CN101277016B - 有源电力滤波装置及控制方法 - Google Patents

有源电力滤波装置及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101277016B
CN101277016B CN2007100866108A CN200710086610A CN101277016B CN 101277016 B CN101277016 B CN 101277016B CN 2007100866108 A CN2007100866108 A CN 2007100866108A CN 200710086610 A CN200710086610 A CN 200710086610A CN 101277016 B CN101277016 B CN 101277016B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
fundamental frequency
filter device
active electric
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007100866108A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101277016A (zh
Inventor
吴晋昌
周宏亮
徐文彬
郭宇庭
杨峻杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YINGZHENG YUSHUN ELECTRONICS CO Ltd
UIS Abler Electronics Co Ltd
Original Assignee
YINGZHENG YUSHUN ELECTRONICS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to TW096107519A priority Critical patent/TWI347058B/zh
Application filed by YINGZHENG YUSHUN ELECTRONICS CO Ltd filed Critical YINGZHENG YUSHUN ELECTRONICS CO Ltd
Priority to CN2007100866108A priority patent/CN101277016B/zh
Priority to US11/845,822 priority patent/US7787267B2/en
Publication of CN101277016A publication Critical patent/CN101277016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101277016B publication Critical patent/CN101277016B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

一种有源电力滤波装置及控制方法，该装置包含储能电容器、电力转换器、滤波电路及控制器。该控制器控制该电力转换器操作成虚拟基频电阻或虚拟基频电容，以补偿该有源电力滤波装置本身的损失或补偿该负载的基频无功，该控制器亦可控制该电力转换器产生正比于该负载的特定阶数谐波电流，以衰减该负载特定阶数谐波电流，并可选择特定阶数谐波电流的衰减率。该控制方法利用电流控制模式使该有源电力滤波装置产生补偿电流，并利用检测电源电流、电源电压及储能电容电压以计算补偿电流的参考信号，该检测的电源电流分两路送入该控制器，一路为电源电流，一路为滤除基频成份的电源电流，可以增加该补偿电流计算的准确性。

Description

有源电力滤波装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种有源电力滤波装置及控制方法，特别是涉及一种利用一有源电力滤波装置与一负载并联，尤其是与一非线性负载并联，以选择补偿一负载的基频无功电流、衰减该负载特定阶数谐波电流或补偿该负载的基频无功电流同时衰减该负载特定阶数谐波电流，并于衰减该负载特定阶数谐波电流时可选择其衰减率的有源电力滤波装置及控制方法。
背景技术
近年来，由于半导体技术的突飞猛进，许多具有良好可控性且耐高电压、大电流的电力电子组件相继问世，这些组件目前已被广泛的应用在电力设备中，如马达驱动器、充电器、照明器具及不断电系统等设备。由于上述设备具有非线性输入特性，使得该设备在操作时将产生大量谐波电流，进而导致一些问题，诸如变压器的过热现象、旋转机械的扰动、供应电压的失真、电力组件的破坏及医疗设备的机能故障等。为了有效限制谐波污染问题，一些国际研究机构纷纷制定谐波管制标准，如IEEE519-1992及IEC1000-3-2及IEC1000-3-4等。在中国台湾，台电公司也制订《电力系统谐波管制暂行标准》来管制谐波。
传统解决谐波问题的方法是利用一无源电力滤波器，该无源电力滤波器是由电感器及电容器等被动组件所组成；然而，该无源电力滤波器潜藏着谐振的危机，当谐振发生时，将导致更大的谐波电流与谐波电压，其导致该无源电力滤波器本身及邻近的电力设备遭受破坏，且其滤波特性受系统电抗影响很大，因此很难得到良好的滤波效果，更甚者，在加装无源电力滤波器后，可能吸引邻近的非线性负载所产生的谐波电流，而造成该无源电力滤波器过载而导致损坏。
因此，为了解决上述无源电力滤波器的缺点，近年来，已发展一有源电力滤波装置技术以进行谐波滤除，该有源电力滤波装置的结构如图1所示。一电源91提供一电力给一负载92，而一有源电力滤波装置93与该负载92并联，用以提供一补偿电流，且该补偿电流与该负载92产生的谐波及基频无功电流相同，将该补偿电流注入该电源91与该负载92间的电力馈线，可滤除该负载92产生的谐波电流，并改善功率因子。
另外，现有的有源电力滤波装置，例如美国专利US5,677,832及US5,614,770，其控制结构如图2所示，一补偿电流计算电路80检测一负载电流、一电源电压及一有源电力滤波装置直流电压，以输出一预设的补偿电流，该预设的补偿电流并通过一减法器81与一有源电力滤波装置的输出电流进行相减，再将相减结果利用一电流控制器82产生一控制信号，虽然该现有的有源电力滤波装置可滤除谐波电流，并改善功率因子，然而此有源电力滤波器仍具有以下缺点：
1、检测该负载电流的检出器与检测该有源电力滤波装置的输出电流的检出器的转换比率必须事先预知，否则可能造成补偿电流与负载谐波电流不匹配而影响补偿效果。
2、产生的补偿电流包含全部负载谐波电流与基频无功电流，无法提供选择造成在某些应用上的不便。
