CN112653147B - 一种有源滤波器控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有源滤波器控制方法及系统，其包括：选择有源滤波器经无源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；设置有源滤波器谐波容量；设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压。本发明不受交流系统阻抗变化的影响，均能达到目标控制效果；在控制目标不同时，能分别达到不同的滤波效果。并能够满足高压直流输电工程交流系统背景谐波放大导致的换流母线谐波水平严重超标的问题，且控制效果稳定、灵活。

Description

一种有源滤波器控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种输电系统技术领域，特别是关于一种用于抑制高压直流输电工程背景谐波放大的有源滤波器控制方法及系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电力系统谐波问题愈加突出，例如电力公司为提高功率因数而大量使用电容器组，工业界为了提高系统的可靠性和效率而广泛使用电力电子变流器等。传统的谐波源主要包括非线性负载，如变压器、电弧炉以及工业冶炼等。电网的谐波特性愈加复杂，在高压输电网中，无源滤波器的配置可能使交流系统的谐波源发生放大，使交流系统的谐波水平严重超标，例如黑河换流母线谐波电压达到8％左右，江浙地带的5次谐波水平高达3％左右。谐波超标带来的危害严重，可能造成并联无源滤波器定值超标，继而引起功率降低，造成巨大的功率损失，同时对换流变、其他电力设备的稳定运行带来影响，受端谐波超标还可能出现换相失败，如果不能有效控制将进一步发展成双极闭锁，输送功率中断，严重的造成交流电网解列。
传统的无源滤波器由无源器件电容器、电感器和电阻器组成，只能对设计调谐点谐波形成低阻通路，如果调谐点阻抗过小，则流过无源滤波器的谐波电流较大，超过无源滤波器设备的耐受能力；如果调谐点阻抗过大，则达不到滤波效果，因此无源滤波器无法灵活的对多个频次同时达到很好的滤波效果。而且受交流系统阻抗影响，交流系统阻抗变化时可能会与无源滤波器发生串联谐振继而放大谐波，因此无源滤波器的应用在某种程度上加剧了交流系统背景谐波的产生，而另一方面交流系统的谐波水平的变化会受负荷、以及并联无源滤波器的投切水平的影响，3、5、7次谐波放大均存在可能，针对背景谐波放大的现象目前工程上未研究过相应的治理措施。
目前国内的有源滤波器(APF)研究大多仍处于仿真和小容量实验室样机研究阶段。能够进入市场的商业产品还都集中在低压小容量。因此开展有源滤波器在高压直流输电系统交流侧的滤波应用方案设计、解决实际高压直流输电工程交流背景谐波电压带来的谐波电流放大的问题十分必要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种有源滤波器控制方法及系统，其能解决高压直流输电工程交流系统背景谐波放大导致的换流母线谐波水平严重超标的问题，且控制效果稳定、灵活，不受交流系统阻抗影响，且对于不同的控制目标均能响应。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种有源滤波器控制方法，其包括：步骤1、选择有源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；步骤2、设置有源滤波器谐波容量；步骤3、设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压。
进一步，所述步骤1中，有源滤波器间接连接在高压场，通过降压变或者串联无源滤波器的方式进行连接。
进一步，所述步骤3中，检测点包括无源滤波器支路、APF支路及换流站出口。
进一步，所述有源滤波器的控制包括无功功率、有功功率及谐波电流补偿的控制，其中有功功率控制用于补偿APF装置的有功损耗，使电容电压能够平衡。
