CN109586296A - 基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置 - Google Patents

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CN109586296A CN201811387722.1A CN201811387722A CN109586296A CN 109586296 A CN109586296 A CN 109586296A CN 201811387722 A CN201811387722 A CN 201811387722A CN 109586296 A CN109586296 A CN 109586296A
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Abstract

本发明提供了一种基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置，方法包括：将无源滤波器LC与有源电力滤波器APF串联连接；检测电力系统中的有功功率变化，利用储能装置，通过APF四象限的控制能力，补偿有功功率的波动、冲击，使系统平稳运行。所述装置包括5次和7次谐波无源滤波器电路、IGBT开关有源滤波电路、PWM驱动电路、功率因数调整及瞬时无功补偿数据信号处理器控制电路、谐波治理数据信号处理器控制电路、动态检测非线性负荷总电流总电压电路和输反相多次谐波总电流总电压值电路。有效地消除有功功率冲击、波动、不平衡运行等非正常状态，可接收与传输大量信息流，使得本装置发挥出更大的作用。

Description

基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置，它属于一种在以消纳可再生能源配电网中使用的电能质量的控制方法及装置。
背景技术
供配电系统电能质量的好坏直接关系到电力系统稳定、用电设备安全和是否经济用电。随着电力电子装置和敏感负荷的使用日益增加，电能质量问题已经成为国际供电界关注的首要技术问题。在世界电力系统范围内，以新能源为主体的分布式电源在智能电网中所占的位置日趋重要。而新能源中的风能、太阳能，生物质能等可再生能源所呈现出的随机性、分散性、不稳定性造成分布式电源与电网连接时出现众多亟待解决的问题，严重谐波、电压波动、三相不平衡的出现及治理是较为突出的问题。有源电力滤波器(ActivePower Filter，简称APF)已被广泛应用于抑制电网谐波和补偿无功电流进而改进功率因数及电能质量，但在微型电网与主体电网连接处电压等级可高达35KV及以上，单纯的APF因为基本由绝缘栅双极三极管(IGBT)等电力电子元件组成，为达到其耐压耐流的要求，需要许多IGBT的串并联组合致使APF的IGBT的开关拓扑结构复杂而造成控制系统更为复杂。而且传统的APF只能解决无功扰动带来的问题，对于有功扰动却无能为力。
现有技术CN101924370B公开了公开了一种混合型电能质量治理装置，包括有源和无源部分，有源部分包括有源电力滤波器APF，静止无功发生器SVG，SVG用于提供暂态无功功率，APF用于滤除谐波；APF和SVG具有不少于两组，且以并联形式通过变压器隔离方式与三相电网连接；无源部分包括静止无功补偿器SVC，SVC用于提供稳态无功功率；SVC包括晶闸管投切电容器TSC，晶闸管控制电抗器TCR，固定电容补偿FC，TSC，TCR，FC均直接与三相电网相连；TSC用于提供大容量容性无功功率，FC用于提供小容量无功功率，并兼做TCR的主要次谐波滤波支路，用于对电能系统进行协调综合补偿和谐波治理。
在高速铁路的配电系统中，由于高速列车采用的是单相供电，电能质量也面临更为复杂的环境，并且由于高铁高速地切入和切出受电线，牵引变的工作环境也日益恶化，谐波、有功冲击、大量负序的出现也是目前使用基于APF原理的设备无法彻底解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有APF存在着较难工作在35KV及以上电压电网中，并且无法彻底解决配电系统有功冲击和波动的技术难点，提供一种能在35KV及以上电压电网中工作的基于储能的混合型有源电力动态滤波器(hybrid active power dynamic filter onelectrical energy，简称HAPDFEE)的控制方法及装置。具体技术方案如下：
一种基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法包括以下步骤：1)将无源滤波器LC与有源电力滤波器APF串联连接，所述无源滤波器LC滤掉电力系统中的5次和7次谐波，所述有源电力滤波器APF滤掉电力系统中大于11次奇次谐波的高次谐波，瞬时抑制谐波并进行瞬时的无功补偿，使电力系统电流电压运行在超前、滞后及功率因数为1；2)检测电力系统中的有功功率变化，利用储能装置，通过APF四象限的控制能力，补偿有功功率的波动、冲击，使系统平稳运行。
一种用于实现上述基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法的装置，所述装置包括5次谐波无源滤波器电路、7次谐波无源滤波器电路、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路、脉宽调制(PWM)驱动电路、功率因数调整及瞬时无功补偿数据信号处理器(DSP)控制电路、谐波治理数据信号处理器(DSP)控制电路、动态检测非线性负荷总电流总电压电路和输反相多次谐波总电流总电压值电路；