而论文“Simplified control method for the single phase active powerfilter，”IEE Proc.Electrical power Applications，vol.143，1996，pp.219-224，提出利用一电源电流反馈控制方法，虽可解决上述现有有源电力滤波装置的第1个缺点，然而它仍然必须补偿全部负载谐波电流与基频无功电流，且无法限制该有源电力滤波装置的补偿电流。
美国专利US5,977,660所提的有源电力滤波装置虽然利用检测电源电流以计算一补偿电流，但是它所产生的补偿电流仍然是补偿负载全部谐波电流，且由于现有的有源电力滤波装置均采用微电脑芯片作为一控制器，若由检测一电源电流以计算该补偿电流时，由于该电源电流的基频成份太大，再加上微电脑芯片的模拟/数字转换器之转换位限制，将导致该补偿电流的计算不精确而影响到滤波效果。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种有源电力滤波装置及控制方法，其利用一控制器控制一电力转换器经由一滤波电路产生一补偿电流注入一电源及一负载之间的电力馈线，使本发明具有谐波滤除及改善功率因子的效果。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种有源电力滤波装置，其特征在于，其包含：
一个储能电容器，该储能电容提供一个直流电压；
一个电力转换器，其由数个电力电子开关组件组成，该电力转换器电性连接至该储能电容器两端，用于切换该储能电容器的直流电压；
一个滤波电路，其一端电性连接至该电力转换器，而另一端电性连接至一个电源及一个负载之间的电力馈线，用于滤除该电力转换器切换产生的涟波；及
一个控制器，其输出连接至该电力转换器的电力电子开关组件，其分别检测一个电源电流、一个电源电压及一个储能电容电压，以计算产生该补偿电流的参考信号，并通过检测该有源电力滤波装置的输出电流与该补偿电流的参考信号作闭环控制以控制该电力转换器的电力电子开关组件的切换产生一个补偿电流；其中该控制器包含一个谐波成份计算电路，其设有一个第一电流检出器、一个带阻滤波器及一个各阶谐波计算及放大电路，该第一电流检出器检出该电源电流并送至该带阻滤波器，以滤除基频成份，该带阻滤波器输出再送至该各阶谐波计算及放大电路计算各阶谐波，并依预设的各阶谐波的衰减率以设定各阶谐波成份的放大率，使该补偿电流包含一个正比于该负载之特定阶数谐波电流的电流成份注入该电源及该负载间的电力馈线，以便该有源电力滤波装置可衰减该负载的特定阶数谐波电流。
一种有源电力滤波装置的控制方法，其利用检测一电源电流，一电源电压及一储能电容电压，以计算一补偿电流的参考信号，该控制方法控制该电力转换器使其操作成一虚拟基频电阻以补偿该有源电力滤波装置本身的损失，该控制器亦可控制该电力转换器使其操作成一虚拟基频电容以补偿补偿该负载的基频无功，该控制器亦可控制该电力转换器使其产生一正比于该负载的特定阶数谐波电流，以衰减该负载特定阶数谐波电流，并可选择特定阶数谐波电流的衰减率。为了提高该补偿电流计算之精确度，该电源电流的检测可分成两个信号用以计算该补偿电流，一个信号为检测的电源电流，另一个信号为滤除基频成份的电源电流，以增加该补偿电流计算的准确性。
本发明有效改善了现有的有源电力滤波装置的缺点，具有谐波滤除及改善功率因子的效果。
附图说明
图1：现有有源电力滤波装置及控制方法的电性连接示意图。
图2：现有有源电力滤波装置及控制方法的控制示意图。
图3：本发明第一实施例的有源电力滤波装置及控制方法的结构示意图。
图4：本发明第一实施例的有源电力滤波装置及控制方法的控制示意图。
图5：本发明第一实施例的有源电力滤波装置第n阶谐波频率时的等效电路。
图6：本发明第二实施例的有源电力滤波装置及控制方法的结构示意图。
图7：本发明第三实施例的有源电力滤波装置及控制方法的结构示意图。
图8：本发明第四实施例的有源电力滤波装置及控制方法的结构示意图。
图9：本发明第五实施例的有源电力滤波装置及控制方法的结构示意图。
图10：本发明第六实施例的有源电力滤波装置及控制方法的结构示意图。
【主要组件符号说明】
1    电源                        2    负载
3     有源电力滤波装置             30    储能电容器
31    电力转换器                   32    滤波电路
33    控制器                       331   谐波成份计算回路
3310  第一电流检出器               3311  带阻滤波器
3312  各阶谐波计算及放大电路       332   基频无功回路
3320  基频无功计算电路             3321  第一电压检出器
3322  带通滤波器                   3323  微分电路
3324  第一乘法器                   333   基频有功回路
3330  第二电压检出器               3331  第一减法器
3332  第一控制器                   3333  第二乘法器
324   选择电路                     335   第二电流检出器
336   第二减法器                   337   第二控制器
338   脉宽调制电路                 34    交流电力电容器组
4     电力馈线                     40    三相电力馈线
41    三相电力馈线                 42    三相电力馈线
43    中性电力馈线                 91    电源
92    负载                         93    有源电力滤波装置
80    补偿电流计算电路             81    减法器
82    电流控制器
具体实施方式
为让本发明的上述及其它目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
请参考图3所示，其公开了本发明第一实施例的有源电力滤波装置3的系统结构，该有源电力滤波装置3应用于三相四线式配电系统，该三相四线式配电系统包含电源1、负载2及一组电力馈线4，其中该电源1为三相四线式交流电源，该电源1经由该组电力馈线4供应三相电力给该负载2，该电力馈线包含一组三相电力馈线40、41及42与中性电力馈线43，该有源电力滤波装置3并联连接于该电源1与该负载2之间。