进一步，所述APF的调制电压获取方法为：
步骤3.1、确定APF的谐波电流给定值；
步骤3.2、将APF支路的采样电流经低通滤波处理后得到APF谐波电流，将 APF谐波电流取负后与APF的谐波电流给定值进行叠加，输入APF谐波电流控制器，得到APF谐波调制电压；
步骤3.3、对APF的有功和无功功率控制进行调节，生成APF基频控制电压；
步骤3.4、将APF谐波调制电压与APF基频控制电压叠加后，得到APF的调制电压。
进一步，所述步骤3.1中，确定方法包括：
步骤3.1.1、将各检测点的采样电流分别通过带通滤波器处理后得到相应支路 5次谐波电流；
步骤3.1.2、将APF 5次谐波电流取负后与滤波器5次谐波电流和LCC 5次谐波电流叠加，得到估算的5次电网电流；
步骤3.1.3、利用比例系数K抑制电网电流的谐波电流分量；
步骤3.1.4、利用FFT提取LCC采样电流iL的5次谐波，得到补偿LCC谐波电流分量iLh；
步骤3.1.5、将抑制谐波电流分量后的电网电流取负后，与补偿LCC谐波电流分量iLh叠加，得到APF谐波电流给定值。
进一步，所述步骤3.3中，对APF的有功功率控制采用双闭环控制，电流内环用于实现有功电流及谐波电流的快速跟踪，电压外环为内环提供指令电流信号。
进一步，所述步骤3.2中，电流控制器采用准比例谐振控制器。
一种有源滤波器控制系统，其包括：接入模块、参数设置模块和调制电压获取模块；所述接入模块选择有源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；所述参数设置模块用于设置有源滤波器谐波容量；所述调制电压获取模块设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压。
进一步，所述调制电压获取模块中包括给定值确定模块、APF谐波调制电压获取模块、APF基频控制电压生成模块和输出模块；
所述给定值确定模块用于确定APF的谐波电流给定值；
所述APF谐波调制电压获取模块将APF支路的采样电流经低通滤波处理后得到APF谐波电流，将APF谐波电流取负后与APF的谐波电流给定值进行叠加，输入APF谐波电流控制器，得到APF谐波调制电压；
所述APF基频控制电压生成模块对APF的有功和无功功率控制进行调节，生成APF基频控制电压；
所述输出模块将APF谐波调制电压与APF基频控制电压叠加后，得到APF的调制电压。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明能够有效抑制低频次背景谐波放大，大大降低换流母线的谐波水平。2、本发明的控制目标为并联无源滤波器某一支路的谐波电流，通过控制该谐波电流的电流值来间接控制并网点的谐波电压，稳定性好，且谐波电流测量设备精度更高。3、本发明的APF出力电流指令通过与电网电流进行比较，利用比例系数K来实现APF的目标出力，将电网电流快速转化为APF的出力电流指令，控制目标明确，控制效果明显。4、本发明可同时滤除换流站的谐波电流，此时需要额外检测换流站出口的谐波电流。5、本发明不受交流系统阻抗变化的影响，均能达到目标控制效果。6、本发明在控制目标不同时，能分别达到不同的滤波效果，控制灵活。
附图说明
图1是有源滤波器的工作原理图；
图2是有源滤波器拓扑结构示意图；
图3是高压直流输电工程简化电路图电流采样示意图；
图4是APF控制框图；
图5是比例系数K的控制框图；
图6是外环定有功功率控制示意图；
图7是外环谐波电流控制示意图；
图8是补偿背景谐波电压产生的5次谐波电流参考值示意图；
图9是APF控制内环框图；
图10是PR控制环节示意图；
图11是谐振调节器示意图；
图12是混合滤波器支路示意图；
图13a是断路器1始终闭合APF投入及切除过程的仿真波形图；
图13b是断路器1始终闭合APF投入及切除过程中无源滤波器出口电压畸变率波形图；
图13c是断路器1始终闭合APF投入及切除过程中电容电压变化波形图；
图14a是断路器1处初始状态断开，APF投入及切除过程中无源滤波器出口电压畸变率波形图；
图14b是断路器1处初始状态断开，APF投入及切除过程中电容电压变化波形图；
图15是断路器1处初始状态断开，APF投入及切除过程的仿真波形图；
图16a是L＝0.005H、THDu＝2.96％下的无源滤波器并网点谐波电畸变率变化图；
图16b是L＝0.015H、THDu＝1.6％下的无源滤波器并网点谐波电畸变率变化图；
图16c是L＝0.02H、THDu1＝1％下的无源滤波器并网点谐波电畸变率变化图；
图16d是L＝0.026H、THDu＝0.66％下的无源滤波器并网点谐波电畸变率变化图；
图17a是控制无源滤波器支路电流230A，无源滤波器支路电流波形图；
图17b是控制无源滤波器支路电流230A，APF出力波形图；
图17c是控制无源滤波器支路电流230A，混合滤波器并网点电压谐波畸变率波形图；
图18a是控制无源滤波器支路电流100A，无源滤波器支路电流波形图；
图18b是控制无源滤波器支路电流100A，混合滤波器并网点电压谐波畸变率波形图；
图18c是控制无源滤波器支路电流100A，APF出力波形图；
图18d是控制无源滤波器支路电流100A，阻尼系数K波形图；
图19a是控制无源滤波器支路电流0A，无源滤波器支路电流波形图；
图19b是控制无源滤波器支路电流0A，混合滤波器并网点电压谐波畸变率波形图；
图19c是控制无源滤波器支路电流0A，APF出力波形图；
图19d是控制无源滤波器支路电流0A，阻尼系数波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种用于抑制高压直流输电工程背景谐波放大的有源滤波器控制方法，其包括：
步骤1、选择有源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；
如图1、图2所示，有源滤波器APF的基本拓扑与SVG结构类似，每相一般由一个电抗器和多个级联子模块组成，其中每个子模块由4个IGBT和反并联二极管组成 H桥，同时并联子模块电容器构成，单相APF的基波电压输出波形为交变的阶梯波，子模块数量越多，越接近正弦波。
在本实施例中，采用将有源滤波器间接连接在高压场，通过降压变或者串联无源滤波器的方式进行连接。针对谐波放大的情况，优选采用的是串联无源滤波器的方式，其原因在于交流系统阻抗与无源滤波器发生串联谐振时，此时流入串联无源滤波器的谐波电流较大，APF同样需要出力去减少无源滤波器的谐波电流，如果通过降压变连接则产生的压降太大，对串联子模块数量要求更多，采用无源滤波器连接的方式，其中有源滤波器内部采用Y型连接，其好处在于：1)由串联无源滤波器承受大部分电压；2)调谐点设计在5次，在5次的阻抗极小，3、7 次的阻抗较小，对应的流过同样电流产生的压降小，串联子模块数量可适当减少； 3)APF故障闭锁时，APF上串联的无源滤波器可作为HP5使用，能够大大抑制5 次谐波电流。
步骤2、设置有源滤波器谐波容量，该容量反映了有源滤波器对3、5、7次背景谐波电压的抑制能力，当发生某一次谐波放大时，该容量可全部用于滤除该次谐波，可对各次谐波能力进行灵活分配和控制；
基于现有金华站的输入条件，以主要滤除5次背景谐波电流及3、5、7次换流站谐波电流为例，对串联无源滤波器的参数进行设计，其中换流站谐波电流如表1所示。考虑背景谐波放大后APF的出力电流如表2所示，如果APF能够出力完全，即能将换流母线的谐波电压控制为0。同时无源滤波器的配置如表3所示。
表1换流站谐波电流
谐波次数 换流站交流谐波(A)
3 55.60
5 24.83
7 20.58
表2考虑背景谐波放大后APF出力电流
谐波次数 换流站交流谐波(A)
3 55.60
5 264.83
7 20.58
表3无源滤波器配置
Figure RE-GDA0002938974070000061
1)串联无源滤波器
针对金华站的问题，5次背景谐波电压放大的现象明显，设计LC调谐点设计为5次，L为连接电抗器与滤波器电抗参数之和，连接无源滤波器将采用改造原来 SC的方案，而且其基波容量应该仍然是287MVA，取调谐点为5次，此时
C＝3.3718uF，
L＝120.19mH，
R＝1000Ω；
2)APF本体
根据谐波电流计算出APF需要承受的电压如表4所示，其中峰值电流 Ipeak＝0.68×1.414＝0.96kA，选择高可靠压接型的3300V/1500A的IGBT，器件，短时过电流耐受能力为3000A(DC)/1ms，额定电压一般可取1.7kV左右，此时子模块数量20个，考虑冗余N＝24个。
表4 APF谐波电压计算
Figure RE-GDA0002938974070000071
为了描述故障抑制能力，引入电流保护裕度的概念。电流保护裕度考虑的是最严重故障下(星型接地为单相接地故障，角型接地及星型不接地为两相接地故障下)，保证桥臂电抗器在一个控制周期(考虑检测及信号传输时延在一个控制周期内，在该控制周期后STATCOM闭锁)作用下最大关断电流与电流上升后可能出现的最大值之差与最大电流峰值之比，即稳态运行的电流峰值的电流裕度。电流裕度一般考虑1.2～1.4。
电流保护裕度：
Figure RE-GDA0002938974070000072
同时引入谐波补偿容量Shapf，该容量反映的是有源滤波器的滤波能力，设计的无源滤波器可以是HP5或HP57或HP35等，以HP5为例，当未发生5次背景谐波放大而发生3或7次谐波放大时，该谐波容量能用于抑制3或7次背景谐波的放大；则谐波补偿容量Shapf为：
Shapf＝3/2*(UL3+UL5+UL7)(ITv3+ITv5+ITv7)＝46Mvar
子模块电容值：
Figure RE-GDA0002938974070000073
取ε＝0.1，则C＝8.95mF。
步骤3、设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与 APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压；
有源滤波器即可作为电流源控制也可作为电压源控制，作为电压源控制时需要对谐波电压准确进行测量，鉴于工程中电流测量装置测量谐波的应用场合较多以及关于有源滤波器作为谐波电流源进行控制的理论更成熟可靠，本实施例中主要将有源滤波器作为谐波电流源进行控制。
有源滤波器一般作为电流源控制，其作为电流源的控制理论相对成熟，稳定性更高，且实际工程谐波电流测量装置准确度较高。
本实施例中，如图3所示，检测点包括无源滤波器支路、APF支路及换流站出口谐波电流(即LCC采样电流)。
有源滤波器的控制包括无功功率、有功功率及谐波电流补偿的控制，其中有功功率控制用于补偿APF装置的有功损耗，使得电容电压能够平衡，这是APF装置本身的功能性要求，也是APF能正常运行的必要前提。如图4所示，具体包括以下步骤：
步骤3.1、确定APF的谐波电流给定值；
具体确定方法包括：
步骤3.1.1、将各检测点的采样电流分别通过带通滤波器处理后得到相应支路 5次谐波电流；
由于APF的谐波电流给定值由两部分组成：(1)补偿LCC低次谐波电流分量； (2)抑制滤波器5次谐波分量，由于APF电流正方向定义的原因，抑制滤波器5 次谐波分量取了负号。
将无源滤波器支路上检测的滤波器采样电流iF经带通滤波器处理后得到滤波器5次谐波电流iFh5；
将APF支路上检测的APF采样电流iAPF经带通滤波器处理后得到APF 5次谐波电流iAPFh5；
将换流站出口检测的LCC采样电流iL经带通滤波器处理后得到LCC 5次谐波电流iLh5；
在本实施例中，优选为250Hz的带通滤波器。
步骤3.1.2、将APF 5次谐波电流取负后与滤波器5次谐波电流和LCC 5次谐波电流叠加，得到估算的5次电网电流；
步骤3.1.3、利用比例系数K抑制电网电流的谐波电流分量；
当K＝1时，可以将滤波器的5次谐波消除为零，但是考虑到电流采样存在一定的延时，并且考虑到动态性能无法对该延时进行补偿，导致控制存在一定误差，在K＝1时APF仍存在较小的五次谐波电流。如果需要将滤波器五次电流控制在一定的幅值，K值可以通过闭环控制生成，如图5所示，采用一个积分器根据滤波器的五次电流幅值对K值进行调节。
步骤3.1.4、利用FFT提取LCC采样电流iL的5次谐波，得到补偿LCC谐波电流分量iLh；
步骤3.1.5、将抑制谐波电流分量后的电网电流取负后，与补偿LCC谐波电流分量iLh叠加，得到APF谐波电流给定值。
步骤3.2、将APF支路的采样电流经低通滤波处理后得到APF谐波电流，将 APF谐波电流取负后与APF的谐波电流给定值进行叠加，输入APF谐波电流控制器 (即PR谐振调节器)，得到APF谐波调制电压；
步骤3.3、对APF的有功(电容电压平衡)和无功功率控制进行调节，生成APF 基频控制电压；
在本实施例中，APF的有功(电容电压平衡)和无功功率控制由独立的控制器进行调节。
步骤3.4、将APF谐波调制电压与APF基频控制电压叠加后，得到APF的调制电压。
上述各步骤中，针对无源-有源滤波器混合方案，有源滤波器无动态无功能力，无功功率均由无源滤波器提供，有源滤波器只出固定次谐波补偿电流。因此有源滤波器控制中只需控制有功功率及谐波电流。
上述步骤3.1.4中，谐波电流检测方法为：基于LCC的高压直流输电系统所采用的晶闸管多脉动换流阀属于非线性电路，运行过程中产生非正弦电流波形。周期为T的非正弦电流i可分解为形如式(1)的傅里叶级数：
Figure RE-GDA0002938974070000091
式中
Figure RE-GDA0002938974070000092
Figure RE-GDA0002938974070000093
Figure RE-GDA0002938974070000094
n＝1,2,3,L
式中，a0为直流分量，ω为基波角频率，ω＝2π/T，频率是整数倍基波频率的分量为谐波，an(n＝1,2,3…)和bn为谐波分量幅值，谐波的次数n为谐波频率和基波频率的整数比，n必须是大于1的正整数。
在进行傅里叶级数变换时，要求被变换的波形必须是不变的周期性波形，即进行分析时，只要被分析波形能持续一段时间，就可以应用傅里叶级数变换而实际直流输电系统的传输功率总是变化的，因此其电压电流波形也是不断变化的。
上述步骤3.3中，对APF的有功功率控制采用双闭环控制，电流内环用于实现有功电流及谐波电流的快速跟踪，电压外环为内环提供指令电流信号。
(1)控制外环主要根据实际控制目标生成基波有功电流送入电流控制内环。
如图6所示，利用瞬时无功率的公式，由于实际的Id(有功电流)远远小于 Iq(无功电流)，公式可以简化为：
P＝VqIq
Q＝-VdIq
调节Vq就是调节有功功率P，调节Vd的就是调节无功功率Q。其中，无功电流Iq为流过无源滤波器支路的基波电流，基本不变，Id为开断及通态损耗，数值相对非常小，可以认为基本为0，因此控制有功转变为控制Vq。由于这种拓扑下的无功调节能力非常弱，Iq比较大，因此Vd可认为是0。
P＝VqIq
Q＝0
基波矢量电压V＝Vqsina+Vdcosa＝Vqsina。
因此控制外环谐波电流控制如图7所示。外环谐波控制分为2部分，补偿背景谐波电压产生的5次谐波电流参考值为0时，APF只需补偿换流站谐波，补偿背景谐波电压产生的5次谐波电流参考值不为0时，APF需补偿换流站谐波及背景谐波电压产生的5次谐波电流。其中补偿背景谐波电压产生的5次谐波电流参考值生成如图8所示。
(2)控制内环：
级联H桥型APF为Y星接接地型式，采用分相控制方法，在静止abc坐标系下对三相换流链电流进行独立控制，基本电流闭环控制环路如图9所示。即参考电流iref与有源滤波器出口电流Iv之差经过PR环节得到电压调制目标值，再通过有源滤波器中子模块的开通关断得到跟随调制值的实际交流电压，该电压值除以负载阻抗(负载阻抗由无源滤波器)，得到跟随参考电流的电流值。
实际控制中还包含前项通道的信号离散化(即数字信号转到z域进行离散化处理，再通过零阶保持器转为连续函数)，反馈通道的检测环节(即二阶低通滤波器)等。实际工程存在的这些环节大大增加了延时，在一定程度上降低了测量的精度，然而这也是能减少但无法消除的误差，因此谐波补偿度也同样受制于检测环节及各种处理环节，通过不断压缩各个环节的影响，能适当提高谐波的补偿度。
·PR控制(对应于Gc(s))，如图10所示；
·延时环节1：为采集的电流信号离散至连续化变化带来的时延。这部分在仿真中未考虑。
·延时环节2：为APF电流检测反馈带来的时延。仿真中设置70us。
·负载(1/Z)：其中阻抗为串联无源滤波器支路阻抗。
上述步骤3.2中，电流控制器采用的是准比例谐振控制器，既可以保持比例谐振控制器的高增益，同时还可以有效地减小电网频率偏移对有源电力滤波器输出电感电流的影响，准比例谐振控制器的传递函数如式(2)所示：
Figure RE-GDA0002938974070000111
式中，ωc为截止频率。
由于系统中一般不能保证某次谐波只有正序分量或负序分量，导致采用旋转坐标系的谐波电流控制方案过于复杂，因此谐振调节器被用于谐波电流控制，以降低控制器的复杂程度，典型如图11所示。图中kp为比例系数，ξ为阻尼比，ωf和ωh为特征谐波角频率。
本发明还提供一种有源滤波器控制系统，其包括：接入模块、参数设置模块和调制电压获取模块；
接入模块选择有源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；
参数设置模块用于设置有源滤波器谐波容量；
调制电压获取模块设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压。
上述实施例中，调制电压获取模块中包括给定值确定模块、APF谐波调制电压获取模块、APF基频控制电压生成模块和输出模块；
给定值确定模块用于确定APF的谐波电流给定值；
APF谐波调制电压获取模块将APF支路的采样电流经低通滤波处理后得到APF 谐波电流，将APF谐波电流取负后与APF的谐波电流给定值进行叠加，输入APF 谐波电流控制器，得到APF谐波调制电压；
APF基频控制电压生成模块对APF的有功和无功功率控制进行调节，生成APF 基频控制电压；
输出模块将APF谐波调制电压与APF基频控制电压叠加后，得到APF的调制电压。
实施例：
在本实施例中，对抑制高压直流输电工程背景谐波放大的有源滤波器控制方法进行仿真。
混合滤波器支路如图12所示，有源滤波器通过无源滤波器接在500kV交流母线。APF投入的一般步骤为；1.APF准备解锁前，断开断路器，此时APF进入不可控充电模式，充至一定电压启动IGBT旁路保护，电容电压维持当前水平(如果IGBT 子模块长期不解锁，该电压水平会逐渐随着被取能和寄生电阻所消耗)，随后IGBT 解锁脉冲发出，APF进入工作模式。
其中为避免电容电压过充，电容电压充到一定值后触发的旁路控制指的是板卡发出指令，控制上面两个桥臂或者下面2个桥臂同时导通，使子模块输出电压为0，电容电压维持当前水平，直至解锁命令发出，APF投入运行，电容电压在有功功率控制下升至额定电压附近波动。
1)APF投入及切除过程
断路器1始终闭合。
串联无源滤波器的有源滤波器支路始终连接在电网母线处，1s时刻APF投入，1.5s时刻谐波补偿功能投入，2.5s时候APF切除过程仿真，如图13a所示。
这种情况在APF解锁，谐波补偿功能投入及切除对系统造成的冲击均不大，谐波电压畸变率最大幅值达到0.8％左右，如图13b所示。此时不投入有源滤波器也能满足性能要求，但是投入有源滤波器之后的效果更好，大约达到0.5％，如图 13c所示。
2)断路器1处初始状态断开。串联无源滤波器及有源滤波器同时投入。
无源滤波器与APF在1s时刻同时投入，1.5s启动谐波电流补偿功能，3s时刻APF切除过程仿真。如果阀仍然通过电容电压取电，但通过修改硬件能控制在几十ms内。(仿真中取70ms)，则同样的投入切除时间，则并网点的谐波电压畸变率与电容电压的变化趋势如图14a、图14b所示。
断路器1处初始状态断开。串联无源滤波器先投入，APF再投入(仅以阀通过其他渠道已经上电方式为例进行对比)。
无源滤波器在1s时刻投入，1.5s时刻APF投入，1.5sAPF谐波补偿功能投入， 3s时刻APF切除过程仿真。如图15所示，混合滤波器整个支路投入时刻的冲击非常大，并网点的谐波电压畸变率最高能达到4.3％。基本与串联无源滤波器与有源滤波器同时投入表现的电压畸变率的趋势相同。假设阀上电至旁路保护启动之间的时间较短或者板卡通过其他途径取能，则主要影响的因素为无源滤波器是否始终投入，始终投入的情况下再投入有源滤波器对系统造成的冲击非常小，而整个支路一起投入或者先投无源滤波器再投有源滤波器带来的对系统冲击的结果差异不大。
通过上述分析发现，串联无源滤波器的有滤波器支路投入方式按照1)中无源滤波器始终连接着母线上，有源滤波器根据实际情况投入的方式能够较大程度减少系统的电压冲击。对于任何一种情况，阀上电到触发旁路保护的这个过程的延时需要尽量控制在几十ms内完成，否则必然会导致电容电压过充。
2)不同系统阻抗下的滤波效果
以ACF投入10组滤波器为例，给定支路的电流参考值保持150A不变，观察不同交流系统阻抗下的THDu值。其中串联无源滤波器参数L＝3.3718uF，L＝0.12mH， R＝1000Ω。(THDu1与THDu2分别对应投入有源滤波器前后的无源-有源混合滤波器并网点谐波电压畸变率)
根据图16a～图16d所示的仿真结果可知，1)交流系统阻抗越小时，混合滤波器并网点的谐波电压畸变率较高，反之，混合滤波器并网点的谐波电压畸变率较低。因为对于交流系统背景谐波电压而言，交流系统阻抗与ACF阻抗串联，交流系统阻抗小，则ACF谐波电压分压大；2)有源滤波器投入前，并网点的谐波电压畸变率不同，但是在有源滤波器投入后，均能补偿至同一数值，如图所示各种交流系统阻抗下的THD2均为0.52％，这说明有源滤波器的最终的控制效果仅与设定的无源滤波器支路电流的参考值有关。
3)不同控制目标下的有源滤波器出力及谐波电流抑制效果
设置1s时刻投入APF的滤波功能，3s时刻APF切除，验证不同控制目标下
的有源滤波器出力及APF抑制5次谐波电流效果。混合滤波器支路中串联的无源滤波器始终投入的情况会改变原来系统与无源滤波器串联的谐振点，因此原来在第10组发生串联谐振，这种情况下放大背景谐波电压的效果较弱，为了表示串联谐振背景谐波电压放大的现象，以无源滤波器与APF同时投入进行后续的仿真。
1)控制无源滤波器支路电流230A，则APF出力为118A。THD1＝1.6％， THDu2＝1.17％。
无源滤波器投入前，系统阻抗与无源滤波器阻抗会发生串联谐振会把背景谐波电压放大，背景谐波按照1.5％考虑，这里放大了2倍，无源滤波器与APF投入后， THD1＝3％，THDu2＝1.17％，如图17a～图17c所示。
2)控制无源滤波器支路电流100A，APF5次谐波出力159A。THD1＝3％，
THDu2＝0.5％。如图18a～图18d所示。
3)控制无源滤波器支路电流0A，APF5次谐波出力189A。THD1＝3％，THDu2＝0％。如图19a～图19d所示。
通过仿真比较发现，随着无源滤波器支路参考电流由230减至0，阻尼系数由 0.4逐渐增加至1.0，谐波抑制效果不断增强，无源滤波器并网点谐波电压畸变率由最开始的1.17％到0％，APF出力由118A增加至189A，当系统阻抗与无源滤波器阻抗发生串联谐振导致的无源滤波器支路并网点的电压畸变率放大倍数较大时，需要的APF出力将更大。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/ 或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (5)

1.一种有源滤波器控制方法，其特征在于，包括：
步骤1、选择有源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；
步骤2、设置有源滤波器谐波容量；
步骤3、设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压；
所述步骤3中，检测点包括无源滤波器支路、APF支路及换流站出口；
所述有源滤波器的控制包括无功功率、有功功率及谐波电流补偿的控制，其中有功功率控制用于补偿APF装置的有功损耗，使电容电压能够平衡；
所述APF的调制电压获取方法为：
步骤3.1、确定APF的谐波电流给定值；
步骤3.2、将APF支路的采样电流经低通滤波处理后得到APF谐波电流，将APF谐波电流取负后与APF的谐波电流给定值进行叠加，输入APF谐波电流控制器，得到APF谐波调制电压；
步骤3.3、对APF的有功和无功功率控制进行调节，生成APF基频控制电压；
步骤3.4、将APF谐波调制电压与APF基频控制电压叠加后，得到APF的调制电压；
所述步骤3.1中，确定方法包括：
步骤3.1.1、将各检测点的采样电流分别通过带通滤波器处理后得到相应支路5次谐波电流；
步骤3.1.2、将APF 5次谐波电流取负后与滤波器5次谐波电流和LCC 5次谐波电流叠加，得到估算的5次电网电流；
步骤3.1.3、利用比例系数K抑制电网电流的谐波电流分量；
步骤3.1.4、利用FFT提取LCC采样电流iL的5次谐波，得到补偿LCC谐波电流分量iLh；
步骤3.1.5、将抑制谐波电流分量后的电网电流取负后，与补偿LCC谐波电流分量iLh叠加，得到APF谐波电流给定值。
2.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤1中，有源滤波器间接连接在高压场，通过降压变或者串联无源滤波器的方式进行连接。
3.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤3.3中，对APF的有功功率控制采用双闭环控制，电流内环用于实现有功电流及谐波电流的快速跟踪，电压外环为内环提供指令电流信号。
4.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述步骤3.2中，电流控制器采用准比例谐振控制器。
5.一种有源滤波器控制系统，其特征在于，包括：接入模块、参数设置模块和调制电压获取模块；
所述接入模块选择有源滤波器并入高压电网的基本拓扑结构；
所述参数设置模块用于设置有源滤波器谐波容量；
所述调制电压获取模块设置电流检测点，根据检测点的电流值得到电网电流，将电网电流与APF出力电流比较，利用比例系数K得到APF的调制电压；
所述调制电压获取模块中，检测点包括无源滤波器支路、APF支路及换流站出口；
所述有源滤波器的控制包括无功功率、有功功率及谐波电流补偿的控制，其中有功功率控制用于补偿APF装置的有功损耗，使电容电压能够平衡；
所述调制电压获取模块中包括给定值确定模块、APF谐波调制电压获取模块、APF基频控制电压生成模块和输出模块；
所述给定值确定模块用于确定APF的谐波电流给定值；
所述APF谐波调制电压获取模块将APF支路的采样电流经低通滤波处理后得到APF谐波电流，将APF谐波电流取负后与APF的谐波电流给定值进行叠加，输入APF谐波电流控制器，得到APF谐波调制电压；
所述APF基频控制电压生成模块对APF的有功和无功功率控制进行调节，生成APF基频控制电压；
所述输出模块将APF谐波调制电压与APF基频控制电压叠加后，得到APF的调制电压；
所述给定值确定模块中，确定方法包括：
步骤3.1.1、将各检测点的采样电流分别通过带通滤波器处理后得到相应支路5次谐波电流；
步骤3.1.2、将APF 5次谐波电流取负后与滤波器5次谐波电流和LCC 5次谐波电流叠加，得到估算的5次电网电流；
步骤3.1.3、利用比例系数K抑制电网电流的谐波电流分量；
步骤3.1.4、利用FFT提取LCC采样电流iL的5次谐波，得到补偿LCC谐波电流分量iLh；
步骤3.1.5、将抑制谐波电流分量后的电网电流取负后，与补偿LCC谐波电流分量iLh叠加，得到APF谐波电流给定值。
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