CN108462178A - 一种应用于高压直流输电系统的新型hapf的拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构。高压直流输电(HVDC)系统换流站的交流侧存在诸多谐波，由谐波造成了电能质量下降的问题。本发明针对这一问题，在传统混合有源电力滤波器(HAPF)的基础上提出一种新结构。从注入支路的阻抗特性，无功静补偿能力，谐波抑制特性，系统的稳定性几个方面分析了新结构的优越性。最后利用MATLAB/SIMULINK平台对所提的新结构进行了仿真分析。结果表明所提的新型HAPF的拓扑结构具有良好的谐波补偿性能。

Description

一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构
技术领域
本发明属于电力电子在电力系统应用技术领域，在传统混合有源电力滤波器(HAPF)的基础上提出一种新结构，即一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构。
背景技术
高压直流输电(HVDC)技术以其大容量输电，电力系统联网方面的独特优势引起了广泛关注。大功率电力电子技术的发展，进一步促进了高压直流输电技术的革新。同时由于电力电子器件的非线性，在HVDC系统的换流站交流侧，不可避免的产生了如5次、11次、13次25次等诸多高次谐波，引起了交流电网的电能质量下降问题。目前的谐波治理装置主要有无源电力滤波器(passive power filter，PPF)有源电力滤波器(active power filter,APF)混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter,HAPF)。基于电路谐振原理的PPF具有大功率的优点，在高压电力系统中应用广泛，但其滤波特性受电网参数变化的影响较大。APF克服了PPF的缺点，通过向电网注入幅值相同，相位相反的谐波电流，来达到消谐的目的。但随着电网电压等级的提高，受其开关容量的限制，应用范围较小。由大容量的PPF和小容量的APF结合而成的HAPF兼顾了两者的优点。是目前工程上采用的主要滤波方式，但随着电力系统电压等级的提高，有源部分的容量也随之增加。所以进一步探索降低HAPF的有源部分容量的方法，更好治理HVDC系统换流站交流侧的谐波，具有一定的工程实际意义，也是本发明主要研究的内容。
发明内容
本发明以HVDC系统换流站的交流侧为滤波对象，提出一种HAPF的新结构，在将APF部分与基波谐振支路并联后，以一双调谐滤波器作为注入支路，同时又独立挂载又一双调谐滤波器，旨在以PPF滤除一部分谐波，APF部分滤除一部分谐波。这一结构使HAPF不仅有滤波作用还有部分无功补偿能力。
本发明采用如下技术方案实现：
一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构，包括APF、11/25双调谐滤波器、5/13双调谐滤波器、基波谐振支路；APF与基波谐振支路并联后，以5/13双调谐滤波器作为注入支路，且又独立挂载11/25双调谐滤波器；5/13双调谐滤波器与基波谐振支路串联，11/25双调谐滤波器与APF并联。
所述APF的本体拓扑结构包括直流侧电容，电压源型逆变器，滤波电感；基波谐振支路由单一电感与电容原件串联而成；11/25双调谐滤波器包括电感、电容、另一电感与另一电容的并联结构，电感、电容以及并联结构三者串联；5/13双调谐包括电感、电容、另一电感与另一电容的并联结构，电感、电容以及并联结构三者串联。
所述电压源型逆变器是三相桥式全控型逆变器，可以有效减小有源滤波部分的容量，应用于高压直流输电系统换流站的交流侧。
现有的HAPF拓扑结构主要用于10KV以下的低压配电网络，且不针对特定次谐波，与现有技术相比，本发明的HAPF针对于高压直流输电系统，且针对5,7,9,11,13,23,25次谐波有良好的谐波抑制性能。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明与传统电容式注入之路的阻抗特性对比图；
图3为本发明新HAPF拓扑结构的单相等效电路图；
图4为不同k值下的谐波抑制特性曲线图；
图5为K＝10时不同电网电感L的谐波抑制特性曲线图；
图6为图3的等效电路图；
图7为基波失谐与PPF失谐对谐波抑制特性的影响图；
图8为本发明的闭环控制系统框图；
图9为闭环系统的开环传递函数零极点图；
图10为闭环系统的奈奎斯特图的局部放大图；
图11为滤波前后的一相电流波形对比效果图，其中，图(a)为滤波前a相电流波形图，图(b)为滤波后a相电流波形图；
图12为滤波前后频谱分析对比图，其中，图(a)为滤波前a相电流频谱分
析图，图(b)为滤波后a相电流频谱分析图。
图13为传统注入时并联型有源滤波器拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
1、HAPF的新拓扑结构
本文所提出的HAPF的新结构如图1所示，针对HVDC系统换流站交流侧主要产生5，11，13，25次谐波的特点，设计了11/25双调谐PPF组，将5/13双调谐滤波器与基波谐振支路串联，形成了APF的注入支路，这一注入支路结构，降低了APF部分的基波分压，同时PPF也使一部分谐波电流无法注入的APF部分的注入支路，减小了注入支路的电流，从而起到了减小APF部分容量的作用。
