q軸的分量；

（3）將實際補償電流減去基波有功電流，得到實際補償的諧波電流在d軸和q軸的分量；

（4）將實際補償的諧波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，得到的誤差經過一個滑模控制器進行調節，得到控制諧波電流的調制波，實現對諧波電流的跟蹤控制。

上述直流側電容電壓控制方法具體包括以下步驟：

（1）檢測直流側電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環PI控制器進行調節，電壓外環PI控制器的輸出作為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）檢測有源電力濾波器支路電流，經dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；再經過低通濾波器濾除實際補償的諧波電流得到實際補償的基波有功電流在d軸和q軸的分量，其中d軸為有功分量，q軸為無功分量；將實際補償的基波有功電流在d軸上的分量與補償電流的基波有功電流參考值做差，q軸電流與目標值0做差，得到的誤差值由電流內環PI控制器進行調節，該控制器的輸出為控制直流側電容電壓的調制波；

（3）調制波經SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現對直流側電容電壓的穩定控制。

本發明解決了在負載切換過程中系統動態響應速度慢，直流側電壓波動大的問題，并且該方法對系統參數變化和外部干擾不敏感，具有很強魯棒性。

附圖說明

圖1是本發明的并聯型有源電力濾波器結構圖。

圖2是本發明的并聯型有源電力濾波器的控制結構圖。

具體實施方式

下面對具體實施方式作出進一步的說明。

實施一種并聯型有源電力濾波器的控制方法，該控制方法是按下列步驟進行的：

（1）計算補償電流的基波有功電流參考值

檢測直流側電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環PI控制器進行調節，電壓外環PI控制器的輸出即為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）計算補償電流的諧波電流參考值

檢測負載側電流，并采用基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法計算出負載電流中的諧波電流，即為補償電流的諧波電流參考值；

（3）計算實際補償的基波有功電流和諧波補償電流

檢測有源電力濾波器支路電流，通過該電流計算得到調節直流側電容電壓的實際補償的基波有功電流和實際補償的諧波電流；

（4）計算誤差并分別進行調節

將實際補償的基波有功電流與補償電流的基波有功電流參考值做差，并采用PI控制器對差值進行調節，輸出調制直流側電壓的信號；將實際補償的諧波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，并通過滑模控制器對誤差進行調節；

（5）生成PWM控制信號

將滑模控制器的輸出與調制直流側電壓的信號相加，得到目標PWM調制信號，經SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現直流側電壓穩定控制和諧波電流跟蹤控制。

在上述實施方案中，有源電力濾波器支路電流是實際補償電流，實際補償電流包括用于直流側電壓控制的基波有功電流和用于諧波補償的諧波電流。

在上述實施方案中，諧波電流跟蹤控制具體包括以下步驟：

（1）檢測有源電力濾波器支路電流，經dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；

（2）將實際補償電流在d軸和q軸的分量，經過低通濾波器得到實際補償的基波有功電流在d軸和q軸的分量；

（3）將實際補償電流減去基波有功電流，得到實際補償的諧波電流在d軸和q軸的分量；

（4）將實際補償的諧波電流與補償電流的諧波電流參考值做差，得到的誤差經過一個滑模控制器進行調節，得到控制諧波電流的調制波，實現對諧波電流的跟蹤控制。

在上述實施方案中，直流側電容電壓的控制具體包括以下步驟：

（1）檢測直流側電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環PI控制器進行調節，電壓外環PI控制器的輸出作為補償電流的基波有功電流參考值；

（2）檢測有源電力濾波器支路電流，經dq變換得到實際補償電流在d軸和q軸的分量；再經過低通濾波器濾除實際補償的諧波電流得到實際補償的基波有功電流在d軸和q軸的分量，其中d軸為有功分量，q軸為無功分量；將實際補償的基波有功電流在d軸上的分量與補償電流的基波有功電流參考值做差，q軸電流與目標值0做差，得到的誤差值由電流內環PI控制器進行調節，該控制器的輸出為控制直流側電容電壓的調制波；

（3）調制波經SPWM模塊，得到PWM控制信號，實現對直流側電容電壓的穩定控制。

下面結合附圖，進一步詳細描述本發明的具體實施方式。

三相并聯型有源電力濾波器的結構如附圖1所示，整個系統的控制框圖如附圖 2 所示。將直流側電容電壓與諧波補償電流進行分開控制，其中直流側電容電壓控制是在d-q同步旋轉坐標系下，采用直流電壓外環PI控制和電流內環PI控制的雙閉環控制方法，實現直流側電容電壓的穩定控制，并且在負載切換時減小電容電壓的振蕩；諧波電流跟蹤控制是在d-q同步旋轉坐標系下，采用滑模控制器對諧波補償電流進行調節，實現對諧波電流的跟蹤控制。

直流側電容電壓控制方法具體包括以下步驟：

（1）檢測網側三相電壓、和，通過鎖相環獲取網側電壓相位；

（2）檢測直流側電容電壓，并與其給定值做差，該誤差由電壓外環PI控制器進行調節，電壓外環PI控制器的輸出作為補償電流的基波有功電流參考值；

（3）檢測有源電力濾波器支路電流、和，經dq變換得到實際補償的電流在d軸和q軸的分量和；再經過低通濾波器LPF濾除實際補償的諧波從而得到實際補償的基波有功電流在d軸和q軸的分量和，其中d軸為有功分量，q軸為無功分量；將實際補償的基波有功電流在d軸上的分量與補償電流的基波有功電流參考值做差，q軸電流與目標值0做差，得到的誤差值由電流內環PI控制器進行調節，該控制器的輸出即為控制直流側電容電壓的調制波。

諧波電流檢測方法具體包括以下步驟：

（1）檢測負載電流、和，經dq變換得到負載電流在d軸和q軸的分量，經過低通濾波器LPF后，得到dq軸上的負載電流基波分量，再經過dq反變換得到負載電流基波分量在abc坐標系下的值；

（2）將檢測到的負載電流、和減去負載電流基波分量在abc坐標系下的值，即得到負載電流中的諧波分量，即為理想補償電流、和，經過dq變換后得到和。

諧波補償電流的跟蹤控制方法具體包括以下步驟：

（1）檢測有源電力濾波器支路電流、和，經dq變換得到實際補償的電流在d軸和q軸的分量和；

（2）將實際補償的電流在d軸和q軸的分量，經過低通濾波器LPF得到實際補償的基波有功電流在d軸和q軸的分量；

（3）將實際補償的電流減去實際補償的基波有功電流，得到實際補償的諧波電流在d軸和q軸的分量和；

（4）將實際補償的諧波電流和與補償電流的諧波電流參考值和做差，得到的誤差e經過一個滑模控制器進行調節，滑模控制器的輸出即為控制諧波電流的調制波。

（5）滑模控制器的輸出加上一個解耦環節和控制直流側電容電壓的調制波，即為控制總的調制信號，調制信號經SPWM模塊，輸出PWM控制信號，實現對諧波補償電流和直流側電容電壓的控制。