请再参考图3所示，该有源电力滤波装置3设有储能电容器30、电力转换器31、滤波电路32及控制器33。该储能电容器30作为该有源电力滤波装置3的能量缓冲组件，并提供直流电压，该储能电容器30由二直流电容器串联连接组成，该二直流电容器串联连接点连接至该电力馈线组4的中性电力馈线43；该电力转换器31电性连接至该储能电容器30两端，该电力转换器31由三臂桥式架构来实现，该三臂桥式架构由六个电力电子开关组件组成，该电力转换器31可切换该储能电容器30所提供的直流电压，以产生补偿电压；该滤波电路32的一端电性连接至该电力转换器31，而另一端电性连接到该电源1与该负载2之间的三相电力馈线40、41及42，该滤波电路32系由数个电感器、电容器及电阻器组成，其具有低通滤波器的功能，以滤除该电力转换器31产生的高频涟波，该电力转换器31产生的补偿电压经由该滤波电路32后，产生补偿电流注入电力馈线4，该补偿电流可补偿该有源电力滤波装置本身的损失，并选择性补偿该负载2产生的谐波电流成份及基频无功电流成份，进而降低该电源电流的谐波电流成份，并改善功率因子。
请参考图4所示，其公开了本发明第一实施例的有源电力滤波装置3的控制器33的方块图，该电力转换器31采用电流控制模式，该控制器33包含谐波成份计算回路331、基频无功回路332及基频有功回路333，先利用该三个回路331、332及333计算该补偿电流之参考信号，再通过检测该有源电力滤波装置3的输出电流作反馈控制，以产生该电力转换器31的控制信号，以使该有源电力滤波装置3的输出电流能追随该计算的参考信号
Figure S07186610820070330D000062
请再参考图4所示，本发明有源电力滤波装置3的控制器33的第一个回路331用来计算该补偿电流参考信号
Figure S07186610820070330D000063
中的谐波成份，该第一个回 路331的输出用以使该有源电力滤波装置3产生的补偿电流包含正比于该负载的特定阶数谐波电流的电流成份注入该电源及该负载间的电力馈线，使该有源电力滤波装置可衰减该负载的特定阶数谐波电流。该第一个回路331包含第一电流检出器3310、带阻滤波器3311及各阶谐波计算及放大电路3312。该电源电流经该第一电流检出器3310检出后，送至该带阻滤波器3311，由于经该有源电力滤波装置3补偿后，该电源电流主要包含基频成份，若由该检测的电源电流直接计算各阶谐波含量时，将会造成计算误差比较大，特别是利用微电脑芯片来实现该各阶谐波计算及放大电路3312，由于微电脑芯片必须使用模拟/数字转换器作信号转换，受限于模拟/数字转换器分辨率，将造成各阶谐波含量计算上更大的误差，影响滤波效果，所以在利用该检测的电源电流计算各阶谐波成份前，先利用该带阻滤波器3311滤除其基频成份，再送至该各阶谐波计算及放大电路3312，该带阻滤波器3311必须利用模拟电路实现，而该各阶谐波计算及放大电路3312则可由微电脑芯片完成，该各阶谐波计算及放大电路3312可计算各阶谐波大小及相位，并且可选择补偿谐波阶数及设定各阶谐波的衰减率。
另外，至于该电源电流的取得方式，可于该电源1侧安装电流检出器，以直接检出电源电流，或于该负载2侧安装电流检出器，以检出负载电流后，再与该有源电力滤波装置3的输出电流合成计算而得该电源电流。
请参考图4及5所示，由于该电力转换器31采用电流模式控制，因此该有源电力滤波装置3可视为相依电流源，如图5所示，其为第n阶谐波频率时系统的等效电路，图中ILn为该负载2的第n次谐波，ISn为该电源电流的第n次谐波电流，而该电力转换器31将产生n次谐波电流KIsn注入该电力馈线4，所以图5中根据克西荷夫电流定律可得。
I sn = 1 k + 1 I Ln - - - ( 1 )
也就是说，决定第n阶电源电流谐波的放大倍率即可设定该阶谐波的衰减率，因此在该各阶谐波计算及放大电路3312中，除了计算各阶谐波大小及相位外，也可由外部设定各阶谐波的放大倍率，以决定各阶谐波的衰减率，该各阶谐波计算及放大电路3312输出即为该补偿电流参考信号
Figure S07186610820070330D000081
中的谐波成份。
请再参考图4所示，本发明有源电力滤波装置3的控制器33的第二个回路332用来计算该补偿电流参考信号
Figure S07186610820070330D000082
中的基频无功成份，该第二个回路332的输出用以使该有源电力滤波装置3产生的补偿电流包含正比于该电源1的基频电压微分的电流成份，以使该有源电力滤波装置3操作成一基频虚拟电容并联于该电源1以产生无功，用以补偿该负载2的无功。而由于该电力转换器31采用电流控制模式，由基本电路理论得知电容电流为
i c = c dV dt - - - ( 2 )
因此，若控制该电力转换器31产生正比于该电源电压基频成份微分的电流，即可将该有源电力滤波装置3操作成基频虚拟电容，以并联在该电源1与该负载2之间作无功补偿，为了避免造成谐波污染，所以该有源电力滤波装置3只在基频下操作成基频虚拟电容。
请再参考图4所示，该基频无功回路332包含基频无功计算电路3320、第一电压检出器3321、带通滤波器3322、微分电路3323及第一乘法器3324。该电源电压经该第一电压检出器3321检出，检出的电源电压与该第一电流检出器3310检出的电源电流送至该基频无功计算电路3320，以决定所需补偿无功量的等效电容值，进而决定该有源电力滤波装置3所需操作的等效电容值，另外，检出的电源电压也会送到该带通滤波器3322，该带通滤波器3322可取出该电源电压的基频成份，该带通 滤波器3322的输出再送至该微分电路3323，以产生该电源电压基频成份的微分信号，将该基频无功计算电路3320与该微分电路3323的输出送至该第一乘法器3324，该第一乘法器3324即为该补偿电流参考信号
Figure S07186610820070330D000091
中的基频无功成份。
请再参考图4所示，本发明有源电力滤波装置3的控制器33的第三个回路333用来计算该补偿电流参考信号中的基频有功成份，该第三个回路333的输出用以使该有源电力滤波装置3产生的补偿电流包含正比于该电源1的基频电压的电流成份，以使该有源电力滤波装置3操作成一基频虚拟电阻并联于该电源1以吸入有功，用以补偿该电力转换器31本身的有功损耗，并维持该储能电容30提供的直流电压的稳定。由于该电力转换器31采用电流控制模式，由基本电路理论得知电阻电流为
i R = V R - - - ( 3 )
因此，如果控制该电力转换器31产生正比于该电源1的基频电压的电流，即可将该有源电力滤波装置3操作成基频虚拟电阻并联该电源1，以便从该电源1注入有功，进而补偿该电力转换器31本身的损失，为了避免造成谐波污染，所以该有源电力滤波装置3只在基频下操作成基频虚拟电阻。
