CN101159379A - 混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法 - Google Patents

混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法，所述混合有源电力滤波器包括有源电力滤波器、无源电力滤波器、谐波电流注入支路和PWM整流器，有源电力滤波器的输出经输出滤波器滤波后接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与谐波电流注入支路的基波串联谐振电路部分并联后再与谐波电流注入支路的注入电容串联，然后与无源滤波器并入电网，有源电力滤波器的直流侧由PWM整流器供电。本发明的混合有源电力滤波器不仅能够有效地治理谐波，而且可以由其无源滤波器部分进行一定容量的无功静态补偿。并且利用三相电压型PWM整流器来控制直流侧电压，可以较好地维持直流侧电压恒定。

Description

混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合型有源电力滤波器，特别涉及一种混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法。
背景技术
电能是现代社会生产和人民生活中主要的和必不可少的重要能源，随着电力电子技术的发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，它是一种非线性时变拓扑负荷，不可避免地会产生非正弦波形，向电网注入谐波，已成为电网中的“公害”。谐波抑制装置主要有无源电力滤波器或有源电力滤波器。
单独使用的无源滤波器虽然成本低廉、结构简单，但是滤波效果受电网阻抗和自身参数变化影响较大，而且易与电网阻抗发生谐振。单独使用的有源电力滤波器虽然有很好的滤波性能，但是造价较高，特别是在变电站这样的高压大功率场合，难以应用。
在现有的有源电力滤波器APF与无源滤波器PF相结合的混合有源电力滤波器中，这些混合形式虽然降低了有源部分的容量，但是并联型APF+并联PF形式仍要承受基波电压，且系统中存在多条谐波通道，APF会将谐波注入电网支路；串联型APF+并联PF形式的连接变压器流过负载基波电流，且有源部分绝缘和维护困难；并联谐振注入型APF不具备无功补偿能力；串联谐振注入型APF若要同时获得较好的谐波补偿性能和较小的有源部分容量比较困难，而且支路上端的电容将很大；将APF与PF串联后再并联接入电网的形式称为SCAP(Series Connected APF and PF)，这种形式的绝缘和维护比较方便，非常适合于高压系统应用，但是一般为了减小有源部分承受的基波电压及其流过的基波电流，PF的基波阻抗很大，因此该系统不适合应用于要求无功补偿的场合。
当电网发生瞬时跌落或电网谐波电压含量较高时，电网基波有功以及电网谐波电压与APF发出的谐波电流所产生的谐波有功功率将向APF直流侧充电，引起直流侧电压的飙升。
发明内容
为了解决现有有源电力滤波器的上述技术问题，本发明是提供一种混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法。这种有源电力滤波器结构简单，北能较好治理大功率电网中的谐波，同时能够补偿大容量的无功功率。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：包括有源电力滤波器、无源电力滤波器、谐波电流注入支路和PWM整流器，所述有源电力滤波器的输出经输出滤波器滤波后接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与谐波电流注入支路的基波串联谐振电路部分并联后再与谐波电流注入支路的注入电容串联，然后与无源滤波器并入电网，有源电力滤波器的直流侧由PWM整流器供电。
上述的混合有源电力滤波器中，所述无源滤波器由多组单调谐滤波器和一组谐波电流注入支路组成。
上述的混合有源电力滤波器中，所述无源滤波器PF由多组单调谐滤波器和一组谐波电流注入支路并联组成。
一种混合有源电力滤波器的直流侧电压控制方法包括以下步骤：
检测有源电力滤波器的直流侧电压信号Udc；
计算直流侧电压参考信号Udc *与采样有源电力滤波器直流侧电压信号Udc的差值ΔUdc(t)；
将ΔUdc(t)用PI电压调节器调节，调节后得到一个大小和PWM整流器交流侧流入电网的电流幅值成正比的直流电流指令信号Is *，把Is *与标准正弦波相乘后得到交流输入电流的给定信号：
Figure A20071003487300061
检测有源电力滤波器的输出电流ia、ib、ic；
计算电流给定信号与有源电力滤波器的输出电流ia、ib、ic的误差得到电流误差信号，电流误差信号经比例调节器放大后送入比较器，再与三角载波信号比较形成PWM信号；
PWM信号经驱动电路后去驱动整流电路的IPM模块。
本发明的技术效果在于：
(1)由于基波串联谐振电路在基波频率下发生谐振，因此无源滤波器将承担大部分电网电压，有源电力滤波器主要承受谐波电压不承受系统基波电压，也没有基波电流流入，因而有利于减小有源电力滤波器的容量，降低成本。
(2)电压源型逆变器输出的PWM波经LC输出滤波器后，波形即可满足要求，经变比为1∶2的隔离变压器后输出，这样逆变器的直流侧电压不必很高就能适合于高电压等级条件下的谐波治理。
(3)本发明的混合有源电力滤波器不仅能够有效地治理谐波，而且可以由其无源滤波器部分进行一定容量的无功静态补偿，由于串联谐振电路谐振于基波频率，其基波阻抗近似为0，相当于基波电流的短路通道，所以流过无源滤波器的基波电流都将流入基波谐振电路，而不会流入耦合变压器和逆变器；而且，相对于无源滤波器而言，基波谐振电路承受的基波压降较小，大部分由无源滤波器分担了。因此，谐振阻抗型混合有源电力滤波器中的PF进行无功补偿时其有源部分的容量不会增大。
(4)混合有源电力滤波器的无源部分由多组单调谐滤波器和一组谐波电流注入支路并联组成。其中每组单调谐滤波器用来补偿某一特定次数的谐波，谐波电流注入支路为有源部分提供谐波通道，有源和无源混合使用补偿效果明显，且经济成本大大降低。
(5)采用了PWM整流器给直流侧电容供电，以维持直流侧电压的稳定。当电网谐波电压较高或电网电压发生跌落而引起APF向直流侧倒灌能量时，PWM整流器将工作在逆变状态，把这些能量回馈到给整流电路供电的低压电网，也就是说把高压电网倒灌进来的谐波有功能量逆变成基波有功回馈到低压电网；当电网谐波电压含量较低并且电网稳定运行时，PWM整流器工作在整流状态，PWM整流器不断给直流侧电容供电，以达到补偿APF损耗的目的。克服了由不可控整流给直流侧电容供电时存在的直流侧电压飙升的不足。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明混合有源电力滤波器的结构图。
图2是本发明中控制的信号流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明的混合有源电力滤波器包括有源电力滤波器、无源电力滤波器、谐波电流注入支路和PWM整流器，所述有源电力滤波器的输出经输出滤波器滤波后接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与谐波电流注入支路的基波串联谐振电路部分并联后再与谐波电流注入支路的注入电容串联，然后与无源滤波器并入电网，有源电力滤波器的直流侧由PWM整流器供电。
混合有源电力滤波器中的无源滤波器部分补偿较大容量的无功功率时，PF的基波阻抗较小，有较大的基波无功电流流入PF。此时，由于串联谐振电路谐振于基波频率，其基波阻抗近似为0，相当于基波电流的短路通道，所以流过PF的基波电流都将流入基波谐振电路，而不会流入耦合变压器和逆变器；而且，相对于PF而言，基波谐振电路承受的基波压降较小，大部分由PF分担了。因此，由谐振阻抗型混合有源电力滤波器中的PF进行无功静补不会导致其有源部分容量的增大。也就是说，混合有源电力滤波器运行特点是：只由无源部分补偿无功功率，有源部分和无源部分共同抑制谐波。
参见图2，本发明的混合有源电力滤波器的直流侧电压控制包括以下步骤：
检测直流侧电压信号Udc；
检测电网a相电压Ua，以Ua为基准经锁相环PLL锁相后，产生与Ua同相位的标准正弦信号；
计算直流侧电压参考信号Udc *与采样有源电力滤波器直流侧电压信号Udc的差值ΔUdc(t)；
ΔUdc(t)经由PI电压调节器调节后形成一个大小和PWM整流器交流侧流入电网的电流幅值成正比的直流电流指令信号Is *，把Is *与标准正弦波相乘后形成交流输入电流的给定信号，计算公式如下：
Figure A20071003487300082
检测APF输出电流ia、ib、ic；
计算电流指令给定信号ia *、ib *、ic *与ia、ib、ic的差，电流误差信号经比例调节器放大后送入比较器，再与三角载波信号比较形成PWM信号；
PWM信号经驱动电路后去驱动整流电路的IPM模块。

