本发明涉及一种并联型有源电力滤波装置的控制方法与装置，通过获取并联型有源电力滤波装置的三相调制波；采集并联型有源电力滤波装置之间的零序环流，根据该零序环流确定零序电压分配系数，根据三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，将调制波调节量叠加到三相调制波中进行载波调制。本发明可以有效解决传统中两个以上有源电力滤波装置并联运行存在的环流问题，提高了谐波的补偿效果，而且在一定程度上减小了装置的体积和降低了装置的成本。
1.一种并联型有源电力滤波装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取并联型有源电力滤波装置的三相调制波；采集并联型有源电力滤波装置之间的零序环流，根据该零序环流的大小确定零序电压分配系数；
2)根据所述三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，调制波调节量Wx的计算式如下：当至少有两相的调制波分别小于零时，
式中，Wmin为所述三相调制波的最小值，Wmax为所述三相调制波的最大值，Wmid为所述三相调制波的中间值，k为零序电压分配系数；
3)将调制波调节量叠加到所述三相调制波中进行载波调制；
根据所述零序环流按照如下公式调整零序电压分配系数：
2.根据权利要求1所述的并联型有源电力滤波装置的控制方法，其特征在于，步骤1)中采用如下步骤获取所述三相调制波：
1-1)根据采样得到的负载电流和电网电压，计算电网的谐波电流，根据该谐波电流计算需要补偿的无功电流；将直流电压参考值与采集到的直流侧电压作差，经过调节器调节，得到调节电流；
1-2)将所述无功电流进行分配，分为第一无功电流和第二无功电流；将所述调节电流进行分配，分为第一调节电流和第二调节电流；
1-3)采集有源电力滤波装置中变流器的输出电流，将第一无功电流与第一调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第一调节器调节，输出其中一个有源电力滤波装置的三相调制波；
将第二无功电流与第二调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第二调节器调节，输出另一个有源电力滤波装置的三相调制波。
3.根据权利要求2所述的并联型有源电力滤波装置的控制方法，其特征在于，第一无功电流和第二无功电流相等，第一调节电流和第二调节电流相等。
4.根据权利要求1所述的并联型有源电力滤波装置的控制方法，其特征在于，当其中一个有源电力滤波装置无法正常工作时，控制另一个有源电力滤波装置以全功率状态进行谐波补偿。
5.一种并联型有源电力滤波装置的控制装置，其特征在于，包括采集单元和控制单元，采集单元用于采集并联型有源电力滤波装置的三相调制波，和并联型有源电力滤波装置之间的零序环流；
控制单元用于根据该零序环流确定零序电压分配系数，以及根据所述三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，将调制波调节量叠加到三相调制波中进行载波调制，所述调制波调节量Wx的计算式如下：当至少有两相的调制波分别小于零时，
式中，Wmin为所述三相调制波的最小值，Wmax为所述三相调制波的最大值，Wmid为所述三相调制波的中间值，k为零序电压分配系数；
根据所述零序环流按照如下公式调整零序电压分配系数：
6.根据权利要求5所述的并联型有源电力滤波装置的控制装置，其特征在于，所述采集单元还用于采集负载电流、电网电压和有源电力滤波装置中变流器的输出电流；
控制单元还用于根据负载电流和电网电压计算电网的谐波电流，根据该谐波电流计算需要补偿的无功电流；将直流电压参考值与采集到的直流侧电压作差，经过调节器调节，得到调节电流；将所述无功电流进行分配，分为第一无功电流和第二无功电流；将所述调节电流进行分配，分为第一调节电流和第二调节电流；
将第一无功电流与第一调节电流作和，再与所述输出电流作差，经过第一调节器调节，输出其中一个有源电力滤波装置的三相调制波；将第二无功电流与第二调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第二调节器调节，输出另一个有源电力滤波装置的三相调制波。
7.根据权利要求6所述的并联型有源电力滤波装置的控制装置，其特征在于，第一无功电流和第二无功电流相等，第一调节电流和第二调节电流相等。
8.根据权利要求5所述的并联型有源电力滤波装置的控制装置，其特征在于，当其中一个有源电力滤波装置无法正常工作时，控制另一个有源电力滤波装置以全功率状态进行谐波补偿。
9.根据权利要求5所述的并联型有源电力滤波装置的控制装置，其特征在于，还包括用于连接显示装置的通讯单元，通讯单元用于传输采集单元采集的实时数据。
一种并联型有源电力滤波装置的控制方法与装置
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统电能质量治理技术领域，具体涉及一种并联型有源电力滤波装置的控制方法与装置。
背景技术
[0002] 随着工业技术的发展，电力系统中非线性负荷的增加，各种非线性负载产生的谐波不仅会降低电网系统的传输和利用效率，危及电网的安全运行，还会影响电网中各电气设备的正常工作。有源电力滤波装置作为一种谐波治理的有效手段，已经被广泛应用，并取得了较好的效果。
[0003] 目前，APF(有源电力滤波器)的设计方案主要有两种：第一种是一体化设计，该种设计方案主要在APF早期比较流行，尽管可以滤除多次谐波及高次谐波，但是其成本较高，体积较大，已不适应市场需要；第二种是模块化设计，也就是根据现场实际现场负载情况决定所需APF模块数量，通过并联运行APF模块接入系统，如果现场所需模块数量较多，多组APF模块并联，谐波补偿不同步，使得补偿效果往往并不理想，且在实际工程中，设备在长时间运行，且以较高的开关频率运行时，IGBT在使用过程中难以避免的会出现损坏，以致影响谐波补偿的效果。
[0004] 另一方面，上述模块化设计过程中，在单个有源电力滤波器的情况下，在变流器三相的上桥臂或下桥臂全部导通时才会出现零矢量，零矢量是三电平或两电平变流器中常用的SVPWM控制方法中根据开关管关断或导通定义的幅值为零的矢量，而当两个以上的有源电力滤波器并联时，由于零矢量交叠的影响使得零序环流可以出现在并联装置之间构成的任意闭合回路，零序环流是两个模块不同的开关组合状态中会导致两个模块之间出现出现环流通路，因此存在环流，零序环流会导致并联的APF模块的输出电流发生畸变，导致谐波补偿率降低，严重时甚至会导致APF模块出现过流故障。例如公布号为CN103915845A的中国专利提出了“一种基于LCL滤波的多重化有源电力滤波器”，该滤波器在并联的变流器之间存在零序环流，影响系统的稳定。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种并联型有源电力滤波装置的控制方法与装置，用于解决现有并联型有源电力滤波装置存在零序环流的问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出一种并联型有源电力滤波装置的控制方法，包括以下步骤：
[0007] 1)获取并联型有源电力滤波装置的三相调制波；采集并联型有源电力滤波装置之间的零序环流，根据该零序环流的大小确定零序电压分配系数；
[0008] 2)根据所述三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，调制波调节量的计算式如下：
[0009] 当至少有两相的调制波分别小于零时，
[0010]
[0011] 当至少有两相的调制波分别大于零时，
[0012]
[0013] 式中，Wmin为所述三相调制波的最小值，Wmax为所述三相调制波的最大值，Wmid为所述三相调制波的中间值，k为零序电压分配系数；
[0014] 3)将调制波调节量叠加到所述三相调制波中进行载波调制。
[0015] 本发明根据确定的三相调制波和零序电压分配系数计算得到调制波调节量，然后将调制波调节量叠加到已经确定的三相调制波，进行载波调制，通过改变零矢量的作用时间达到减小并联型有源滤波装置间的零序环流的效果。
[0016] 为了有效抑制环流，进一步，零序电压分配系数k应根据环流电流iz的采样值进行实时调整，按照如下公式调整零序电压分配系数：
[0017]
[0018] 式中，iz为所述零序环流。
[0019] 进一步，步骤1)中采用如下步骤获取所述三相调制波：
[0020] 1-1)根据采样得到的负载电流和电网电压，计算电网的谐波电流，根据该谐波电流计算需要补偿的无功电流；将直流电压参考值与采集到的直流侧电压作差，经过调节器调节，得到调节电流；
[0021] 1-2)将所述无功电流进行分配，分为第一无功电流和第二无功电流；将所述调节电流进行分配，分为第一调节电流和第二调节电流；
[0022] 1-3)采集有源滤波装置中变流器的输出电流，将第一无功电流与第一调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第一调节器调节，输出其中一个有源滤波装置的三相调制波；
[0023] 将第二无功电流与第二调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第二调节器调节，输出另一个有源滤波装置的三相调制波。
[0024] 进一步，第一无功电流和第二无功电流相等，第一调节电流和第二调节电流相等。
[0025] 当其中一个有源滤波装置无法正常工作时，为了不影响谐波补偿的效果，进一步，控制另一个有源滤波装置以全功率状态进行谐波补偿。
[0026] 为解决上述技术问题，本发明还提出一种并联型有源电力滤波装置的控制装置，包括采集单元和控制单元，采集单元用于采集并联型有源电力滤波装置的三相调制波，和并联型有源电力滤波装置之间的零序环流；
[0027] 控制单元用于根据该零序环流确定零序电压分配系数，以及根据所述三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，将调制波调节量叠加到三相调制波中进行载波调制，所述调制波调节量的计算式如下：
[0028] 当至少有两相的调制波分别小于零时，
[0029]
[0030] 当至少有两相的调制波分别大于零时，
[0031]
[0032] 式中，Wmin为所述三相调制波的最小值，Wmax为所述三相调制波的最大值，Wmid为所述三相调制波的中间值，k为零序电压分配系数。
[0033] 进一步，根据所述零序环流按照如下公式调整零序电压分配系数：
[0034]
[0035] 式中，iz为所述零序环流。
[0036] 进一步，所述采集单元还用于采集负载电流、电网电压和有源电力滤波装置中变流器的输出电流；
[0037] 控制单元还用于根据负载电流和电网电压计算电网的谐波电流，根据该谐波电流计算需要补偿的无功电流；将直流电压参考值与采集到的直流侧电压作差，经过调节器调节，得到调节电流；将所述无功电流进行分配，分为第一无功电流和第二无功电流；将所述调节电流进行分配，分为第一调节电流和第二调节电流；
[0038] 将第一无功电流与第一调节电流作和，再与所述输出电流作差，经过第一调节器调节，输出其中一个有源电力滤波装置的三相调制波；将第二无功电流与第二调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第二调节器调节，输出另一个有源电力滤波装置的三相调制波。
[0039] 进一步，第一无功电流和第二无功电流相等，第一调节电流和第二调节电流相等。
[0040] 进一步，当其中一个有源电力滤波装置无法正常工作时，控制另一个有源滤波装置以全功率状态进行谐波补偿。
[0041] 进一步，还包括用于连接显示装置的通讯单元，通讯单元用于传输采集单元采集的实时数据。
附图说明
[0042] 图1是一种并联型有源电力滤波装置的控制系统结构图；
[0043] 图2是一种并联型有源电力滤波装置的控制电路图；
[0044] 图3是有源电力滤波装置输出三相调制波的控制方法示意图；
[0045] 图4是一种并联型有源电力滤波装置的控制方法流程图。
具体实施方式
[0046] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
[0047] 本发明的一种并联型有源电力滤波装置的控制系统，如图1所示，包括主拓扑电路、控制器电路和驱动电路，主拓扑电路包括两组PWM变流器，所述的PWM变流器由两组I型三电平电路并联组成，两组变流器的直流侧共用一组直流电容。
[0048] 控制器电路包括采样电路、PWM输出电路和通讯电路。其中，采样电路主要包括负载侧采样电路、系统电压采样电路、两组PWM变流器的输出电流采样电路，一组PWM变流器的直流母线侧电压采样电路和两组PWM变流器的IGBT温度的采样电路；PWM输出电路由两组独立的12路PWM输出电路组成，分别用于驱动控制两组独立的PWM变流器；通讯电路采用485通讯方式与液晶屏通讯，用于显示采样电路采集的实时数据和参数设置；控制器CPU芯片采用的是Xilinx的span-6系列的芯片，如图2所示。
[0049] 由于上述并联型有源电力滤波装置的控制系统中，两个变流器共直流母线，存在零序环流通路，而主电路及控制电路的差异性不可避免，因此生成控制变流器开关管的调制波并不完全相同，两个变流器相同位置的开关管开关时刻不一致，从而导致摸块间存在环流。在单个变流器的情况下，零矢量尽在变流器三相的上桥臂或下桥臂全部导通时才会出现，而在变流器并联时，由于零矢量交叠的影响使得纯零序环流可以出现在并联模块间构成的任意闭合回路。为了解决零序环流的抑制问题，本发明提出一种并联型有源电力滤波装置的控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
[0050] 1)获取并联型有源滤波装置的三相调制波；采集并联型有源滤波装置之间的零序环流，根据该零序环流确定零序电压分配系数；
[0051] 2)根据所述三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，调制波调节量的计算式如下：
[0052] 当S(Wa)+S(Wb)+S(Wc)<0时，
[0053]
[0054] 当S(Wa)+S(Wb)+S(Wc)>0时，
[0055]
[0056] 其中，
[0057] 式中，Wa、Wb、Wc为三相调制波，Wmin为三相调制波的最小值，Wmax为三相调制波的最大值，Wmid为三相调制波的中间值，k为零序电压分配系数；
[0058] 3)将调制波调节量叠加到所述三相调制波中进行载波调制。
[0059] 具体的，采用如下步骤获取步骤1)中的三相调制波，如图3所示：
[0060] 1-1)根据采样得到的负载电流和电网电压，计算电网的谐波电流，根据该谐波电流计算需要补偿的无功电流；将直流电压参考值与采集到的直流侧电压作差，经过调节器调节，得到调节电流。
[0061] 1-2)将无功电流进行分配，分为第一无功电流和第二无功电流；将所述调节电流进行分配，分为第一调节电流和第二调节电流。
[0062] 1-3)采集有源滤波装置中变流器的输出电流，将第一无功电流与第一调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第一调节器调节，输出其中一个有源滤波装置的三相调制波；将第二无功电流与第二调节电流作和，再与该输出电流作差，经过第二调节器调节，输出另一个有源滤波装置的三相调制波。优选的，将第一无功电流和第二无功电流平均分配，将第一调节电流和第二调节电流平均分配，即第一无功电流和第二无功电流相等，第一调节电流和第二调节电流相等。
[0063] 本发明根据确定的三相调制波和零序电压分配系数计算得到调制波调节量，然后将调制波调节量叠加到已经确定的三相调制波，进行载波调制，达到抑制并联型有源滤波装置间的零序环流的效果。
[0064] 为了有效抑制环流，进一步，零序电压分配系数k应根据环流电流iz的采样值进行实时调整，按照如下公式调整零序电压分配系数：
[0065]
[0066] 式中，iz为所述零序环流。不同的k对应产生不同形式的调制波。当k＝0.5时可产生不加零序分量的SPWM。
[0067] 本发明通过以上调制方法输出PWM信号至功率单元，在两功率模块的输出线端输出与谐波电流大小相等方向相反的电流注入电网中的各支路中，从而达到补偿各支路谐波电流的目的。
[0068] 当其中一个有源滤波装置无法正常工作时，为了不影响谐波补偿的效果，进一步，控制另一个有源滤波装置以全功率状态进行谐波补偿，以降低设备在发生故障时影响系统补偿的概率，同时模块之间环流电流较小。
[0069] 本发明可以有效解决传统中两个以上APF模块并联运行存在的环流问题，提高了谐波的补偿效果，而且在一定程度上减小了装置的体积和降低了装置的成本。
[0070] 对应上述控制方法，本发明还提出了一种并联型有源电力滤波装置的控制装置，包括采集单元和控制单元，采集单元用于采集并联型有源电力滤波装置的三相调制波，和并联型有源电力滤波装置之间的零序环流。
[0071] 控制单元用于根据该零序环流确定零序电压分配系数，以及根据所述三相调制波和零序电压分配系数计算调制波调节量，将调制波调节量叠加到三相调制波中进行载波调制，所述调制波调节量的计算式如下：
[0072] 当至少有两相的调制波分别小于零时，
[0073]
[0074] 当至少有两相的调制波分别大于零时，
[0075]
[0076] 式中，Wmin为所述三相调制波的最小值，Wmax为所述三相调制波的最大值，Wmax为所述三相调制波的中间值，k为零序电压分配系数。
[0077] 上述实施例中所指的并联型有源电力滤波装置的控制装置，实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到计算机中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。
[0078] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