请再参考图4所示，该基频有功回路333包含第二电压检出器3330、第一减法器3331、第一控制器3332及第二乘法器3333。该第二电压检出器3330检出该储能电容30两端电压，检出的储能电容30两端电压与一设定电压送到该第一减法器3331，该第一减法器3331的输出再送至该第一控制器3332，该第一控制器3332即决定该等效电阻的大小，该第一控制器3332与该带通滤波器3322的输出送至该第二乘法器3333相乘，该第二乘法器3333输出即为该补偿电流参考信号
Figure S07186610820070330D000094
中的基频有功成份。
请再参考图4所示，最后，将本发明有源电力滤波装置3的控制器33的谐波成份计算回路331、基频无功回路332与基频有功回路333输出的谐波成份、基频无功成份与基频有功成份送至选择电路334，该选择电路334可依设定来选择该补偿电流参考信号(Ir *)的组合，其组合方式如下：
将该基频有功成份及该基频无功成份相加作为该补偿电流参考信号(Ir *)，以补偿该负载2的基频无功电流；
将该基频有功成份及该谐波成份相加作为该补偿电流参考信号(Ir *)，以衰减该负载2的特定阶数谐波电流；
将该基频有功成份、该基频无功成份及该谐波成份相加作为该补偿电流参考信号(Ir *)，以补偿该负载2的基频无功电流并衰减该负载2的特定阶数谐波电流。
请再参考图4所示，该有源电力滤波器3的输出电流经第二电流检出器335检出后与该补偿电流参考信号(Ir *)送到第二减法器336，该第二减法器336的输出送到第二控制器337，该第二控制器337输出再送到脉宽调制电路338，以产生该电力转换器31的电力电子开关组件组的控制信号，该补偿电流参考信号(Ir *)与该有源电力滤波装置3的输出电流经此闭环控制，可以使该有源电力滤波装置3输出电流追随该补偿电流参考信号(Ir *)，以完成电流控制模式，该有源电力滤波装置3从而产生该补偿电流注入该电力馈线4，该补偿电流包含该基频无功回路332与该基频无功回路332输出的基频无功成份与基频有功成份之和，就好像将该有源电力滤波装置3在基频时操作成虚拟电容与虚拟电阻的并联，进而完成该有源电力滤波装置3的无功补偿功能，并补偿该有源电力滤波装置3 本身的损失，该补偿电流也包含该谐波成份计算回路331输出的谐波成份，因此可选择性抑制该电源电流的预设阶数谐波，并达到各阶谐波预设的衰减率，以完成该有源电力滤波装置3的谐波滤波功能。
请参考图6所示，其公开了本发明第二实施例的有源电力滤波装置3。相较于第一实施例，第二实施例的电力转换器31进一步由四臂桥式架构来实现，该四臂桥式架构由八个电力电子开关组件组成，且该储能电容器30仅包含一个直流电容器，该中性电力馈线43连接至该电力转换器31的四臂桥式架构的第四臂的二电力电子开关组件的连接点。
请参考图7所示，其公开了本发明第三实施例的有源电力滤波装置3。相较于第二实施例，第三实施例的有源电力滤波装置3应用于三相三线式配电系统。其中该电源1为三相三线式交流电源，该电源1经由一组电力馈线4供应三相电力给该负载2。该第三较佳实施例的有源电力滤波装置3的控制与功能与第一实施例一样，不再赘述。
请参考图8所示，其公开了本发明第四实施例的有源电力滤波装置3。相较于第一至三实施例，该第四实施例的有源电力滤波装置应用于较高电压的三相四线式配电系统。其中该电源1为三相四线式为一较高电压之交流电源。特别是相较于第一实施例，该有源电力滤波装置3另设有交流电力电容器组34，该交流电力电容器组34与该滤波电路32串联后，再连接到该三相电力馈线40、41及42，该交流电力电容器组34用以提供基本无功量，并抵挡大部份电源1的基本波成份，以使该有源电力滤波装置3可应用于较高电压的电源系统。该第四实施例的有源电力滤波装置3的操作与控制方法皆与该第一至三实施例的有源电力滤波装置3相同，除了该控制器33中之该基频无功计算电路313必须设一最小等效电容的限制值，以避免该有源电力滤波装置3过载。
请参考图9所示，其公开了本发明第五实施例的有源电力滤波装置3。 相较于第四实施例，本发明第五较佳实施例中的电力转换器31亦可由四臂桥式架构来实现，该四臂桥式架构由八个电力电子开关组件组成，且该储能电容器30仅包含一个直流电容器，该中性电力馈线43连接至该电力转换器31的四臂桥式架构之第四臂的中点。
请参考图10所示，其公开了本发明第六实施例的有源电力滤波装置3。相较于第五实施例，本发明第六实施例的有源电力滤波装置3应用于较高电压的三相三线式配电系统。其中该电源1为较高电压的三相三线式交流电源。另外，相较于第四实施例，该储能电容器30仅包含一个直流电容器，该第六实施例的有源电力滤波装置3及其控制器33的操作与控制方法皆与该第四实施例的有源电力滤波装置3及其控制器33相同，不再赘述。
由以上所述可发现，本发明的有源电力滤波装置3相较于现有有源电力滤波装置利用检测电源电流来计算补偿电流的方式具有更好的滤波效果，且本发明的有源电力滤波装置3通过在基频时，操作成虚拟电容与虚拟电阻并联，再并联于该电源1以补偿该负载2的无功及该有源电力滤波装置3本身的损失。

Claims (17)

1.一种有源电力滤波装置，其特征在于，其包含：
一个储能电容器，该储能电容器提供一个直流电压；
一个电力转换器，其由数个电力电子开关组件组成，该电力转换器电性连接至该储能电容器两端，用于切换该储能电容器的直流电压；
一个滤波电路，其一端电性连接至该电力转换器，而另一端电性连接至一个电源及一个负载之间的电力馈线，用于滤除该电力转换器切换产生的涟波；及
一个控制器，其输出连接至该电力转换器的电力电子开关组件，其分别检测电源电流、电源电压及所述储能电容器的电压，以计算产生一个补偿电流的参考信号，并通过所检测的该有源电力滤波装置的输出电流与该补偿电流的参考信号作闭环控制，以控制该电力转换器的电力电子开关组件的切换产生该补偿电流；
其中该控制器包含一个谐波成份计算电路，其设有一个第一电流检出器、一个带阻滤波器及一个各阶谐波计算及放大电路，该第一电流检出器检出该电源电流并送至该带阻滤波器，以滤除基频成份，该带阻滤波器输出再送至该各阶谐波计算及放大电路计算各阶谐波，并依预设的各阶谐波的衰减率以设定各阶谐波成份的放大率，使该补偿电流包含一个正比于该负载之特定阶数谐波电流的电流成份注入该电源及该负载间的电力馈线，以便该有源电力滤波装置可衰减该负载的特定阶数谐波电流。
2.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该补偿电流包含一个正比于该电源的基频电压的电流成份，以便该有源电力滤波装置操作成一个基频虚拟电阻并联于该电源，以从该电源吸入一个有功，用以补偿该有源电力滤波装置本身的损失。
3.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该补偿 电流另包含一个正比于该电源之基频电压微分的电流成份，以便该有源电力滤波装置操作成一个基频虚拟电容并联于该电源以产生一个无功，用以补偿该负载的无功。
