有源滤波过采样数字滞环电流跟踪控制方法

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1、第38卷第6期Vol.38No.62014年3月25日Mar.25,2014DOI:10.7500/AEPS20130613013有源滤波过采样数字滞环电流跟踪控制方法曹武,刘康礼,江楠,赵剑锋(东南大学电气工程学院,江苏省南京市210096)摘要:以改善谐波补偿精度和稳定开关频率为目标,提出一种有源电力滤波器(APF)滞环电流跟踪控制的过采样数字实现方法。该方法利用数字芯片过采样下抽取因子的不同,满足各个控制运算模块对动态响应的不同需求;充分配合利用数字信号处理器(DSP)的2种运算方式———采样中断运算和主循环运算,保证补偿量检测的实时性和补偿电流的同步性;对同一指令量进行N次滞环

2、跟踪,功率开关器件的状态切换只依赖于上一开关周期参数,在稳定开关频率的前提下,具有高精度电流跟踪控制能力。与传统滞环实现方法相比较,所提出的过采样数字实现方法,既克服了开关频率不固定的缺陷,也提高了谐波补偿精度,具有很好的实用性和可靠性。通过搭建65kVA三相三线APF工业样机,分析和验证了所提方法的有效性。关键词:有源电力滤波器;滞环电流控制;过采样;数字实现;数字处理器0引言对于普通电流滞环方法中开关频率不固定的特点,文献[6]提出一种平面抛物线环法用以保持开关随着低压电网中电力电子装置等非线性负载的频率恒定,但是不同频率的指令电流对应于不同的广泛使用,低压电网谐波含量日益增加,严

3、重影响了抛物线环,因而不适用于包含多种频率的指令电流;电网电能质量。有源电力滤波器(APF)由于具有良文献[7-8]引入锁相环,利用比例—积分(PI)控制改好的动态性能,逐渐成为抑制谐波污染、改善电能质变环宽,由于引入了控制环节,增加了控制器参数设量的首选设备。其滤波效果在很大程度上取决于对计难度;文献[9]根据H∝U2确定环宽,然而实际应S谐波电流的跟踪能力。电流滞环作为广泛应用的非用中由于延时环节的存在以及环宽与网侧电压的平线性调制策略,其实现简单,响应速度快,稳定性好,方并不是理想的比例关系,导致补偿精度不高,并且对负载参数不敏感,但是存在开关频率不固定的缺只适合应用于网侧电压恒

4、定不变的场合;文点,使得逆变器输出频谱分布广泛,滤波器设计困献[10-13]采用矢量法实现了三相电流控制的解耦,[1-3]难,并且跟踪误差受到环宽的影响。针对电流滞但是需要系统电压、并网电感等参数信息,并且算法环的数字实现方法以及稳定开关频率策略,国内外复杂,不易实现对指令电流的精确跟踪。文献[14]学者进行了广泛研究。提出了基于重复控制和三态滞环电流控制方法,算数字实现上,目前较多采用定频采样进行滞环法简单易于实现,但是动态性能不理想,并且开关频控制,这样虽然限制了开关频率,但由于开关时间选率不固定。择固定,同一指令量仅能跟踪一次,造成实际电流毛为了克服现有滞环电流跟踪控制技术遇到的

5、技刺忽大忽小,电流控制精度不高,补偿效果不理想。术问题,本文提出一种APF过采样数字滞环电流跟并且在常规数字采样中,各运算控制模块不能根据踪控制方法。利用数字芯片过采样下抽取因子的不响应要求进行调节,控制系统的稳定性和抗扰动能同,满足各个控制运算模块对动态响应的不同需求;力不高;没有充分利用数字信号处理器(DSP)主循充分配合利用DSP的2种运算方式,保证补偿量检环运算和中断运算之间的配合,以保证电流指令量测的实时性和补偿电流的同步性;在滞环跟踪和稳检测的实时性和指令电流滞环跟踪的同步性。文定开关频率方面进行了优化。与传统滞环方法相比献[4-5]分别将过采样方法应用于提高数据采集精较,

6、本文所提方法既克服了开关频率不固定的缺陷,度以及谐波测量。也提高了谐波补偿精度,具有很好的实用性和可靠性。最后通过搭建65kVA三相三线APF工业样机,分析和验证了本文所提方法的有效性。收稿日期:2013-06-13;修回日期:2013-09-10。—85—2014,38(6)1APF基本原理时,下桥臂导通,使得iC减小;在-H和H之间时,保持开关原来的状态不变。在这种控制方式中,环1.1主电路模型宽对补偿电流的跟随性能有较大的影响。当H较并联型APF系统框图如图1所示。大时,开关通断的频率较低,对器件的要求不高,开TViSxPCCiLx关损耗小,缺点是跟随误差较大,补偿电流中高次谐+

7、5ETA波较大;反之,当H较小时,虽然跟随误差小,但是TAM4BE对器件开关频率要求较高,开关损耗也较大。iCx2基于过采样的控制系统整体架构+C2.1控制系统整体架构本文提出的APF电流滞环跟踪控制的过采样UdcPWMiCxiLx)24数字实现方法的整体架构如图2所示。A/D+#)A/DA/D24∆iL+iC+)+Udc++5iLiCi*A"#CiCx0iLh++PWME图1并联型APF简要框图M4B9Fig.1Si