2、注入支路的特性分析
2.1阻抗特性分析
由于本文是将传统HAPF的注入支路为单一电容的形式变为一个双调谐无源滤波器，为了验证该变化可在一定程度上减小基波串联谐振支路的分压，从而降低有源部分的容量的目的，对两种注入方式进行了对比分析。由文献所提出的双调谐滤波器的结构和参数设计方法，设计了5/13，11/25双调谐滤波器，以及基波谐振支路参数，具体参数如表1所示传统注入时并联型有源滤波器拓扑结构如图13所示，取注入支路电容CF为36μF。
表1双调谐滤波器以及基波谐振支路参数
Tab.1 Double tuned filter parameters and the fundamental resonantbranch
对两种注入支路的频率阻抗(取绝对值)特性进行了对比分析，如图2所示，从图2中可以看到，传统的电容式注入支路，阻抗随频率的增加而减小，必然会使大量的谐波电流流入到基波谐振支路，引起基波谐振支路较高的谐波分压，不利于APF的容量下降，而所提出的新结构，虽然在谐振频率处阻抗较低(设计需要)但在调谐频率附近呈现较高的阻抗，能够取得较高的谐波分压，从而降低了基波谐振支路的分压，减小了有源部分的容量。
2.2无功静补偿能力分析
不论是APF还是PPF由于其谐波补偿的作用必然会有无功补偿能力，因为每一由频次的谐波又可以看做是谐波无功分量和有功分量的和，本文以换流站的主要谐波为补偿对象，自然会有一定的无功补偿能力。图2可以看到当频率小于谐振点频率时，传统的电容注入支路与所提新结构阻抗呈容性，两者具备无功补偿能力，在第一个谐振点f＝250Hz后所提的新结构的阻抗较大，又因基波串联谐振支路的阻抗特性相同,所以所提的新结构的注入支路分压较好，有效降低了基波分压。在该谐振点后又有感性无功补偿能力，在第二个谐振点f＝650Hz前后有同样的无功补偿性质的交替情况，这相对于传统的注入电容支路，有避免系统的无功过补偿的优越性。
3.对新结构的滤波特性分析
3.1对新型HAPF的数学模型建立
对图1所示的新结构化简，并作单相等效电路如图3所示；Ush Ilh分别为电源谐波电压，有源部分的补偿谐波电压，谐波源产生的谐波电流。
Zsh Zgh Zch Zrh Zph分别为电网，注入支路，有源部分，基波谐振支路，无源滤波支路的阻抗。Ish Igh Ich Irh Iph Ilh分别为电网电流，注入支路电流，有源部分补偿电流，基波谐振支路电流，无源滤波支路电流，谐波电流，由基本电路定理可得(1)式
采用复合控制策略，将APF控制为受控电流源如(2)式所示，其中K为控制系数，即
Ich＝k*Ish+Ilh (2)
由(1)(2)可得谐波抑制函数G(s)如(3)式所示
3.2放大倍数k对谐波抑制特性的影响
图4为不同k值下的谐波抑制特性曲线，当k＝0时，即为只有无源滤波器投入时的情况，可以看到对5 11 13 25次谐波有明显衰减，验证了表1中双调谐滤波器的结构及参数的正确性，在投入APF部分后，当k＝10时，几乎整条曲线都处于0dB以下，体现出较好的谐波抑制性能，随着的k的增加，谐波抑制效果增加，但可以看到K＝20和K＝40时对基波电流也有大幅衰减，即有大量基波电流流入APF部分，不利于APF部分的容量减小。本文认为在K＝10较合适。
3.3电网参数变化对谐波抑制性能的影响
下图5所示为不同电网电感L的谐波抑制特性曲线，从图中可以看到在L由0.05mH变化到1mH的过程中，三条特性曲线几乎重合，仅在谐振点处略有偏差，说明本文所提的新结构对电网参数的改变不敏感，有源部分的加入很好的抑制了无源部分与电网间的谐振。
为了更好的说明此种抑制能力，结合图3和(3)式可以得到图4的等效电路图，如图6所示；图6可知在电网支路和谐波源之间存在由K控制的等效阻抗，当K＝10时，相当于使APF部分起到了谐波隔离作用，从而抑制了电网阻与PPF间的谐振。
3.4基波与无源滤波器失谐对谐波抑制性能的影响
因参数改变导致滤波器失谐将对滤波器性能产生影响，为此本文考虑基波支路与PPF部分同时分别失谐±50％，±20％时对谐波抑制特性曲线的影响，如图7所示，从图7可以看到，在高频与低频段都出现了谐振点的偏移，这可能对APF部分所承担的补偿容量产生影响，对该影响的定量分析有待进一步研究，从总体上看所提新结构仍然有较好的谐波抑制性能。
4.系统的稳定性分析
将G(S)看作Ish与Ilh之间的传递函数，可以得到该HAPF的拓扑结构的闭环控制系统框图，如图8所示，利用MATLAB软件，和表1中的数据得到了该闭环控制系统的开环传递函数的零极点图和闭环系统的奈奎斯特图的局部放大图，分别如图9，图10。由图9可以看到开环传递函数无极点在s平面的又半侧，说明开环系统稳定，图10为闭环系统的奈奎斯特图可以看到奈氏曲线没有包含(-1,0)点，由奈奎斯特稳定性判据该系统稳定。
5、基于MATLAB/SIMULINK的仿真分析
采用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法，和基于滞环比较PWM生成方法，对所提的新结构在MATLAB/SIMULINK中作了仿真分析如图11，12所示，图11为滤波前后的一相电流波形对比效果图，图12为滤波前后电流频谱分析图。
经过滤波后波形畸变率TDH由15.2％降为了2.81％，由图11，12说明了所提新结构的良好的滤波效果。

Claims (3)

1.一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构，其特征在于：包括APF、11/25双调谐滤波器、5/13双调谐滤波器、基波谐振支路；APF与基波谐振支路并联后，以5/13双调谐滤波器作为注入支路，且又独立挂载11/25双调谐滤波器；5/13双调谐滤波器与基波谐振支路串联，11/25双调谐滤波器与APF并联。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构，其特征在于：所述APF的本体拓扑结构包括直流侧电容，电压源型逆变器，滤波电感；基波谐振支路由单一电感与电容原件串联而成；11/25双调谐滤波器包括电感、电容、另一电感与另一电容的并联结构，电感、电容以及并联结构三者串联；5/13双调谐包括电感、电容、另一电感与另一电容的并联结构，电感、电容以及并联结构三者串联。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于高压直流输电系统的新型HAPF的拓扑结构，其特征在于：所述电压源型逆变器是三相桥式全控型逆变器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114725943A (zh) * 2022-06-09 2022-07-08 国网经济技术研究院有限公司 一种有源滤波器的控制方法、系统、设备和介质
CN116599066A (zh) * 2023-07-14 2023-08-15 四川大学 一种基于电压环增益锁定的混合apf灵活性提升方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1731646A (zh) * 2005-08-23 2006-02-08 湖南大学 单独注入式有源电力滤波器及分频自适应控制方法
CN103107542A (zh) * 2013-03-08 2013-05-15 威胜集团有限公司 混合电力滤波器主电路
CN103595048A (zh) * 2013-11-18 2014-02-19 湖南大学 一种混合感应型电力有源滤波系统
CN104600702A (zh) * 2014-12-18 2015-05-06 湖南大学 一种电力感应调控滤波系统及其控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1731646A (zh) * 2005-08-23 2006-02-08 湖南大学 单独注入式有源电力滤波器及分频自适应控制方法
CN103107542A (zh) * 2013-03-08 2013-05-15 威胜集团有限公司 混合电力滤波器主电路
CN103595048A (zh) * 2013-11-18 2014-02-19 湖南大学 一种混合感应型电力有源滤波系统
CN104600702A (zh) * 2014-12-18 2015-05-06 湖南大学 一种电力感应调控滤波系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
凃玲英等: "《应用于高压直流输电系统的混合有源电力滤波器》", 《华侨大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114725943A (zh) * 2022-06-09 2022-07-08 国网经济技术研究院有限公司 一种有源滤波器的控制方法、系统、设备和介质
CN116599066A (zh) * 2023-07-14 2023-08-15 四川大学 一种基于电压环增益锁定的混合apf灵活性提升方法
CN116599066B (zh) * 2023-07-14 2023-09-19 四川大学 一种基于电压环增益锁定的混合apf灵活性提升方法

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