4.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该电源电流也可利用一个电流检出器检出负载电流，并与该有源电力滤波装置的输出电流合成计算而得该电源电流。
5.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该控制器包含一个基频无功回路，其设有一个基频无功计算电路、一个第一电压检出器、一个带通滤波器、一个微分电路及一个第一乘法器，该第一电压检出器检出电源电压，该基频无功计算电路接收该电源电压及该电源电流，以计算出该电力转换器操作的等效电容，而该检出的电源电压经由该带通滤波器取出基频成份后送至该微分电路，该微分电路与该基频无功计算电路输出送至该第一乘法器，以得到一个正比于该电源电压基频成份微分的信号。
6.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该控制器包含一个基频有功回路，其设有一个第二电压检出器、一个第一减法器、一个第一控制器及一个第二乘法器，该第二电压检出器用以检测该储能电容电压并与一设定电压送至该第一减法器相减，相减结果再经由该第一控制器决定该电力转换器操作的等效电阻，而该第一控制器输出与该带通滤波器的输出送至该第二乘法器，以得到一个正比于该电源电压基频成份的信号。
7.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该控制器另设一个基频无功回路、一个基频有功回路及一个选择电路，该基频无功回路设有一个基频无功计算电路、一个第一电压检出器、一个带 通滤波器、一个微分电路及一个第一乘法器，该第一电压检出器检出一个电源电压，该基频无功计算电路接收该电源电压及该电源电流，以计算出该电力转换器操作的等效电容，而该检出的电源电压经由该带通滤波器取出基频成份后送至该微分电路，该微分电路与该基频无功计算电路输出送至该第一乘法器，以得到一个正比于该电源电压基频成份微分的信号，该基频有功回路设有一个第二电压检出器、一个第一减法器、一个第一控制器及一个第二乘法器，该第二电压检出器用以检测该储能电容电压并与一设定电压送至该第一减法器相减，相减结果再经由该第一控制器决定该电力转换器操作的等效电阻，而该第一控制器输出与该带通滤波器的输出送至该第二乘法器，以得到一个正比于该电源电压基频成份的信号，该选择电路用以选择该谐波成份计算回路、基频无功回路及该基频有功回路的输出的组合，以计算该补偿电流的参考信号。
8.根据权利要求7所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该选择电路选择将该基频有功回路及该基频无功回路的输出相加，以补偿该有源电力滤波装置本身的损失及该负载的基频无功电流。
9.根据权利要求7所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该选择电路选择将该基频有功回路及该谐波成份计算回路的输出相加，以补偿该有源电力滤波装置本身的损失及衰减该负载的特定阶数谐波电流。
10.根据权利要求7所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该选择电路选择将该基频有功回路、该谐波成份计算回路及该谐波成份计算回路的输出相加，以补偿该有源电力滤波装置本身的损失及该负载的基频无功电流并衰减该负载的特定阶数谐波电流。
11.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该控制器另设一个第二电流检出器、一个第二减法器、一个第二控制器及一个 脉宽调制电路，该第二电流检出器检出该该有源电力滤波装置的输出电流并与该补偿电流参考信号送至该第二减法器相减，相减结果送到该第二控制器，该第二控制器的输出再送到该脉宽调制电路，以便产生该电力转换器的电力电子开关的控制信号，进而将该电力转换器操作成一个电流控制模式。
12.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该电力转换器使用在三相四线式配电系统时，其利用一个三臂桥式架构来实现，该三臂桥式架构由六个电力电子开关组件组成，该储能电容器由两个直流电容器串联组成。
13.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该电力转换器使用在三相四线式配电系统时，其利用一个四臂桥式架构来实现，该四臂桥式架构由八个电力电子开关组件组成，该储能电容器由一个直流电容器组成。
14.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该电力转换器使用在三相三线式配电系统时，其利用一个三臂桥式架构来实现，该三臂桥式架构由六个电力电子开关组件组成，该储能电容器由一个直流电容器组成。
15.根据权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，该电力转换器使用在较高电压配电系统时，另设有一个交流电力电容器组，其一端与该滤波装置串联，而另一端连接至该电力馈线。
16.一种根据权利要求1所述的有源电力滤波装置的控制方法，其特征在于，利用检测电源电流，电源电压及所述储能电容器的电压，以计算一补偿电流的参考信号，该控制方法控制该电力转换器使其操作成一虚拟基频电阻，以补偿该有源电力滤波装置本身的损失，该控制器亦可 控制该电力转换器使其操作成一虚拟基频电容，以补偿补偿该负载的基频无功，该控制器亦可控制该电力转换器使其产生一正比于该负载的特定阶数谐波电流，以衰减该负载特定阶数谐波电流，并可选择特定阶数谐波电流的衰减率。
17.一种根据权利要求16的控制方法，其特征在于，为了提高该补偿电流计算之精确度，该电源电流的检测可分成两个信号用以计算该补偿电流，一个信号为检测的电源电流，另一个信号为滤除基频成份的电源电流，以增加该补偿电流计算的准确性。 
CN2007100866108A 2007-03-05 2007-03-26 有源电力滤波装置及控制方法 Active CN101277016B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW096107519A TWI347058B (en) 2007-03-05 2007-03-05 Active power filter apparatus
CN2007100866108A CN101277016B (zh) 2007-03-05 2007-03-26 有源电力滤波装置及控制方法