所述5次谐波无源滤波器电路和7次谐波无源滤波器电路并联连接后，一端接入电力系统出口电压S点，另一端与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路连接；
所述脉宽调制(PWM)驱动电路与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路、功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路连接，实时接收功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路的控制信息，发出触发脉冲控制绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路中的绝缘栅双极三极管开关达到功率因数调整、瞬时无功补偿及谐波治理的功能；
所述动态检测非线性负荷总电流总电压电路一端接入电力系统，另一端接入谐波治理DSP控制电路，动态检测非线性负荷电流源t时刻包括基波及所有谐波的总电流，t时刻非线性负荷电流源产生的包括基波及所有谐波的总电压，并将检测到的总电流和总电压实时送入谐波治理DSP控制电路中；
所述输反相多次谐波总电流总电压值电路一端接入电力系统，另一端接入绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路，通过输反相多次谐波总电流值和输反相多次谐波总电压值，去抵消非线性负荷产生的除基波外的总谐波电流和总谐波电压。
具体地，所述5次谐波无源滤波器电路和7次谐波无源滤波器电路将滤掉5次和7次谐波后的带有谐波分量的电流电压总量值传送给电流电压实时检测瞬时波形识别电路和绝缘栅双极三极管开关有源滤波电路；所述绝缘栅双极三极管开关有源滤波电路利用有源电力滤波器APF滤掉11次及以上奇次谐波的高次谐波。
具体地，所述装置还包括两个绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路，所述绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路一端与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路连接，另一端分别与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路连接；将绝缘栅双极三极管开关运行状态信息实时传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路，以实现功率因数调整、瞬时无功补偿及快速傅里叶变换(FFT)计算和谐波计算、谐波控制的功能。
具体地，所述装置还包括总谐波电流和总谐波电压计算电路、实时动态采集计算电流电压信息电路和实时计算电流电压总谐波畸变率电路，分别与谐波治理数据信号处理器(DSP)控制电路连接；所述总谐波电流和总谐波电压计算电路计算除基波外的总谐波电流和总谐波电压，并将信息反馈给谐波治理DSP控制电路；实时动态采集计算电流电压信息电路实时动态采集计算电流电压信息流，并将信息流传输到智能电网的任意需求点并与本控制装置互动；所述实时计算电流电压总谐波畸变率电路实时计算电流总谐波畸变率和电压总谐波畸变率。
具体地，所述装置还包括电流电压实时检测瞬时波形识别电路，所述电流电压实时检测瞬时波形识别电路设置在所述5次谐波无源滤波器电路和7次谐波无源滤波器与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路连接线上某一点C；实时检测C点电流电压，以求达到对C点及电力系统出口电压S点的电流电压比较，找出基波与各谐波的关系。
具体地，所述装置还包括C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路，所述C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路连接，计算β(t)值并将数值传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路。
具体地，所述装置还包括电流电压实时采样电路、电力系统电流电压同步检测电路、与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路，依次连接；其中所述电力系统电流电压同步检测电路实时检测电力系统电流电压值，使与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器发出与电力系统实时一致的同步参考电流电压信号。
具体地，所述电流电压实时采样电路与电力系统t时刻等效戴维南阻抗Zs(t)、电力系统出口电压S点、电力系统电流电压同步检测电路和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路连接，实时采样本装置与电力系统连接点t时刻的总电流值及总电压值信息，并传送入电力系统电流电压同步检测电路和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路中。
具体地，所述装置还包括电流电压比较电路，所述电流电压比较电路与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路、与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路和谐波治理DSP控制电路连接；所述与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路产生与电力系统同步且无谐波t时刻的基波正弦参考电流、基波正弦参考电压，并将基波正弦参考电流、基波正弦参考电压数据传送到电流电压比较电路和电流电压实时检测瞬时波形识别电路中；所述电流电压比较电路将功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路在t时刻输出的电流值、电压值，与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路产生无谐波的基波正弦电流参考值、无谐波的基波正弦电压参考值进行比较，将比较得出的电流增量和电压增量作为控制量送入谐波治理DSP控制电路中。
本发明具有以下有益效果：
1、因为本发明装置是智能电网中的一种重要装置，要满足智能电网互动化的要求，实时将本发明装置安装处运行的信息流传输到系统需要的任何点，同时实时接收从系统发来的大量信息流，以使本发明装置发挥更大的作用。
2、本发明装置还可对系统中非线性负荷产生的不平衡运行、不对称故障产生的各种非正常运行状态进行分相单独调节控制，这些功能完全是根据系统的不同故障类型或非正常运行状态，通过算法准确无误地运用PWM技术控制IGBT开关来实现。
3、在智能电网中，由于大量电力电子装置的投入使用，致使输配电力网络系统本身即成为谐波源。这样，在微型电网以非线性负荷电流源的状态经输电线路与电力网络谐波源连接时，就会使谐波的治理变得更为复杂。应用本发明装置可较好地解决这一难题。其在输电线路的两端各装一套装置各司其职，阻止谐波进入输电线路，使输电线路及安装在输电线路上的各种用电设备不受谐波干扰。
4、对于可再生能源接入以及高铁牵引站等存在大量有功冲击负载的配电网络，利用APF直流侧接入的储能装置，可以有效地消除有功功率冲击、波动、不平衡运行等非正常状态。
附图说明
图1是本发明控制装置的原理图；
图2是第h次谐波电流源iLh(t)产生的谐波等效电路；
图3是由系统电源VG(t)供电的基波等效电路；
图4是HAPDFEE控制装置在含有谐波的电力网络中的应用原理图。
具体实施例
如图1所示，实现上述实施例中基于储能的混合型电能质量控制装置的控制方法的装置，它包括电流电压实时采样电路1、系统电流电压同步检测电路2、与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3、功率因数调整及瞬时无功补偿数据信号处理器(DSP)(TMS320F2812)控制电路4、C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路5、电流电压比较电路6、C点电流电压实时检测及瞬时波形识别电路7、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路8、5次谐波无源滤波器电路9、7次谐波无源滤波器电路10、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11、脉宽调制(PWM)驱动电路12、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路13、输反相多次谐波总电流总电压值电路14、总谐波电流和总谐波电压计算电路15、谐波治理数据信号处理器(DSP)(TMS320F2812)控制电路16、动态检测非线性负荷总电流总电压电路17、实时动态采集计算电流电压信息电路18和实时计算电流电压总谐波畸变率电路19。
电流电压实时采样电路1与本装置所连接的系统t时刻等效戴维南阻抗Zs(t)，及系统出口电压S点连接，电流电压实时采样电路1还与系统电流电压同步检测电路2和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4连接，其作用是实时采样本装置与系统连接点t时刻的总电流值iST(t)及总电压值VST(t)，并将总电流值iST(t)及总电压值VST(t)信息传送入系统电流电压同步检测电路2和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4中；系统t时刻电源电压VG(t)，系统t时刻等效戴维南阻抗ZS(t)可实时检测计算得出，在理想情况下，Zs(t)＝ZS1(t)，ZS1(t)是t时刻系统的等效戴维南基波阻抗。
系统电流电压同步检测电路2与电流电压实时采样电路1和与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3连接，实时检测系统电流电压值，使与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器发出与系统实时一致的同步参考电流电压信号。