Claims (4)

1.一种混合有源电力滤波器，包括有源电力滤波器、无源电力滤波器、谐波电流注入支路和PWM整流器，所述有源电力滤波器的输出经输出滤波器滤波后接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与谐波电流注入支路的基波串联谐振电路部分并联后再与谐波电流注入支路的注入电容串联，然后与无源滤波器并入电网，其特征在于：有源电力滤波器的直流侧由PWM整流器供电。
2.根据权利要求1所述的混合有源电力滤波器，其特征是：无源滤波器由多组单调谐滤波器和谐波电流注入支路组成。
3.一种混合有源电力滤波器直流侧电压的控制方法，包括以下步骤：
检测有源电力滤波器的直流侧电压信号Udc；
计算直流侧电压参考信号Udc *与采样有源电力滤波器直流侧电压信号Udc的差值ΔUdc(t)；
将ΔUdc(t)用PI电压调节器调节，调节后得到一个大小和PWM整流器交流侧流入电网的电流幅值成正比的直流电流指令信号Is *，将Is *与标准正弦波相乘后得到交流输入电流的给定信号：
Figure A2007100348730002C1
检测有源电力滤波器的输出电流ia、ib、ic；
计算电流给定信号与有源电力滤波器的输出电流ia、ib、ic的误差得到电流误差信号，电流误差信号经比例调节器放大后送入比较器，再与三角载波信号比较形成PWM信号；
PWM信号经驱动电路后去驱动整流电路的IPM模块。
4.根据权利要求3所述的混合有源电力滤波器直流侧电压的控制方法，其特征在于，所述标准正弦波信号的获取步骤如下：检测电网a相电压Ua，以Ua为基准经锁相环PLL锁相后，产生与Ua同相位的标准正弦信号。
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