US11/845,822 US7787267B2 (en) 2007-03-05 2007-08-28 Active power filter

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW096107519A TWI347058B (en) 2007-03-05 2007-03-05 Active power filter apparatus
CN2007100866108A CN101277016B (zh) 2007-03-05 2007-03-26 有源电力滤波装置及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101277016A CN101277016A (zh) 2008-10-01
CN101277016B true CN101277016B (zh) 2011-07-06

Family

ID=55181820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007100866108A Active CN101277016B (zh) 2007-03-05 2007-03-26 有源电力滤波装置及控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7787267B2 (zh)
CN (1) CN101277016B (zh)
TW (1) TWI347058B (zh)

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101895119B (zh) * 2010-03-18 2012-11-21 艾默生网络能源有限公司 并联型有源电力滤波器的补偿系统
FR2961965B1 (fr) * 2010-06-25 2012-07-13 Valeo Sys Controle Moteur Sas Dispositif de charge de moyens d'accumulation
CN102565518A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 电流平衡测试系统
CN102110984B (zh) * 2011-03-08 2013-01-09 武汉大学 一种复合型的四桥臂并联有源电力滤波器控制方法
CN102332721B (zh) * 2011-09-13 2013-04-03 湖南工业大学 基于最佳线性预测理论的混合电力滤波器谐波电流预测方法
CN103095293B (zh) * 2011-11-02 2016-04-06 山东锦华电力设备有限公司 采用高精度单相数字锁相环的滤波器方法
SE536142C2 (sv) * 2011-11-25 2013-05-28 Comsys Ab Aktivt filter för resonansreduktion
CN103296907B (zh) * 2012-03-02 2015-05-06 台达电子企业管理（上海）有限公司 多重化逆变器及有源电力滤波系统
CN103296908B (zh) * 2012-03-02 2015-08-26 台达电子企业管理（上海）有限公司 多重化逆变器及有源电力滤波器
US9088230B2 (en) 2012-06-01 2015-07-21 Hamilton Sundstrand Corporation Dual generator system
CN103532412A (zh) * 2012-07-05 2014-01-22 台达电子工业股份有限公司 一种功率变换器的反馈控制电路及功率变换器系统
CN102969877B (zh) * 2012-11-16 2014-12-10 上海交通大学 采用分裂电容串联阻尼电阻的lcl滤波器设计方法
US8816650B2 (en) 2012-11-19 2014-08-26 Hamilton Sundstrand Corporation Modulating current in a dual generator system
TWI464993B (zh) * 2013-01-11 2014-12-11 Univ Nat Sun Yat Sen 電力分散式系統
WO2014174667A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 富士電機株式会社 共振抑制装置
TWI571026B (zh) * 2013-07-18 2017-02-11 Decentralized load current sensing system
CN103457266A (zh) * 2013-09-16 2013-12-18 国网河南省电力公司焦作供电公司 并联型有源滤波器及其电流检测方法
CN104730363B (zh) * 2013-12-20 2018-01-12 维谛技术有限公司 一种滤波器检测方法及设备
CN103795064B (zh) * 2014-01-20 2015-09-30 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种高压直流输电工程交流电压采集控制方法与装置
CN104113066B (zh) * 2014-08-08 2016-08-17 哈尔滨同为电气股份有限公司 适用于电流定时比较控制的并联apf虚拟阻尼方法
CN105634003A (zh) * 2015-01-30 2016-06-01 华北电力大学 一种基于虚拟电容的弱交流电网mmc系统控制策略
US10197605B2 (en) * 2015-03-26 2019-02-05 Microchip Technology Incorporated System and method for ripple-free AC power determination
KR102499262B1 (ko) * 2015-10-14 2023-02-13 삼성전자주식회사 액티브 필터 및 그 제어방법, 액티브 필터를 포함하는 전력 관리 시스템
JP6485330B2 (ja) * 2015-11-10 2019-03-20 株式会社デンソー モータ制御装置
CN105529709A (zh) * 2015-11-27 2016-04-27 国家电网公司 有源滤波器电流预测滞环控制方法
JP6299831B1 (ja) * 2016-09-30 2018-03-28 ダイキン工業株式会社 アクティブフィルタ装置、空気調和装置、及び空気調和システム
CN111869069B (zh) * 2018-01-15 2024-10-18 金斯顿女王大学 功控电容器电路及其控制方法
CN108288857B (zh) * 2018-04-08 2023-07-25 广东工业大学 一种双谐振型三相有源电力滤波器、控制方法及装置
AT521551A1 (de) * 2018-07-23 2020-02-15 Ait Austrian Inst Tech Gmbh Vorrichtung zur Stabilisierung sowie zum Filtern von Störungen bei einem Mehrphasen-Wechselspannungsnetz
CN109301831A (zh) * 2018-11-23 2019-02-01 国网天津市电力公司 基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波方法
US11271402B2 (en) 2019-04-09 2022-03-08 Smart Wires Inc. Detection and elimination of DC injection on the power grid system
CN110137975A (zh) * 2019-05-24 2019-08-16 河北德瑞特电器有限公司 基于电流型逆变器的新型电能质量控制器及其控制方法
CN110445193B (zh) * 2019-07-22 2021-05-04 国网上海市电力公司经济技术研究院 一种基于虚拟电厂调频控制策略的调频补偿分配方法
CN110850202A (zh) * 2019-10-31 2020-02-28 许继电源有限公司 一种应用于电能质量治理装置的负载装置
CN111969867B (zh) * 2020-08-17 2022-01-07 成都尚华电气有限公司 无功电流环给定量计算方法、整流器控制方法及系统
CN112152216A (zh) * 2020-09-27 2020-12-29 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 一种电气化铁路电能质量综合补偿方法及系统
CN112510712A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 武汉理工大学 基于rdft的电感电流比例前馈控制的混合滤波系统
CN112636352B (zh) * 2020-12-23 2023-02-17 广东电网有限责任公司 一种电能质量控制器、控制方法及系统
CN112909944B (zh) * 2021-01-22 2021-12-07 广东志成冠军集团有限公司 一种混合电能治理装置和方法
CN113489049B (zh) * 2021-06-07 2024-05-03 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 一种并网逆变器网侧电流控制方法
RU207731U1 (ru) * 2021-07-07 2021-11-12 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Трехфазный силовой фильтр высших гармоник тока
US12015353B1 (en) * 2021-07-12 2024-06-18 Smart Wires Inc. Attenuating harmonic current in power transmission lines
CN114024315B (zh) * 2021-11-12 2023-08-29 国网山东省电力公司德州供电公司 一种基于虚拟电阻的变流器纹波均流控制方法及系统
CN114123195A (zh) * 2021-12-08 2022-03-01 国网陕西省电力公司西安供电公司 用于降低变压器及线路损耗的有源电力电子装置及方法
CN115622061A (zh) * 2022-10-23 2023-01-17 国网浙江省电力有限公司舟山供电公司 基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法
CN115642599B (zh) * 2022-12-26 2023-03-31 浙江日风电气股份有限公司 一种谐波电流抑制方法、控制装置及发电系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1750352A (zh) * 2004-09-13 2006-03-22 盈正豫顺电子股份有限公司 主动式谐波抑制装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651265A (en) * 1985-07-29 1987-03-17 Westinghouse Electric Corp. Active power conditioner system
US5321598A (en) * 1992-09-18 1994-06-14 Westinghouse Electric Corp. Three-phase active filter utilizing rotating axis transformation
US5465203A (en) * 1993-06-18 1995-11-07 Electric Power Research Institute, Inc. Hybrid series active/parallel passive power line conditioner with controlled harmonic injection
JP2784134B2 (ja) * 1993-09-07 1998-08-06 三菱電機株式会社 アクティブフィルタ装置
FR2716045B1 (fr) 1994-02-04 1996-03-15 Schlumberger Ind Sa Filtre actif.
US5614770A (en) 1994-06-06 1997-03-25 Helionetics, Inc. Structure and method for performing active injection mode filtering on an AC power system
DE4443428A1 (de) * 1994-12-06 1996-06-13 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines beliebigen m-phasigen Stromsystems n-ter Ordnung einer umrichtergespeisten Einrichtung
