1.本发明属于配电台区三相负荷自动调节技术领域，尤其涉及一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法。
背景技术：2.配网负荷具有复杂性和多样性的特点，特别是非线性负载和不平衡负载接入配电网所产生的非正序电流(包括负序电流和零序电流)、谐波电流以及无功不足严重影响了电力网络和一、二次设备的安全运行。配电网中存在负序分量和零序分量会导致以下严重问题：中线电流过大；功率因数低；由于线损的增加导致电能传输效率低；接入电网的电机和变压器过热；视在功率需求增加；影响用户供电质量；等等。
3.目前三相不平衡治理主要有三种方式：一是电容自动调节型装置(如相间电容补偿)，二是换相开关型调节装置，三是电力电子型自动调节装置(如静止无功发生器svg，有源滤波器apf等)。其中电容自动调节型装置的调节精度差、设备损耗换大；换相开关不能适用于大规模的治理，频繁换相引起操作过电压，无法保证电网安全稳定运行；电力电子型自动调节装置的调节精度高、响应速度快，是目前较为切实可行的一种方案，但svg仅以系统无功作为补偿目标，apf则以系统中的谐波电流作为主要补偿目标，在消除谐波的同时也可以补偿无功和不平衡电流，具有一定的优势，但现有的电力电子型三相不平衡补偿装置均存在只能消除某种特定结构下的不平衡电流且控制策略动态响应性能较差、引起谐振和特定谐波滤除性能差等问题。
技术实现要素：4.本发明要解决的问题是：提供一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，以解决电力电子型三相不平衡补偿装置均存在只能消除某种特定结构下的不平衡电流且控制策略动态响应性能较差、引起谐振和特定谐波滤除性能差等问题。
5.本发明技术方案是：
6.一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，它包括：
7.步骤1、将三相不平衡补偿装置通过公共耦合点并联到配变低压侧与三相不平衡负荷之间；
8.步骤2、采集网侧三相电压e
abc
，运用基于二阶广义积分器的锁相环输出当前相位θ；
9.步骤3、采集网侧三相电感电流i
2abc
和逆变侧三相电感电流i
labc
，利用锁相环输出的相位θ，经clark变换和park变换分别计算出交直轴分量i
2d
、i
2q
和i
1d
、i
1q
。；
10.步骤4、对逆变侧三相电感电流i
labc
，进一步利用锁相环输出的相位θ，经谐波计算和序分量计算分别计算出综合补偿电流的给定值和
11.步骤5、利用i
2d
、i
2q
、i
1d
、i
1q
，运用基于网侧电流补偿和比率谐振控制算
法输出修正后的电流给定值，其中直流侧电压采用pi控制器输出对的修正量；
12.步骤6、利用修正后的电流给定值再经电压外环控制和clark-park逆变换输出三相电压的调制目标值，再发送svpwm到三相不平衡补偿装置的igbt三相半桥控制回路。
13.所述三相不平衡补偿装置由lcl前置滤波回路和igbt三相半桥控制拓扑两部分组成，通过公共耦合点并联到配变低压侧与三相不平衡负荷之间。
14.三相不平衡补偿装置实时采集网侧三相电压v
ga
，v
gb
，v
gc
，网侧三相电流i
2a
，i
2b
，i
2c
和逆变侧三相电流i
1a
，i
1b
，i
1c
作为控制策略的输入量，以网侧三相电流i
2a
，i
2b
，i
2c
作为控制策略的输出量，使得输出的网侧三相电感电流分离出的负序和零序分量与负载侧的三相负载电流分离出的负序和零序分量大小相等，方向相反，从而使得网侧三相电流均衡。
15.运用基于二阶广义积分器的锁相环输出当前相位的方法为：三相电压首先经过abc/αβ变换为模量，用αβ/dq变换解耦成d轴分量和q轴分量之前，分别对v
α
和v
β
加入双二阶广义积分器的控制环节，然后再按常规单同步锁相环输出电压相位和角频率
16.基于网侧电流补偿的方法为：采用在电流控制环中引入比例谐振控制器的有源阻尼控制方法，基于电容电流ic对i1进行修正后进一步提高补偿后电流的功率因数，在对逆变侧电流i1控制环中增加针对网侧电流i2的修正量，主动调节逆变侧电感电流的给定值。
17.基于网侧电流补偿的方法还包括：同时采用比例谐振控制抑制谐振，维持系统稳定。
18.采用比例谐振控制抑制谐振的控制方法为：设g1为网侧电流修正控制器，g2为逆变侧电流控制器，i
2corr
为网侧电流修正量，在g2控制器中加入了比例谐振控制环节，g1和g2的传递函数如下所示：
19.g1＝k
p1
[0020][0021]
其中k
p1
、k
p2
为比例系数，kr为谐振系数，ω0为谐振频率。
[0022]
clark变换公式为：
[0023][0024]
park变换公式为：
[0025][0026]
本发明有益效果：
[0027]
在配变台区三相电压不对称情况下，通过本发明的基于lcl型有源滤波器的三相不平衡补偿控制策略，快速实施电流跟踪控制，实现对基波无功电流、负序电流、零序电流的补偿，最终达到三相电流平衡的目标，抑制三相电流不平衡度和谐波分量，实现三相补偿的有功、无功功率调节，提高系统运行的功率因数，并抑制谐振问题，全面提高电能质量和系统稳定性。
[0028]
本发明优点：
[0029]
1、采用了基于lcl有源滤波器设计了三相不平衡整体补偿控制策略，可降低三相不平衡补偿装置滤波前置回路的体积和成本，并同时具有三相不平衡补偿和高次谐波电流抑制能力。
[0030]
2、在补偿控制策略的锁相环中采用二阶广义积分器，增强在三相不平衡运行工况下锁相环对正负序分量和相位突变的适应能力，使锁相环提取准确的系统电压相位同步信号，加速控制器对不平衡突变情况下(例如不对称故障或突发性单相负荷)的响应能力；提高三相不平衡补偿控制器在三相负荷突变情况下的控制响应速度，快速降低配电台区的三相平衡度，及提高功率因数的功能，全面提高用户供电质量。
[0031]
3、在补偿控制策略的电流控制环中采用了基于网侧电流修正+比率谐振控制的算法，有效抑制高次谐波和谐振问题，增加系统稳定性。
[0032]
4、设计了基于lcl型有源滤波器的三相不平衡补偿整体控制策略的实施流程，可在常规cpu中实现该控制策略。
[0033]
解决了电力电子型三相不平衡补偿装置均存在只能消除某种特定结构下的不平衡电流且控制策略动态响应性能较差、引起谐振和特定谐波滤除性能差等问题。
附图说明
[0034]
图1是基于lcl型有源滤波器的三相不平衡补偿系统接线图；
[0035]
图2是本发明的采用双二阶广义积分器的锁相环示意图；
[0036]
图3是二阶广义积分器的控制原理框图；
[0037]
图4是lcl型有源滤波器的等效电路及传递函数示意图；
[0038]
图5是本发明的基于网侧电流修正和比例谐振控制的lcl电流控制原理框图；
[0039]
图6是本发明的控制策略系统框图；
[0040]
图7是本发明的控制策略的实施流程图。
具体实施例
[0041]
本发明提出的基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制系统接线如图1所示。三相不平衡补偿装置由lcl(电感-电容-电感)前置滤波回路和igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)三相半桥控制拓扑两部分组成，通过公共耦合点并联到配变低压侧与三相不平衡负荷之间，实时采集网侧三相电压(v
ga
，v
gb
，v
gc
)，网侧三相电流(i
2a
，i
2b
，i
2c
)和逆变侧三相电流(i
1a
，i
1b
，i
1c
)作为控制策略的输入量，以网侧三相电流(i
2a
，i
2b
，i
2c
)作为控制策略的输出量，使得输出的网侧三相电感电流分离出的负序和零序分量与负载侧的三相负载电流分离出的负序和零序分量大小相等，方向相反，从而使得网侧三相电流均衡，且功率因素接近于1。由于lcl滤波器相对于单l滤波器，对高频谐波电流具有更好的衰减效果且可减小电感量，在大功率应用场合，可显著减小装置体积和成本。
[0042]
2、本发明采用了如图2所示的基于二阶广义积分器的锁相环控制框图。三相电压首先经过abc/αβ变换(即clark变换)变为模量，接着在用αβ/dq变换(即park变换)解耦成d轴分量和q轴分量之前，分别对v
α
和v
β
加入双二阶广义积分器(sogi,second-order generalized integrator)的控制环节，然后再按常规单同步锁相环输出电压相位θ
′
和角
频率ω
′
，实现无静差跟踪和抑制三相电压不平衡导致的二倍频波动问题。
[0043]
其中clark变换公式为：
[0044][0045]
park变换公式为：
[0046][0047]
上式中，va,vb,vc为三相系统中的a,b,c相分量，v
α
、v
β
为静止的αβ坐标系中的模量，vd、vq为dq旋转坐标系中的d轴和q轴分量。
[0048]
二阶广义积分器sogi的控制原理框图如图3所示，其实质是在控制策略内部增加二阶谐振环节模型，以抑制环路中的二倍频正序分量波动。图3中的k为阻尼系数，v为输入信号，v’为输出信号，ω为输入信号v的原频率，ω
′
为二阶广义积分器sogi的谐振频率，qv’为与v幅值相同相位相差90
°
的输出信号。当ω
′
＝ω时，即可实现对输入同步信号v的提取和无静差跟踪，也就意味着在三相负荷发生突变的情况下提高了锁相环的控制响应速度。二阶广义积分器sogi的产生的正交信号传递函数为：
[0049][0050][0051]
其中d(s)为直轴分量传递函数，q(s)为交轴分量传递函数，s＝σ+jω为复频率。
[0052]
3、本发明采用了基于网侧电流修正+比例谐振控制的有源阻尼电流控制策略以抑制高频谐波和谐振问题。
[0053]
针对lcl滤波器容易出现谐振现象，传统采用无源阻尼消谐方式(在lcl回路中串联或并联电阻的方式)会增大系统损耗，本发明采用一种在电流控制环中引入比例谐振控制器的有源阻尼控制方法，以有效抑制lcl电路谐振问题。由于电容c上的电流很小，如果将将电容电流ic作为电流控制环的输入量对网侧电感电流进行修正，则需要增加高精度的电流互感器，且仍避免不了暂态过程中产生的测量误差；本发明的控制策略无需增加电容电流的电流互感器，同样可提高电流补偿的精度并起到抑制谐振的效果。
[0054]
lcl型有源滤波器的等效电流及传递函数模型如图4所示，其中l1为逆变侧电感，l2为网侧电感，c为滤波电容，z为负载阻抗，i1为逆变侧电感电流，i2为网侧电感电流，ic为滤波器电容电流，i
l
为负载电流，ig为网侧电流，u
inv
为逆变侧电压，ug为网侧电压。由于无论取网侧电感电流i2或逆变侧电感电流i1作为控制对象，控制系统中均存在谐振点，将使得这些频率点处的电流谐波被放大，从而影响系统的稳定性。本发明引入基于电容电流ic对i1进行修正后可进一步提高补偿后电流的功率因数的思想，在对逆变侧电流i1控制环中增加针对网侧电流i2的修正量，可以主动调节逆变侧电感电流的给定值，进一步提升网侧电流的跟
踪效果，同时采用比例谐振控制抑制谐振，维持系统稳定，图5给出了基于网侧电流修正的有源阻尼控制原理框图，其中的g1为网侧电流修正控制器，g2为逆变侧电流控制器，i
2corr
为网侧电流修正量，在g2控制器中加入了比例谐振控制环节，g1和g2的传递函数如下所示：
[0055]
g1＝k
p1
[0056][0057]
其中k
p1
、k
p2
为比例系数，kr为谐振系数，ω0为谐振频率。在电流控制器中增加了谐振频率ω0的作用是，可以抑制lcl谐振的同时增加了对相应频段的增益，进一步提高对谐波的抑制能力。
[0058]
4、结合上述基于二阶广义积分器锁相环与网侧电流修正+比例谐振控制算法，构造了完整的基于lcl型有源滤波器的三相不平衡补偿控制策略，控制策略系统框图如图6所示，根据系统框图进一步总结本发明控制策略的实施步骤如下：
[0059]
步骤s410：采集网侧三相电压e
abc
，运用基于二阶广义积分器的锁相环输出当前相位θ。
[0060]
步骤s420：采集网侧三相电感电流i
2abc
和逆变侧三相电感电流i
labc
，利用锁相环输出的相位θ，经clark变换和park变换分别计算出交直轴分量i
2d
、i
2q
和i
1d
、i
1q
。
[0061]
步骤s430：对逆变侧三相电感电流i
labc
，进一步利用锁相环输出的相位θ，经谐波计算和序分量计算分别计算出综合补偿电流的给定值和
[0062]
步骤s450：利用i
2d
、i
2q
、i
1d
、i
1q
，运用基于网侧电流补偿和比率谐振控制算法输出修正后的电流给定值，其中直流侧电压采用pi控制器输出对的修正量。
[0063]
步骤s450：利用修正后的电流给定值再经电压外环控制和clark-park逆变换输出三相电压的调制目标值，再发送svpwm(空间矢量脉宽调制)到三相不平衡补偿装置的igbt控制回路，完成本发明的整套三相不平衡补偿闭环控制策略。
技术特征：1.一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：它包括：步骤1、将三相不平衡补偿装置通过公共耦合点并联到配变低压侧与三相不平衡负荷之间；步骤2、采集网侧三相电压e
abc
，运用基于二阶广义积分器的锁相环输出当前相位θ；步骤3、采集网侧三相电感电流i
2abc
和逆变侧三相电感电流i
labc
，利用锁相环输出的相位θ，经clark变换和park变换分别计算出交直轴分量i
2d
、i
2q
和i
1d
、i
1q
；步骤4、对逆变侧三相电感电流i
labc
，进一步利用锁相环输出的相位θ，经谐波计算和序分量计算分别计算出综合补偿电流的给定值和步骤5、利用i
2d
、i
2q
、i
1d
、i
1q
，运用基于网侧电流补偿和比率谐振控制算法输出修正后的电流给定值，其中直流侧电压采用pi控制器输出对的修正量；步骤6、利用修正后的电流给定值再经电压外环控制和clark-park逆变换输出三相电压的调制目标值，再发送svpwm到三相不平衡补偿装置的igbt三相半桥控制回路。2.根据权利要求1所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：所述三相不平衡补偿装置由lcl前置滤波回路和igbt三相半桥控制拓扑两部分组成，通过公共耦合点并联到配变低压侧与三相不平衡负荷之间。3.根据权利要求2所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：三相不平衡补偿装置实时采集网侧三相电压v
ga
，v
gb
，v
gc
，网侧三相电流i
2a
，i
2b
，i
2c
和逆变侧三相电流i
1a
，i
1b
，i
1c
作为控制策略的输入量，以网侧三相电流i
2a
，i
2b
，i
2c
作为控制策略的输出量，使得输出的网侧三相电感电流分离出的负序和零序分量与负载侧的三相负载电流分离出的负序和零序分量大小相等，方向相反，从而使得网侧三相电流均衡。4.根据权利要求1所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：运用基于二阶广义积分器的锁相环输出当前相位的方法为：三相电压首先经过abc/αβ变换为模量，用αβ/dq变换解耦成d轴分量和q轴分量之前，分别对v
α
和v
β
加入双二阶广义积分器的控制环节，然后再按常规单同步锁相环输出电压相位和角频率。5.根据权利要求1所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于，基于网侧电流补偿的方法为：采用在电流控制环中引入比例谐振控制器的有源阻尼控制方法，基于电容电流i
c
对i1进行修正后进一步提高补偿后电流的功率因数，在对逆变侧电流i1控制环中增加针对网侧电流i2的修正量，主动调节逆变侧电感电流的给定值。6.根据权利要求5所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：基于网侧电流补偿的方法还包括：同时采用比例谐振控制抑制谐振，维持系统稳定。7.根据权利要求6所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：采用比例谐振控制抑制谐振的控制方法为：设g1为网侧电流修正控制器，g2为逆变侧电流控制器，i
2corr
为网侧电流修正量，在g2控制器中加入了比例谐振控制环节，g1和g2的传递函数如下所示：g1＝k
p1
其中k
p1
、k
p2
为比例系数，k
r
为谐振系数，ω0为谐振频率。8.根据权利要求1所述的一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，其特征在于：clark变换公式为：park变换公式为：
技术总结本发明公开了一种基于有源滤波器的三相不平衡补偿控制方法，它包括：将三相不平衡补偿装置通过公共耦合点并联到配变低压侧与三相不平衡负荷之间；采集网侧三相电压，运用基于二阶广义积分器的锁相环输出当前相位；采集网侧三相电感电流和逆变侧三相电感电流，利用锁相环输出的相位分别计算出交直轴分量；对逆变侧三相电感电流，经谐波计算和序分量计算分别计算出综合补偿电流的给定值；运用基于网侧电流补偿和比率谐振控制算法输出修正后的电流给定值，利用修正后的电流给定值再经电压外环控制和Clark-Park逆变换输出三相电压的调制目标值，解决了三相不平衡补偿装置控制动态响应性能较差、引起谐振和特定谐波滤除性能差等问题。等问题。等问题。
技术研发人员：张秋雁 谈竹奎 张锐锋 欧家祥 代吉玉蕾 邓钥丹 张俊玮 刘斌 吴鹏 丁超
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2022.05.11
技术公布日：2022/7/5