与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3与系统电流电压同步检测电路2、电流电压比较电路6和C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7连接，其作用是产生与系统同步且完美无谐波t时刻的基波正弦参考电流iref(t)、完美无谐波t时刻的基波正弦参考电压Vref(t)，并将数据传送到电流电压比较电路6和C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7。
功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4与电流电压实时采样电路1、C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路5、C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7、IGBT开关信息检测电路8、PWM驱动电路12、谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16和电流电压比较电路6连接，其作用是用快速傅里叶变换(FFT)计算t时刻C点基波电流iC1(t)，t时刻C点基波电压VC1(t)，t时刻从S点流入系统基波电流iS1(t)，S点基波电压VS1(t)，t时刻经过无源滤波器滤波后在有源滤波器分支的第h次谐波电流分量ih(t)，t时刻经过无源滤波器滤波后有源滤波器在C点所承受的由谐波电流源iLh(t)产生的第h次谐波电压VCh(t)，滤掉5次和7次谐波以后的总谐波电流ihT(t)，滤掉5次和7次谐波以后的总谐波电压VhT(t)，并通过对PWM驱动电路的控制瞬时调整无功功率及功率因数；
根据FFT公式，第h次谐波等效电路如图2所示，考虑谐波量h＝1,2,3……31即可达到精度要求，此处只考虑大于11次以上的谐波，因为5次、7次谐波已被滤掉，系统中不存在偶次谐波，不存在3次谐波以及3次谐波的倍数谐波，即经过HAPDFEE滤波后的谐波次数为h＝11,13,17……31。
值得提出的是，由于各次谐波电流电压的幅值与谐波的次数成反比，即等于基波的幅值除以各次谐波的次数，以五次谐波电流为例，|i5|＝|i1|/5,
|i1|为基波电流的幅值，|i5|为5次谐波电流的幅值。所以在电力系统中谐波的次数越高，其幅值越小，造成主要危害的是5次谐波及7次谐波。在谐波严重的装置安装地点，有时还需包括11次及13次电感电容LC无源滤波器。在这种情况下，只需将11次及13次电感电容LC无源滤波器与5次、7次电感电容LC无源滤波器并联即可。这样，绝大多数由电流谐波源产生的谐波已由电感电容LC无源滤波器滤掉，有源电力滤波器APF只需补偿电感电容LC无源滤波器未能补偿的幅值较小或很小的谐波，这样大大减小了APF的压力，从而使本发明装置HAPDFEE在承受谐波造成的高电压、大电流、大功率的能力增加。
图2中，由公式
Vch(t)＝ish(t)Zsh(t)-ih(t)Zh(t) (1)
式(1)中，VCh(t)表示t时刻经过无源滤波器滤波后有源电力滤波器在C点所承受的由谐波电流源iLh(t)产生的第h次谐波电压；这里值得提起注意的是，C点是本装置的关键采集点，因为C点是本装置经过LC无源滤波器后有源电力滤波器APF的所承受的滤去11次、13次等高次谐波后的入口点，因为滤掉后的谐波已大大减少了对APF的压力，所以APF可以对剩余谐波的电流电压波形大小相位进行任意控制；ih(t)是t时刻经过无源滤波器滤波后在有源电力滤波器分支的第h次谐波电流分量；iSh(t)是t时刻非线性负荷电流源iLh(t)第h次谐波电流源在系统分支的电流分量；ZSh(t)是t时刻非线性负荷电流源iLh(t)第h次谐波电流源在系统分支产生的谐波阻抗分量；Zh(t)是t时刻非线性负荷电流源iLh(t)第h次谐波电流源在有源电力滤波器电路分支产生的S点与C点之间谐波阻抗分量；
式(2)中，VhT(t)表示C点除5次和7次谐波外由非线性负荷电流源iLh(t)(h＝11,13,17……31)产生的总谐波电压，一直考虑到31次谐波；
式(3)中，ihT(t)表示流入有源滤波电路分支由非线性负荷电流源iLh(t)(h＝11,13,17……31)产生的总谐波电流，一直考虑到31次谐波；
从图3中所示，可得：
Vs1(t)＝VG(t)-is1(t)Zs1(t) (4)
式(4)中，VS1(t)为本装置安装点S处t时刻基波电压值，VG(t)为t时刻系统电压，iS1(t)为t时刻系统分支的基波电流，ZS1(t)是t时刻从装置安装S点向系统看入的戴维南等效电源基波阻抗。
从图3中所示，可得：
Vc1(t)＝Vs1(t)-ic1(t)Zc1(t)＝β(t)Vs1(t) (5)
式(5)中，VC1(t)为t时刻有源滤波器承受的基波电压，iC1(t)为t时刻流过有源滤波器的基波电流，ZC1(t)为t时刻S点与C点之间的等效基波阻抗，β(t)为t时刻C点与S点基波电压比值系数，由下公式可得：
QF(t)＝Vc1(t)ic1(t)＝β(t)Vs1(t)ic1(t) (7)
式(7)中，QF(t)为本发明HAPDFEE控制装置t时刻发出的瞬时无功功率。
在t时刻，为了使HAPDFEE瞬时发出正的或负的无功功率QF(t)，即减少或增加流向非线性负荷的无功功率，关键一点是要实时计算调整VS1(t)和VC1(t)的相位关系，VS1(t)的相位由系统运行状况来决定，而VC1(t)的相位是通过本发明HAPDFEE控制装置的两个DSP(TMS320F2812)电路在C点通过PWM控制APF的IGBT开关电路来实现，因为PWM可以对VC1(t)大小相位进行实时控制，即可以瞬时的对VC1(t)的相位进行控制，使VC1(t)与VS1(t)的相位相同或相反；
如果β(t)>0，VS1(t)，VC1(t)同相位，HAPDFEE瞬时发出正无功功率QF(t)，增加流向非线性负荷的无功功率；如果β(t)<0，VS1(t)，VC1(t)反相位，HAPDFEE瞬时发出负无功功率QF(t)，减少流向非线性负荷的无功功率，由此可控制功率因数大小及瞬时无功补偿。VC1(t)，VS1(t)两个变量或者相位相同或者相位相反，完全由本发明HAPDFEE控制装置通过PWM控制IGBT开关电路来实现。
在采集信号时，时间窗口的控制也是根据电流电压波形状态实时调整的，功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4还实时计算存取C点t时刻基波电流iC1(t)，C点t时刻基波电压VC1(t)，C点t-1时刻基波电流iC1(t-1)，C点t-1时刻基波电压VC1(t-1)，并根据以下公式不断计算C点t时刻基波电流的增量值ΔiC1(t)、C点t时刻基波电压的增量值ΔVC1(t)：
Δic1(t)＝ic1(t)-ic1(t-1) (8)
ΔVc1(t)＝Vc1(t)-Vc1(t-1) (9)
上述两个公式(8)、(9)中ΔVC1(t)、ΔiC1(t)作为控制量被实时送入谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16中。
C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路5与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4连接，其作用是计算β(t)值并将数值传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4。
电流电压比较电路6与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4、与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3和谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是将功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4在t时刻输出的电流电压值iS1(t)、VS1(t)，与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3产生完美无谐波的基波正弦电流参考值iref(t)，完美无谐波的基波正弦电压参考值Vref(t)进行比较，根据以下公式可得电流电压增量ΔiS1(t)、ΔVS1(t)：
Δis1(t)＝is1(t)-iref(t) (10)
ΔVs1(t)＝Vs1(t)-Vref(t) (11)
上述两个公式(10)、(11)中iS1(t)和ΔVS1(t)作为控制量被送入谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16中；
C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4、5次谐波无源滤波器电路9、7次谐波无源滤波器电路10和IGBT开关有源滤波电路11和与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3连接，其作用是实时检测C点电流电压，以求达到对C点及S点的电流电压比较，从而找出基波与各谐波的关系。
IGBT开关信息检测电路8与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4和IGBT开关有源滤波电路11连接，其作用是将IGBT开关运行状态信息实时传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4，以实现功率因数调整、瞬时无功补偿及快速傅里叶变换(FFT)计算的功能。
5次谐波无源滤波器电路9是由电感电容LC组成的无源谐波滤波器，该电路与系统出口电压S点和C点连接，并通过S点和C点与7次谐波无源滤波器电路10并联连接，并在C点与C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和绝缘栅双极三极管IGBT开关有源滤波电路11连接，其作用是将滤掉5次谐波后的带有谐波分量的电流电压总量值传送给C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和IGBT开关有源滤波电路11。
7次谐波无源滤波器电路10是由电感电容LC组成的无源谐波滤波器，该电路与系统出口电压S点和C点连接、并通过S点和C点与5次谐波无源滤波器电路9并联连接，并在C点与C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11连接，其作用是将滤掉7次谐波后的带有谐波分量的电流电压总量值传送给C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和IGBT开关有源滤波电路11。
绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11在C点与5次谐波无源滤波器电路9和7次谐波无源滤波器电路10连接，并在C点与C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7连接，同时与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路8、输反相多次谐波总电流总电压值电路14、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路13和PWM驱动电路12连接，其作用是用有源滤波器APF将剩余的11次及以上奇次谐波的高次谐波滤掉。
PWM驱动电路12与IGBT开关有源滤波电路11、功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4和谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是实时接收功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4和谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16的控制信息，发出准确的触发脉冲去控制IGBT开关有源滤波电路11中的IGBT开关以达到功率因数调整、瞬时无功补偿及谐波治理的功能。
IGBT开关信息检测电路13与IGBT开关有源滤波电路11和谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是将IGBT开关运行状态信息实时传送给谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16，实时准确的通过PWM驱动电路12控制IGBT开关有源滤波电路11中的IGBT开关以实现谐波计算和谐波控制的功能。
输反相多次谐波总电流总电压值电路14与系统出口电压S点和IGBT开关有源滤波电路11连接，其作用是输反相多次谐波总电流值ih-T(t)，输反相多次谐波总电压值Vh-T(t)，去抵消非线性负荷产生的除基波外的总谐波电流、总谐波电压。
总谐波电流和总谐波电压计算电路15与谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是计算除基波外的总谐波电流ih-T(t)和总谐波电压Vh-T(t)并将信息反馈给谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16，根据公式可得：
ih--T(t)＝iT(t)-isT(t) (12)
式(12)中，iT(t)是t时刻非线性负荷电流源产生的包括基波和总谐波的总非线性电流；iST(t)是t时刻系统分支的非线性负荷电流源产生的包括基波和总谐波的总非线性电流。
vh--T(t)＝vsT(t)-vs1(t) (13)
式(13)中，VST(t)是t时刻非线性负荷电流源产生的包括基波和总谐波的总非线性电压；VS1(t)是t时刻系统S点的基波电压。
谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16与总谐波电流和总谐波电压计算电路15、IGBT开关信息检测电路13、PWM驱动电路12、功率因数调整及瞬时无功补偿DSP(TMS320F2812)控制电路4、电流电压比较电路6、动态检测非线性负荷总电流、总电压电路17、实时动态采集计算电流电压信息电路18和实时计算电流电压总谐波畸变率电路19连接，其作用是用变量ih-T(t)，Vh-T(t)，ΔiC1(t)、ΔVC1(t)，ΔiS1(t)、ΔVS1(t)，为控制变量去驱动PWM电路，并准确控制IGBT开关，进行谐波控制并计算电流总谐波畸变率THD i(t)、电压总谐波畸变率THD V(t)，由以下公式可得：
动态检测非线性负荷总电流、总电压电路17与系统出口电压S点和谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是动态检测非线性负荷电流源t时刻包括基波及所有谐波的总电流iT(t)，t时刻非线性负荷电流源产生的包括基波及所有谐波的总电压VST(t)，iT(t)与VST(t)被实时送入谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16中。
实时动态采集计算电流电压信息电路18与谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是实时动态采集计算电流电压信息流，并将信息流传输到智能电网的任意需求点并与本控制装置互动。
实时计算电流电压总谐波畸变率电路19与谐波治理DSP(TMS320F2812)控制电路16连接，其作用是实时计算电流总谐波畸变率THD i(t)，电压总谐波畸变率THD V(t)。
如图2所示，该图是第h次谐波电流源iLh(t)产生的谐波等效电路，非线性负荷第h次电流源iLh(t)在S点分流为两支路电流分量，ih(t)是t时刻经过无源滤波器滤波后在有源滤波器分支的第h次谐波电流分量；iSh(t)是t时刻非线性负荷电流源iLh(t)第h次谐波电流源在系统分支的电流分量；ZSh(t)是t时刻非线性负荷电流源iLh(t)第h次谐波电流源在系统分支产生的谐波阻抗分量；Zh(t)是t时刻非线性负荷电流源iLh(t)第h次谐波电流源在有源滤波器电路分支产生的S点与C点之间谐波阻抗分量；VCh(t)表示t时刻经过无源滤波器滤波后有源滤波器在C点所承受的由谐波电流源iLh(t)产生的第h次谐波电压；VSh(t)表示t时刻在S点承受的由谐波电流源iLh(t)产生的第h次谐波电压；电流源iLh(t)正极性端在S点与ZSh(t)的右端和Zh(t)的上端连接，电流源iLh(t)负极性端与地连接，ZSh(t)左端与地连接，Zh(t)下端在C点与VCh(t)的正极性端连接，VCh(t)负极性端与地连接。
如图3所示，该图是由系统电源VG(t)供电的基波等效电路，VS1(t)为本装置安装点S处t时刻基波电压值，VG(t)为t时刻系统电压，iS1(t)为t时刻系统分支的基波电流，ZS1(t)是t时刻从装置安装S点向系统看入的戴维南等效电源基波阻抗；VC1(t)为t时刻有源滤波器承受的基波电压，iC1(t)为t时刻流过有源滤波器的基波电流，ZC1(t)为t时刻S点与C点之间的等效基波阻抗，ZL1(t)是t时刻等效负荷基波阻抗；ZL1(t)下端与地相连，ZL1(t)上端在S点与ZS1(t)右端和ZC1(t)上端连接，系统电源VG(t)的负极性端与地连接，系统电源VG(t)的正极性端与ZS1(t)左端连接，ZC1(t)的上端在S点与ZS1(t)的右端、ZL1(t)的上端连接，ZC1(t)的下端在C点与VC1(t)的正极性端连接，VC1(t)的负极性端与地连接。
如图4所示，该图是HAPDFEE在含有谐波的电力网络中的应用原理图，VGh(t)是含有谐波的电流网络谐波源，B1是电力网络与输电线路连接点的母线，HAPDFEE控制装置1是智能电网中混合型电能质量控制装置控制装置1，HAPDFEE控制装置2是智能电网中混合型电能质量控制装置控制装置2，iLTh(t)是微型电网非线性负荷包括基波和总谐波在内的谐波电流源，B2是微型电网非线性负荷包括基波和总谐波在内的谐波电流源和输电线路连接点的母线，VGh(t)的负极性端与地连接，VGh(t)的正极性端在母线B1点与HAPDFEE控制装置1的上端、输电线路的左端连接，HAPDFEE控制装置1的下端与地连接；输电线路的右端在母线B2点与HAPDFEE控制装置2的上端、微型电网非线性负荷包括基波和总谐波在内的谐波电流源iLTh(t)的正极性端连接，HAPDFEE控制装置2的下端与地连接，微型电网非线性负荷包括基波和总谐波在内的谐波电流源iLTh(t)的负极性端与地连接。

Claims (10)

1.一种基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法，包括以下步骤：
1)将无源滤波器LC与有源电力滤波器APF串联连接，所述无源滤波器LC滤掉电力系统中的5次和7次谐波，所述有源电力滤波器APF滤掉电力系统中大于11次奇次谐波的高次谐波，瞬时抑制谐波并进行瞬时的无功补偿，使电力系统电流电压运行在超前、滞后及功率因数为1；
2)检测电力系统中的有功功率变化，利用储能装置，通过APF四象限的控制能力，补偿有功功率的波动、冲击，使系统平稳运行。
2.一种用于实现权利要求1所述的基于储能的混合型有源电力动态滤波器的控制方法的装置，其特征在于，所述装置包括5次谐波无源滤波器电路、7次谐波无源滤波器电路、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路、脉宽调制(PWM)驱动电路、功率因数调整及瞬时无功补偿数据信号处理器(DSP)控制电路、谐波治理数据信号处理器(DSP)控制电路、动态检测非线性负荷总电流总电压电路和输反相多次谐波总电流总电压值电路；
所述5次谐波无源滤波器电路和7次谐波无源滤波器电路并联连接后，一端接入电力系统出口电压S点，另一端与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路连接；
所述脉宽调制(PWM)驱动电路与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路、功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路连接，实时接收功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路的控制信息，发出触发脉冲控制绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路中的绝缘栅双极三极管开关达到功率因数调整、瞬时无功补偿及谐波治理的功能；
所述动态检测非线性负荷总电流总电压电路一端接入电力系统，另一端接入谐波治理DSP控制电路，动态检测非线性负荷电流源t时刻包括基波及所有谐波的总电流，t时刻非线性负荷电流源产生的包括基波及所有谐波的总电压，并将检测到的总电流和总电压实时送入谐波治理DSP控制电路中；
所述输反相多次谐波总电流总电压值电路一端接入电力系统，另一端接入绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路，通过输反相多次谐波总电流值和输反相多次谐波总电压值，去抵消非线性负荷产生的除基波外的总谐波电流和总谐波电压。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述5次谐波无源滤波器电路和7次谐波无源滤波器电路将滤掉5次和7次谐波后的带有谐波分量的电流电压总量值传送给电流电压实时检测瞬时波形识别电路和绝缘栅双极三极管开关有源滤波电路；所述绝缘栅双极三极管开关有源滤波电路利用有源电力滤波器APF滤掉11次及以上奇次谐波的高次谐波。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括两个绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路，所述绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路一端与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路连接，另一端分别与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路连接；将绝缘栅双极三极管开关运行状态信息实时传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路和谐波治理DSP控制电路，以实现功率因数调整、瞬时无功补偿及快速傅里叶变换(FFT)计算和谐波计算、谐波控制的功能。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括总谐波电流和总谐波电压计算电路、实时动态采集计算电流电压信息电路和实时计算电流电压总谐波畸变率电路，分别与谐波治理数据信号处理器(DSP)控制电路连接；所述总谐波电流和总谐波电压计算电路计算除基波外的总谐波电流和总谐波电压，并将信息反馈给谐波治理DSP控制电路；实时动态采集计算电流电压信息电路实时动态采集计算电流电压信息流，并将信息流传输到智能电网的任意需求点并与本控制装置互动；所述实时计算电流电压总谐波畸变率电路实时计算电流总谐波畸变率和电压总谐波畸变率。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电流电压实时检测瞬时波形识别电路，所述电流电压实时检测瞬时波形识别电路设置在所述5次谐波无源滤波器电路和7次谐波无源滤波器与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路连接线上某一点C；实时检测C点电流电压，以求达到对C点及电力系统出口电压S点的电流电压比较，找出基波与各谐波的关系。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路，所述C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路连接，计算β(t)值并将数值传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电流电压实时采样电路、电力系统电流电压同步检测电路、与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路，依次连接；其中所述电力系统电流电压同步检测电路实时检测电力系统电流电压值，使与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器发出与电力系统实时一致的同步参考电流电压信号。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电流电压实时采样电路与电力系统t时刻等效戴维南阻抗Zs(t)、电力系统出口电压S点、电力系统电流电压同步检测电路和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路连接，实时采样本装置与电力系统连接点t时刻的总电流值及总电压值信息，并传送入电力系统电流电压同步检测电路和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路中。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电流电压比较电路，所述电流电压比较电路与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路、与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路和谐波治理DSP控制电路连接；所述与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路产生与电力系统同步且无谐波t时刻的基波正弦参考电流、基波正弦参考电压，并将基波正弦参考电流、基波正弦参考电压数据传送到电流电压比较电路和电流电压实时检测瞬时波形识别电路中；所述电流电压比较电路将功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路在t时刻输出的电流值、电压值，与电力系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路产生无谐波的基波正弦电流参考值、无谐波的基波正弦电压参考值进行比较，将比较得出的电流增量和电压增量作为控制量送入谐波治理DSP控制电路中。
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