US5751138A (en) * 1995-06-22 1998-05-12 University Of Washington Active power conditioner for reactive and harmonic compensation having PWM and stepped-wave inverters
US5977660A (en) 1996-08-09 1999-11-02 Mesta Electronics, Inc. Active harmonic filter and power factor corrector
US6075350A (en) * 1998-04-24 2000-06-13 Lockheed Martin Energy Research Corporation Power line conditioner using cascade multilevel inverters for voltage regulation, reactive power correction, and harmonic filtering
US6882549B2 (en) * 2001-03-21 2005-04-19 Honeywell International Inc. Active filter for power distribution system with selectable harmonic elimination

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1750352A (zh) * 2004-09-13 2006-03-22 盈正豫顺电子股份有限公司 主动式谐波抑制装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP平6-348353A 1994.12.22

Also Published As

Publication number Publication date
TWI347058B (en) 2011-08-11
US20080219035A1 (en) 2008-09-11
US7787267B2 (en) 2010-08-31
TW200838083A (en) 2008-09-16
CN101277016A (zh) 2008-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101277016B (zh) 有源电力滤波装置及控制方法
EP2401805B1 (en) A hybrid distribution transformer with an integrated voltage source converter
Liu et al. Power quality improvement using controllable inductive power filtering method for industrial DC supply system
CN108471124A (zh) 光伏逆变器接入交直流混合微电网的谐振抑制方法
TWI243526B (en) Three-phase three-wire active power filter
Li et al. A high-power active filtering system with fundamental magnetic flux compensation
CN107204630B (zh) 兼具快速动态响应的海岛npc型电源高精度控制方法
CN102769291B (zh) 一种基于多相变流结构的有源电力滤波器
CN2899236Y (zh) 具有短路限流功能的统一潮流控制器
CN101017978A (zh) 大功率有源滤波器的控制方法
Faiz et al. Modeling and simulation of a three-phase inverter with rectifier-type nonlinear loads
CN102820659A (zh) 无谐波及无功检测的配电静止同步补偿控制方法
Wang et al. Modeling and control of a novel transformer-less dynamic voltage restorer based on H-bridge cascaded multilevel inverter
Azhagesan et al. Predictive current control of FL-shunt active power filter for dynamic and heterogeneous load compensation
CN201001042Y (zh) 低压配电系统电能质量综合控制器
Kannan et al. Power quality improvement using UPQC for grid interconnected renewable energy sources
CN108808695A (zh) 一种三相静止无功补偿系统及其控制方法
CN100470997C (zh) 交流负载特性的主动式调整装置
CN208352983U (zh) 单相可双向连续调节的静止无功补偿器
CN110429842B (zh) 一种结合电感电压和电容电压的单传感器逆变器控制方法
Moreno et al. A grid-tied power factor corrector microinverter without electrolytic capacitor by the control of voltage in a DC-link for a non-linear load
Sahril et al. A single phase dynamic voltage restorer (DVR) with direct AC-AC converter using dq transform to mitigate voltage sag
CN112653346A (zh) 一种三相负载不平衡条件下的逆变器前馈控制方法及系统
CN207603218U (zh) 一种智能可控动态电压调节柔性配电设备
Rajeswari et al. Analysis of dq0 based fuzzy logic controller in DVR for voltage sag and harmonic mitigation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant