CN112636352B - 一种电能质量控制器、控制方法及系统 - Google Patents

一种电能质量控制器、控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112636352B
CN112636352B CN202011542869.0A CN202011542869A CN112636352B CN 112636352 B CN112636352 B CN 112636352B CN 202011542869 A CN202011542869 A CN 202011542869A CN 112636352 B CN112636352 B CN 112636352B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer
side winding
current
control
primary side
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
CN202011542869.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112636352A (zh
Inventor
郭琳
卓定明
钟振鑫
王庭康
周晓明
董穗璇
郭振锋
卫才猛
李达义
刘水
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.)
Guangdong Power Grid Co Ltd
Huizhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Original Assignee
Guangdong Power Grid Co Ltd
Huizhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid 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
Application filed by Guangdong Power Grid Co Ltd, Huizhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd filed Critical Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority to CN202011542869.0A priority Critical patent/CN112636352B/zh
Publication of CN112636352A publication Critical patent/CN112636352A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112636352B publication Critical patent/CN112636352B/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
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • 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
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • 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
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种电能质量控制器、控制方法及系统。该电能质量控制器通过串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接，串联变压器的一次侧绕组流过基波电流，并联变压器的一次侧绕组与非线性负载并联连接，控制模块与逆变模块的控制端电连接，控制模块根据串联变压器一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块输出控制信号，逆变模块分别与串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组电连接，逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号，解决了现有的有源滤波器难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的问题。

Description

一种电能质量控制器、控制方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及电能质量治理领域，尤其涉及一种电能质量控制器、控制方法及系统。
背景技术
随着太阳能发电、风能发电等可再生分布式能源(Distributed Generation，DG)、高压直流输电系统(High Voltage Direct Current transmission，HVDC)、电力电子装置等不断发展，电力电子技术成为了新能源接入以及能源互联网的核心技术之一，而这些都是典型的非线性负载，势必会引起谐波污染，会给电力系统带来严重电能质量问题，影响了系统的安全稳定经济运行，也影响周围电力设备的安全稳定运行。
为了解决所面临的各种电能质量问题，有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)、统一电能质量控制器(Unified Power Quality Controller，UPQC)以及静止无功补偿发生器(Static Var Generator，SVG)等电能质量治理设备得到了有效的发展。但现有的基于磁通补偿的有源滤波器存在难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的功能。
现有的有源滤波器难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的问题成为业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电能质量控制器、控制方法及系统，以解决现有的有源滤波器难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的问题。
为实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种电能质量控制器，包括：
主电路和控制电路；
所述主电路包括：串联变压器和并联变压器；所述串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接，所述串联变压器的一次侧绕组用于流过基波电流；所述并联变压器的一次侧绕组与所述非线性负载并联连接，所述并联变压器的一次侧绕组用于流过谐波电流；
所述控制电路包括：逆变模块和控制模块；所述控制模块与所述逆变模块的控制端电连接，所述控制模块用于根据所述串联变压器一次侧绕组流过的所述基波电流和所述并联变压器一次侧绕组流过的所述谐波电流向所述逆变模块输出控制信号；
所述逆变模块分别与所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组电连接，所述逆变模块用于根据所述控制信号分别向所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
进一步地，所述主电路还包括：无源滤波模块；
所述无源滤波模块与所述并联变压器的一次侧绕组并联连接，所述无源滤波模块用于与所述并联变压器配合隔离所述非线性负载的谐波。
进一步地，所述逆变模块包括第一逆变器和第二逆变器；
所述第一逆变器的输入端和所述第二逆变器的输入端分别与直流电源电连接，所述直流电源用于向所述第一逆变器和所述第二逆变器提供直流电信号；
所述第一逆变器的输出端与所述串联变压器的二次侧绕组电连接，所述第二逆变器的输出端与所述并联变压器的二次侧绕组电连接，所述第一逆变器和所述第二逆变器用于将直流电信号逆变为交流电信号。
进一步地，所述控制模块包括：
信号检测单元，用于检测并提取出所述串联变压器一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号；用于检测并提取出所述并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号；
电流跟踪控制单元，所述电流跟踪控制单元与所述信号检测单元电连接；所述电流跟踪控制单元，用于分别跟踪控制所述串联变压器一次侧绕组中检测出的所述基波电流控制信号和所述并联变压器一次侧绕组中检测出的所述混合电流控制信号。
进一步地，所述控制模块还包括SPWM控制驱动单元；
所述SPWM控制驱动单元与所述电流跟踪控制单元电连接；所述SPWM控制驱动单元，用于向所述逆变模块提供导通与关断的控制信号。
第二方面，本发明实施例提供一种电能质量控制器的控制方法，应用于电能质量控制器，所述电能质量控制器包括：主电路和控制电路；所述主电路包括：串联变压器和并联变压器；所述串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接；所述并联变压器的一次侧绕组与所述非线性负载并联电连接；所述控制电路包括：逆变模块和控制模块；所述逆变模块分别与所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组电连接，所述控制模块与所述逆变模块的控制端电连接；
所述方法包括：
串联变压器的一次侧绕组流过基波电流；
并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流；
控制模块根据所述串联变压器一次侧绕组流过的所述基波电流和所述并联变压器一次侧绕组流过的所述谐波电流向所述逆变模块输出控制信号；
所述逆变模块根据所述控制信号分别向所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
进一步地，所述电能质量控制器的所述主电路还包括无源滤波模块；所述无源滤波模块与所述并联变压器的一次侧绕组并联连接；
所述方法还包括：
无源滤波模块与所述并联变压器配合隔离所述非线性负载的谐波。
进一步地，所述电能质量控制器的所述控制模块包括：信号检测单元和电流跟踪控制单元，所述电流跟踪控制单元与所述信号检测单元电连接；
所述控制模块根据所述串联变压器一次侧绕组流过的所述基波电流和所述并联变压器一次侧绕组流过的所述谐波电流向所述逆变模块输出控制信号，包括：
信号检测单元检测并提取出所述串联变压器一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号；
信号检测单元检测并提取出所述并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号；
电流跟踪控制单元分别跟踪控制所述串联变压器一次侧绕组中检测出的所述基波电流控制信号和所述并联变压器一次侧绕组中检测出的所述混合电流控制信号。
进一步地，所述电能质量控制器的所述控制模块还包括：SPWM控制驱动单元，所述SPWM控制驱动单元与所述电流跟踪控制单元电连接；
在所述电流跟踪控制单元分别跟踪控制所述串联变压器一次侧绕组中检测出的所述基波电流控制信号和所述并联变压器一次侧绕组中检测出的所述混合电流控制信号之后，还包括：
SPWM控制驱动单元向所述逆变模块提供导通与关断的控制信号。
第三方面，本发明实施例提供一种电能质量控制系统，包括第一方面任意所述电能质量控制器、电源以及非线性负载；
所述电源与所述电能质量控制器的输入端电连接，所述电能质量控制器的输出端与所述非线性负载电连接。
本发明实施例提供的电能质量控制器通过串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接，串联变压器的一次侧绕组流过基波电流，并联变压器的一次侧绕组与非线性负载并联连接，并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流；控制模块与逆变模块的控制端电连接，控制模块根据串联变压器一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块输出控制信号，逆变模块分别与串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组电连接，逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号，使串联变压器对基波分量呈近似为零的漏抗，而对谐波分量呈现很大的励磁阻抗，起到隔离谐波的作用，并联变压器二次绕组两端注入谐波和基波电流，使并联变压器二次绕组对谐波分量近似短路，而对基波分量连续无级可调，起到提供谐波通路和无功补偿的作用，解决了现有的有源滤波器难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种电能质量控制器的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种并联变压器基波等效阻抗与基波控制系数的关系的示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的谐波等效电路的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的基波等效电路的示意图；
图9是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的控制方法流程图；
图10是本发明实施例提供的另一种电能质量控制器的控制方法流程图；
图11是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的控制方法流程图；
图12是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的控制方法流程图；
图13是本发明实施例提供的一种电能质量控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的结构示意图。参见图1，本发明实施例提供的电能质量控制器10包括主电路和控制电路，主电路包括串联变压器T1和并联变压器T2；串联变压器T1的一次侧绕组分别与电源20和非线性负载30电连接，串联变压器T1的一次侧绕组用于流过基波电流，并联变压器T2的一次侧绕组与非线性负载30并联连接，并联变压器T2的一次侧绕组用于流过谐波电流，控制电路包括逆变模块21和控制模块22，控制模块22与逆变模块21的控制端211电连接，控制模块22用于根据串联变压器T1一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器T2一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块21输出控制信号，逆变模块21分别与串联变压器T1的二次侧绕组以及并联变压器T2的二次侧绕组电连接，逆变模块21用于根据控制信号分别向串联变压器T1的二次侧绕组以及并联变压器T2的二次侧绕组输出交流电信号。
具体地，参见图1，电源20的电压为Us，电源20的内阻抗为Zs，串联变压器T1可以为串联线性变压器，串联变压器T1串联在非线性负载30和电源20之间，并联变压器T2可以为并联线性变压器，并联变压器T2与非线性负载30相并联，串联变压器T1和并联变压器T2的铁心都设计有一定气隙，以保证始终能够工作在B-H曲线的线性段而不发生磁饱和，RL和LL分别表示非线性负载30中所接电阻和电感，也就是非线性负载30为晶闸管相控整流的阻感负载，If1和If2分别表示串联变压器T1和并联变压器T2的二次侧由逆变模块21所产生并输出的电流。
控制模块22通过检测流经串联变压器T1一次侧绕组的电流Is和流经并联变压器T2一次侧绕组电流It2，采用瞬时无功功率理论来提取其中的基波电流信号和谐波电流信号，生成控制信号，控制信号用于控制逆变器以产生对应的补偿电流分别注入到串联变压器T1和并联变压器T2的二次侧绕组中，从而串联变压器T1对基波电流分量呈近似为零的阻抗，对谐波电流分量呈励磁阻抗，起到谐波隔离的作用，并联变压器T2为谐波电流提供低阻抗通路，对基波分量呈现连续无级可调的电抗，因而可以实时补偿感性无功电流，以提高系统的功率因数。
本实施例提供的电能质量控制器通过串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接，串联变压器的一次侧绕组流过基波电流，并联变压器的一次侧绕组与非线性负载并联连接，并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流；控制模块与逆变模块的控制端电连接，控制模块根据串联变压器一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块输出控制信号，逆变模块分别与串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组电连接，逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号，使串联变压器对基波分量呈近似为零的漏抗，而对谐波分量呈现很大的励磁阻抗，起到隔离谐波的作用，并联变压器二次绕组两端注入谐波和基波电流，使并联变压器二次绕组对谐波分量近似短路，而对基波分量连续无级可调，起到提供谐波通路和无功补偿的作用，解决了现有的有源滤波器难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的问题。
可选的，继续参见图1，串联变压器T1和并联变压器T2可以用变压器等效T型电路来表示。由变压器T型等效电路可以推导得到变压器电压方程式如下：
Figure BDA0002854621380000081
式中，Z1＝r1+jωl1σ为变压器一次绕组漏抗，Z1＝r′2+jωl′2σ为变压器二次绕组折算到一次侧的漏抗，其中，r1、r2′分别表示变压器一次侧绕组电阻、二次侧绕组电阻等效到一次侧的电阻值，l1σ、l′2σ分别为变压器一次侧绕组漏感、二次侧绕组漏感折算到一次侧的值；Zm＝rm+jωlm为变压器励磁阻抗，其中，rm、lm分别为变压器铁心损耗等效电阻、励磁电抗；I1、I′2表示变压器等效电路上的一次侧绕组电流和二次侧绕组电流。
串联变压器T1的控制模式如下：
控制模块22检测串联变压器T1一次侧绕组流过的电流I1，采用瞬时无功功率理论谐波检测方法来提取I1中的基波电流信号
Figure BDA0002854621380000091
通过逆变模块21注入到串联变压器T1的二次侧绕组的电流控制方程式如下：
Figure BDA0002854621380000092
式中，α为基波电流控制系数。
联立方程式(1)、(2)，针对串联变压器T1的一次侧绕组基波分量而言，可以推导得到串联变压器T1的一次侧绕组接入到电源20中的基波等效阻抗如下：
Figure BDA0002854621380000093
可选地，如果
Figure BDA0002854621380000094
但是考虑到控制模块22的稳定性问题，为保证系统能稳定运行，取α＝1，此时基波等效阻抗为：
Figure BDA0002854621380000095
由于控制电流方程式(2)中，注入到串联变压器T1的二次侧的谐波电流分量为零，也就是说，就谐波分量而言，串联变压器T1的二次侧绕组是处于开路状态。同时，由(3)和(4)推导可知，串联变压器T1的二次侧绕组接入的谐波等效阻抗如下：
Figure BDA0002854621380000101
串联变压器T1所呈现的阻抗特性为串联变压器T1对基波电流分量呈一次侧绕组漏抗，很小，且近似为零；由于Z1＜＜Zm，串联变压器T1对谐波电流分量呈现很大的励磁阻抗。因此，串联变压器T1能够利用很大的谐波阻抗来隔离谐波，使非线性负载30所产生的谐波电流不流进电源侧，并且对基波电流分量不产生任何影响。
可选地，图2是本发明实施例提供的另一种电能质量控制器的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图2，主电路还包括无源滤波模块11，无源滤波模块11与并联变压器T2的一次侧绕组并联连接，无源滤波模块11用于与并联变压器T2配合隔离非线性负载30的谐波。
具体地，无源滤波模块11可以提供部分低阻抗通路，同时无源滤波模块11配合并联变压器T2的基波阻抗，使得并联之后的阻抗更小，提供良好的谐波通路，实现隔离非线性负载30的谐波，通过并联变压器T2实现对无功功率的补偿，可以实现连续无级调节无功功率。
可选的，继续参见图2，并联变压器T2控制模式如下：
提取并联变压器T2的一次侧绕组电流i1中的谐波分量和基波分量，利用逆变模块21向并联变压器T2的二次侧绕组注入补偿电流i2，且补偿电流i2满足：
Figure BDA0002854621380000102
式中，k1为谐波控制系数；
Figure BDA0002854621380000105
为实时检测的并联变压器T2的一次侧谐波电流；k2为基波控制系数；
Figure BDA0002854621380000103
为并联变压器T2的一次侧基波电流。
同理，从并联变压器T2的一次侧看，并联变压器T2的n次谐波电压方程为：
Figure BDA0002854621380000104
若k1满足谐波补偿条件为k1＝1，则并联变压器T2对谐波电流等效阻抗为：
Figure BDA0002854621380000111
Z1可以忽略不计，并联变压器T2对谐波电流呈现近似为零的阻抗。另外，并联变压器T2的基波电压方程为：
Figure BDA0002854621380000112
则并联变压器T2对基波等效阻抗为：
Figure BDA0002854621380000113
图3是本发明实施例提供的一种并联变压器基波等效阻抗与基波控制系数的关系的示意图。在上述实施例的基础上，参见图3，由公式(10)可以得到并联变压器T2对基波等效阻抗
Figure BDA0002854621380000114
与基波控制系数k2之间的关系，可以通过实时调节基波控制系数k2的大小，实现并联变压器T2对基波电流呈现连续无级可调的阻抗，以补偿电力系统的无功功率。因此，并联变压器T2的阻抗特性表现为对谐波电流分量呈现近似为零的漏抗，起到提供谐波通路的作用，并联变压器T2对基波电流呈现连续无级可调的阻抗，通过调节基波控制系数k2可补偿无功功率。
可选地，图4是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图4，逆变模块21包括第一逆变器211和第二逆变器212，第一逆变器211的输入端和第二逆变器212的输入端分别与直流电源Udc电连接，直流电源Udc用于向第一逆变器211和第二逆变器212提供直流电信号；第一逆变器211的输出端与串联变压器T1的二次侧绕组电连接，第二逆变器212的输出端与并联变压器T2的二次侧绕组电连接，第一逆变器211和第二逆变器212用于将直流电信号逆变为交流电信号。
具体地，Lf1、Lf2分别表示电压源型逆变器的输出滤波电感，第一逆变器211和第二逆变器212可以为电压源型逆变器，直流电源Udc表示逆变器直流侧的电容，用以提供稳定的直流电压，直流电源Udc可以采用的储能电容，使得电压源型逆变器的直流侧电压稳定在设定值，以减小稳态误差。直流电源Udc还可以采用蓄电池，或者从电力系统取电，经过整流之后得到稳定的直流电压。
可选地，图5是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图5，控制模块22包括信号检测单元221和电流跟踪控制单元222，信号检测单元221用于检测并提取出串联变压器T1一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号，信号检测单元221还用于检测并提取出并联变压器T2一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号，电流跟踪控制单元222与信号检测单元221电连接，电流跟踪控制单元用于分别跟踪控制串联变压器T1一次侧绕组中检测出的基波电流控制信号和并联变压器T2一次侧绕组中检测出的混合电流控制信号。
具体地，混合电流控制信号包括并联变压器T2一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，信号检测单元221可以采用瞬时无功功率理论来提取串联变压器T1一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流以及并联变压器T2一次侧绕组中流过的混合电流控制信号，通过设计合理的电流跟踪控制单元222来跟踪基波电流控制信号和混合电流控制信号，并对基波电流控制信号和混合电流控制信号与实际产生的电流发生的偏差进行控制，以减小静态误差。
可选地，图6是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图6，控制模块22还包括SPWM控制驱动单元223，SPWM控制驱动单元223与电流跟踪控制单元222电连接，SPWM控制驱动单元用于向逆变模块21提供导通与关断的控制信号。
具体地，SPWM控制驱动单元223根据电流跟踪控制单元222输出的串联变压器T1一次侧绕组中检测出的基波电流控制信号和并联变压器T2一次侧绕组中检测出的混合电流控制信号，生成SPWM控制驱动脉冲，并向逆变模块21提供导通与关断的控制信号。
可选的，对图6提供的电能质量控制器进行等效电路分析，图7是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的谐波等效电路的示意图。在上述实施例的基础上，结合图6和图7，Ush表示电源20的背景谐波电压，忽略背景谐波电压；Zsh、ZT1-h和ZT2-h分别表示系统内谐波阻抗、串联变压器T1等效谐波阻抗和并联变压器T2等效谐波阻抗；Ish、IT2-h和ILh分别为流经电源20谐波电流、并联变压器T2中谐波电流以及阻感负载产生的谐波电流；ZPF为无源滤波模块11的阻抗。根据该谐波等效电路，可以得到电源20流过的谐波电流如下：
Figure BDA0002854621380000131
根据对串联变压器T1和并联变压器T2的不同控制模式分析可知，ZT1-h·ZT2-h，则Ish≈0。采用并联变压器T2的方式，能够对所有次谐波都能够呈现低阻抗，隔离谐波的效果更好。
图8是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的基波等效电路的示意图。在上述实施例的基础上，结合图6和图8，Usf表示电源20的基波电压；Zsf、ZT1-f和ZT2-f分别表示系统内基波阻抗、串联变压器T1等效基波阻抗以及并联变压器T2无级可调基波阻抗；Isf、IT2-f和ILf分别为流经电源20的基波电流、并联变压器T2中基波电流以及线路基波电流。
根据该基波等效电路，可以得到电源20流过的基波电流：
Figure BDA0002854621380000141
通过无级连续调节ZT2-f可以对电流Isf进行控制，配合无源滤波模块11动态补偿无功功率。
本实施例提供的电能质量控制器能够有效抑制谐波和实时补偿无功功率，根据变压器等效电路，推导了串联变压器和并联变压器两种控制模式，对串联变压器和并联变压器的基波和谐波磁通分别进行控制，串联变压器对基波分量呈近似为零的漏抗，而对谐波分量呈现很大的励磁阻抗，起到隔离谐波的作用，通过检测并联变压器一次侧绕组电流，并通过控制逆变器，使并联变压器对谐波分量近似短路而对基波分量连续无级可调，起到提供谐波通路和无功补偿的作用。
图9是本发明实施例提供的一种电能质量控制器的控制方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图9，本发明实施例提供一种电能质量控制器的控制方法，应用于电能质量控制器，电能质量控制器包括主电路和控制电路；主电路包括：串联变压器和并联变压器；串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接；并联变压器的一次侧绕组与非线性负载并联电连接；控制电路包括：逆变模块和控制模块；逆变模块分别与串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组电连接，控制模块与逆变模块的控制端电连接；
本发明实施例提供的电能质量控制器的控制方法包括：
S101、串联变压器的一次侧绕组流过基波电流。
S102、并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流。
S103、控制模块根据串联变压器一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块输出控制信号。
S104、逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
具体地，并联变压器一次绕组能对所有次谐波电流提供谐波低阻抗通路，具有更好的滤波效果，由于串联变压器一次绕组呈现很大谐波阻抗，电能质量控制器滤波效果不受系统内阻抗的影响，电能质量控制器能够通过调节并联变压器一次绕组基波阻抗大小。
可选地，电能质量控制器的主电路还包括无源滤波模块；无源滤波模块与并联变压器的一次侧绕组并联连接。图10是本发明实施例提供的另一种电能质量控制器的控制方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图10，本发明实施例提供的电能质量控制器的控制方法包括：
S101、串联变压器的一次侧绕组流过基波电流。
S102、并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流。
S103、控制模块根据串联变压器一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块输出控制信号。
S104、逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
S201、无源滤波模块与并联变压器配合隔离非线性负载的谐波。
具体地，电能质量控制器能够通过调节并联变压器一次绕组基波阻抗大小，并联变压器配合无源滤波器调节系统无功功率，同时实现谐波抑制和无功补偿。
可选地，电能质量控制器的控制模块包括：信号检测单元和电流跟踪控制单元，电流跟踪控制单元与信号检测单元电连接。图11是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的控制方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图11，本发明实施例提供的电能质量控制器的控制方法包括：
S101、串联变压器的一次侧绕组流过基波电流。
S102、并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流。
S301、信号检测单元检测并提取出串联变压器一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号。
具体地，通过信号检测单元检测流过串联变压器一次侧绕组，并生成与流过串联变压器一次侧绕组的电流相关的基波电流控制信号，并将基波电流控制信号输出至电流跟踪控制单元。
S302、信号检测单元检测并提取出并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号。
具体地，由于并联变压器并联在非线性绕组的两端，可以通过信号检测单元检测并提取出流过并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号，并将混合电流控制信号输出至电流跟踪控制单元。
S303、电流跟踪控制单元分别跟踪控制串联变压器一次侧绕组中检测出的基波电流控制信号和并联变压器一次侧绕组中检测出的混合电流控制信号。
具体地，电流跟踪控制单元可以跟踪并放大基波电流控制信号和混合电流控制信号，处理后的基波电流控制信号和混合电流控制信号用于生成输出至逆变模块的控制信号。
S104、逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
S201、无源滤波模块与并联变压器配合隔离非线性负载的谐波。
可选地，电能质量控制器的控制模块还包括：SPWM控制驱动单元，SPWM控制驱动单元与电流跟踪控制单元电连接。图12是本发明实施例提供的又一种电能质量控制器的控制方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图12，本发明实施例提供的电能质量控制器的控制方法包括：
S101、串联变压器的一次侧绕组流过基波电流。
S102、并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流。
S301、信号检测单元检测并提取出串联变压器一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号。
S302、信号检测单元检测并提取出并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号。
S303、电流跟踪控制单元分别跟踪控制串联变压器一次侧绕组中检测出的基波电流控制信号和并联变压器一次侧绕组中检测出的混合电流控制信号。
S401、SPWM控制驱动单元向逆变模块提供导通与关断的控制信号。
具体地，SPWM控制驱动单元接收处理后的基波电流控制信号和混合电流控制信号，并根据处理后的基波电流控制信号和混合电流控制信号生成控制信号输出至逆变模块的控制端，逆变模块的控制端可以根据控制信号导通或关断逆变模块。
S104、逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
S201、无源滤波模块与并联变压器配合隔离非线性负载的谐波。
本发明实施例提供的电能质量控制器的控制方法串联变压器的一次侧绕组流过基波电流，并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流，控制模块根据串联变压器一次侧绕组流过的基波电流和并联变压器一次侧绕组流过的谐波电流向逆变模块输出控制信号，逆变模块根据控制信号分别向串联变压器的二次侧绕组以及并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号，使串联变压器对基波分量呈近似为零的漏抗，而对谐波分量呈现很大的励磁阻抗，起到隔离谐波的作用，无源滤波模块与并联变压器配合隔离非线性负载的谐波，并联变压器二次绕组两端注入谐波和基波电流，使并联变压器二次绕组对谐波分量近似短路，而对基波分量连续无级可调，起到提供谐波通路和无功补偿的作用，解决了现有的有源滤波器难以兼顾滤除谐波和动态补偿无功功率的问题。
可选地，图13是本发明实施例提供的一种电能质量控制系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图13，本发明实施例提供一种电能质量控制系统100包括上述任意实施例所述电能质量控制器10、电源20以及非线性负载30；电源20与电能质量控制器10的输入端电连接，电能质量控制器10的输出端与非线性负载30电连接。
本发明实施例提供的电能质量控制系统包括上述任意实施例提出的电能质量控制器，具有上述任意实施例提出的电能质量控制器的有益效果，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电能质量控制器，其特征在于，包括：
主电路和控制电路；
所述主电路包括：串联变压器和并联变压器；所述串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接，所述串联变压器的一次侧绕组用于流过基波电流；所述并联变压器的一次侧绕组与所述非线性负载并联连接，所述并联变压器的一次侧绕组用于流过谐波电流；
所述控制电路包括：逆变模块和控制模块；所述控制模块与所述逆变模块的控制端电连接，所述控制模块用于根据所述串联变压器一次侧绕组流过的所述基波电流和所述并联变压器一次侧绕组流过的所述谐波电流向所述逆变模块输出控制信号；
所述逆变模块分别与所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组电连接，所述逆变模块用于根据所述控制信号分别向所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
2.根据权利要求1所述电能质量控制器，其特征在于，所述主电路还包括：无源滤波模块；
所述无源滤波模块与所述并联变压器的一次侧绕组并联连接，所述无源滤波模块用于与所述并联变压器配合隔离所述非线性负载的谐波。
3.根据权利要求1所述电能质量控制器，其特征在于，所述逆变模块包括第一逆变器和第二逆变器；
所述第一逆变器的输入端和所述第二逆变器的输入端分别与直流电源电连接，所述直流电源用于向所述第一逆变器和所述第二逆变器提供直流电信号；
所述第一逆变器的输出端与所述串联变压器的二次侧绕组电连接，所述第二逆变器的输出端与所述并联变压器的二次侧绕组电连接，所述第一逆变器和所述第二逆变器用于将直流电信号逆变为交流电信号。
4.根据权利要求1所述电能质量控制器，其特征在于，所述控制模块包括：
信号检测单元，用于检测并提取出所述串联变压器一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号；用于检测并提取出所述并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号；
电流跟踪控制单元，所述电流跟踪控制单元与所述信号检测单元电连接；所述电流跟踪控制单元，用于分别跟踪控制所述串联变压器一次侧绕组中检测出的所述基波电流控制信号和所述并联变压器一次侧绕组中检测出的所述混合电流控制信号。
5.根据权利要求4所述电能质量控制器，其特征在于，所述控制模块还包括SPWM控制驱动单元；
所述SPWM控制驱动单元与所述电流跟踪控制单元电连接；所述SPWM控制驱动单元，用于向所述逆变模块提供导通与关断的控制信号。
6.一种电能质量控制器的控制方法，其特征在于，应用于电能质量控制器，所述电能质量控制器包括：主电路和控制电路；所述主电路包括：串联变压器和并联变压器；所述串联变压器的一次侧绕组分别与电源和非线性负载电连接；所述并联变压器的一次侧绕组与所述非线性负载并联电连接；所述控制电路包括：逆变模块和控制模块；所述逆变模块分别与所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组电连接，所述控制模块与所述逆变模块的控制端电连接；
所述方法包括：
串联变压器的一次侧绕组流过基波电流；
并联变压器的一次侧绕组流过谐波电流；
控制模块根据所述串联变压器一次侧绕组流过的所述基波电流和所述并联变压器一次侧绕组流过的所述谐波电流向所述逆变模块输出控制信号；
所述逆变模块根据所述控制信号分别向所述串联变压器的二次侧绕组以及所述并联变压器的二次侧绕组输出交流电信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电能质量控制器的所述主电路还包括无源滤波模块；所述无源滤波模块与所述并联变压器的一次侧绕组并联连接；
所述方法还包括：
无源滤波模块与所述并联变压器配合隔离所述非线性负载的谐波。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电能质量控制器的所述控制模块包括：信号检测单元和电流跟踪控制单元，所述电流跟踪控制单元与所述信号检测单元电连接；
所述控制模块根据所述串联变压器一次侧绕组流过的所述基波电流和所述并联变压器一次侧绕组流过的所述谐波电流向所述逆变模块输出控制信号，包括：
信号检测单元检测并提取出所述串联变压器一次侧绕组中流过的负载电流中的基波电流，并生成基波电流控制信号；
信号检测单元检测并提取出所述并联变压器一次侧绕组中的谐波电流和基波电流，并生成混合电流控制信号；
电流跟踪控制单元分别跟踪控制所述串联变压器一次侧绕组中检测出的所述基波电流控制信号和所述并联变压器一次侧绕组中检测出的所述混合电流控制信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电能质量控制器的所述控制模块还包括：SPWM控制驱动单元，所述SPWM控制驱动单元与所述电流跟踪控制单元电连接；
在所述电流跟踪控制单元分别跟踪控制所述串联变压器一次侧绕组中检测出的所述基波电流控制信号和所述并联变压器一次侧绕组中检测出的所述混合电流控制信号之后，还包括：
SPWM控制驱动单元向所述逆变模块提供导通与关断的控制信号。
10.一种电能质量控制系统，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述电能质量控制器、电源以及非线性负载；
所述电源与所述电能质量控制器的输入端电连接，所述电能质量控制器的输出端与所述非线性负载电连接。
CN202011542869.0A 2020-12-23 2020-12-23 一种电能质量控制器、控制方法及系统 Active CN112636352B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011542869.0A CN112636352B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种电能质量控制器、控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011542869.0A CN112636352B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种电能质量控制器、控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112636352A CN112636352A (zh) 2021-04-09
CN112636352B true CN112636352B (zh) 2023-02-17

Family

ID=75322001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011542869.0A Active CN112636352B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种电能质量控制器、控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112636352B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873423A (zh) * 2019-03-21 2019-06-11 华中科技大学 一种串联混合型电能质量控制器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI347058B (en) * 2007-03-05 2011-08-11 Ablerex Electronics Co Ltd Active power filter apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873423A (zh) * 2019-03-21 2019-06-11 华中科技大学 一种串联混合型电能质量控制器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
双变流器串-并联补偿式UPS;刘飞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20050615;第11-29页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112636352A (zh) 2021-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shuai et al. Series and parallel resonance problem of wideband frequency harmonic and its elimination strategy
Hamad et al. Medium-voltage 12-pulse converter: Output voltage harmonic compensation using a series APF
Li et al. Study on characteristic parameters of a new converter transformer for HVDC systems
CN101159379A (zh) 混合有源电力滤波器及其直流侧电压控制方法
CN112531730B (zh) 一种兼具无功补偿及输出电流可调的融冰装置
CN103595048A (zh) 一种混合感应型电力有源滤波系统
CN103036236A (zh) 宽频域多类型谐波综合治理系统的控制方法
CN107248743A (zh) 一种针对指定次谐波的有源电力滤波装置
CN100407540C (zh) 注入式混合型有源电力滤波器的复合控制方法
Cheng et al. Application of dominant harmonic active filter system with 12 pulse nonlinear loads
CN105470963A (zh) 一种有源电力滤波器及其控制方法
CN106887855A (zh) 一种新型并联电能质量控制器
CN107437808A (zh) 一种即插即用的针对指定次谐波的有源电力滤波装置
CN1996698A (zh) 有源电力滤波器与并联电容器混合补偿系统的控制方法
CN104600702B (zh) 一种集成电抗器的感应调控滤波系统及其控制方法
CN104092270A (zh) 一种适用于纯电动公交充电站的直流供电系统及其充电站
Elnady et al. Mitigation of AC arc furnace voltage flicker using the unified power quality conditioner
CN112636352B (zh) 一种电能质量控制器、控制方法及系统
CN101552472B (zh) 一种有源电力滤波器
CN107086573B (zh) 一种即插即用集成模块化有源串联补偿器
Xu et al. An energy-based control scheme for optimal power quality management in 12-pulse rectifier integrated distribution systems
CN100353636C (zh) 一种大容量并联型有源滤波器
CN206697942U (zh) 一种新型并联电能质量控制器
CN107171325B (zh) 一种即插即用集成模块化有源谐波隔离器
CN207117182U (zh) 一种变压器耦合及他励式有源调谐型混合滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Guo Lin

Inventor after: Liu Shui

Inventor after: Zhuo Dingming

Inventor after: Zhong Zhenxin

Inventor after: Wang Tingkang

Inventor after: Zhou Xiaoming

Inventor after: Dong Suixuan

Inventor after: Guo Zhenfeng

Inventor after: Wei Caimeng

Inventor after: Li Dayi

Inventor before: Guo Lin

Inventor before: Liu Shui

Inventor before: Zhuo Dingming

Inventor before: Zhong Zhenxin

Inventor before: Wang Tingkang

Inventor before: Zhou Xiaoming

Inventor before: Dong Suixuan

Inventor before: Guo Zhenfeng

Inventor before: Wei Caimeng

Inventor before: Li Dayi

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant