CN113890033A - 一种有源电力滤波器的有源阻尼电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源电力滤波器的有源阻尼电路及其控制方法，属于滤波器技术领域，本发明使用了两个变换器，每个变换器都有其对应控制器。在所提出的系统中，主变换器为有源电力滤波器变换器，用于补偿谐波电流，辅助变换器为有源阻尼变换器，用于抑制LCL滤波器的谐振。辅助变换器通过接口电感连接到LCL滤波器中的滤波电容器。主逆变器产生具有开关纹波谐波。因此，辅助逆变器的输出滤波器设计为在2倍主变换器开关频率是与滤波电容器具有零电阻，以更好地衰减主逆变器在该频率下的纹波谐波并防止传递到电网。

Description

一种有源电力滤波器的有源阻尼电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体是一种有源电力滤波器的有源阻尼电路及其控制方法。
背景技术
为了解决LCL滤波器的谐振问题，通常的两种常用方法是无源阻尼和有源阻尼方法，其中无源阻尼方法是通过在LCL滤波器中额外添加电阻元件来实现的，而有源阻尼方法是通过修改控制器算法实现的。然而，无源阻尼方法由于添加了额外的电阻元件，导致了系统的额外损耗，系统效率降低，而有源阻尼方法的应用导致系统控制器带宽受到限制。
有源电力滤波器中使用了具有LCL输出滤波器可以较好地减少运行期产生的开关纹波电流。但是，LCL滤波器存在谐振问题，可能会导致电能质量不佳或导致系统不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源电力滤波器的有源阻尼电路及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种有源电力滤波器的有源阻尼电路，包括主变换器和辅助变换器，两个变换器都有其对应控制器，所述主变换器为有源电力滤波器变换器，用于补偿谐波电流，辅助变换器为有源阻尼变换器，用于抑制LCL滤波器的谐振，辅助变换器通过接口电感连接到LCL滤波器中的滤波电容器，主变换器接到连接到LCL滤波器中的电感L1侧，主逆变器产生开关纹波谐波，辅助逆变器的输出滤波器为在2倍主变换器开关频率时与滤波电容器具有零电阻。
作为本发明的进一步方案：所述辅助变换器针对谐振频率呈现电阻特性。
一种有源电力滤波器的有源阻尼电路控制方法，首先，测量LCL滤波器的电容器支路电流以产生谐振控制器的谐振参考电流，然后，通过从电容器电流中提取滤波后的信号来获得谐振信号，根据谐振信号主变换器补偿谐波电流，辅助变换器抑制LCL滤波器的谐振。
作为本发明的进一步方案：所述谐振电流是通过使用陷波滤波器获得的。
作为本发明的进一步方案：陷波滤波器的传递函数在下式中给出：
Figure BDA0003322389670000021
其中，ωn是谐振频率，Q决定陷波滤波器的抑制带宽和增益。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用了两个变换器，每个变换器都有其对应控制器。在所提出的系统中，主变换器为有源电力滤波器变换器，用于补偿谐波电流，辅助变换器为有源阻尼变换器，用于抑制LCL滤波器的谐振。辅助变换器通过接口电感连接到LCL滤波器中的滤波电容器。主逆变器产生具有开关纹波谐波。因此，辅助逆变器的输出滤波器设计为在2倍主变换器开关频率是与滤波电容器具有零电阻，以更好地衰减主逆变器在该频率下的纹波谐波并防止传递到电网。
附图说明
图1为基于辅助变换器的有源阻尼电路电路原理图；
图2为基于辅助变换器的有源阻尼电路控制算法示意图；
图3为基于辅助变换器的有源阻尼电路的LCL滤波器的简化电路图；
图4为本发明验证实验结果波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，一种有源电力滤波器的有源阻尼电路，包括主变换器和辅助变换器，两个变换器都有其对应控制器，所述主变换器为有源电力滤波器变换器，用于补偿谐波电流，辅助变换器为有源阻尼变换器，用于抑制LCL滤波器的谐振，辅助变换器通过接口电感连接到LCL滤波器中的滤波电容器，主变换器接到连接到LCL滤波器中的电感L1侧，主逆变器产生开关纹波谐波，辅助逆变器的输出滤波器为在2倍主变换器开关频率时与滤波电容器具有零电阻。
本发明还公开了一种有源电力滤波器的有源阻尼电路控制方法，如图2所示，基于辅助变换器的有源阻尼电路的直流环节能量由电网提供。因此，类似于有源电力滤波器系统，不需要外部能源。
此外，测量LCL滤波器的电容器支路电流以产生谐振控制器的谐振参考电流。谐振电流是通过使用陷波滤波器(Notch Filter，NF)获得的，陷波滤波器是一种带阻滤波器，可抑制调谐频率处的信号。然后，通过从电容器电流中提取滤波后的信号来获得谐振信号。
陷波滤波器的传递函数在下式中给出。
Figure BDA0003322389670000031
其中，ωn是谐振频率，Q决定陷波滤波器的抑制带宽和增益。
设计要求辅助变换器针对谐振频率呈现电阻特性，带有辅助变换器的有源阻尼电路的LCL滤波器的简化电路如图3所示，图3中的Gd(s)、参数K是基于辅助变换器的有源阻尼电路的传递函数，它在谐振频率下显示出恒定电阻特性，电阻值设定为阻尼比为0.707的最近阻尼值。带有基于辅助变换器的有源阻尼电路的LCL滤波器的传递函数可以通过考虑下式中给出的辅助电感来获得。
Figure BDA0003322389670000032
其中，A＝Cf(LauxLi+LauxLg+LiLg)，B＝KCf(Li+Lg)和C＝Li+Lg。
为验证本发明提出的有源阻尼电路的工程实用价值，搭建实验平台对所提出系统的进行验证。
通过开启和关闭辅助变换器实现本发明提出的有源阻尼方法的开关，对比开启和关闭后两者波形，可以验证本发明提出的方法的有效性，实验结果如图4所示，可以看出，在关闭本发明提出的有源阻尼电路后，有源电力滤波器输出的开关纹波和谐振频率处的纹波明显增大，注入电网，导致电网电流受这些纹波的注入而被污染。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种有源电力滤波器的有源阻尼电路，包括主变换器和辅助变换器，两个变换器都有其对应控制器，其特征在于，所述主变换器为有源电力滤波器变换器，用于补偿谐波电流，辅助变换器为有源阻尼变换器，用于抑制LCL滤波器的谐振，辅助变换器通过接口电感连接到LCL滤波器中的滤波电容器，主变换器接到连接到LCL滤波器中的电感L1侧，主逆变器产生开关纹波谐波，辅助逆变器的输出滤波器为在2倍主变换器开关频率时与滤波电容器具有零电阻。
2.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器的有源阻尼电路，其特征在于，所述辅助变换器针对谐振频率呈现电阻特性。
3.一种有源电力滤波器的有源阻尼电路控制方法，其特征在于，首先，测量LCL滤波器的电容器支路电流以产生谐振控制器的谐振参考电流，然后，通过从电容器电流中提取滤波后的信号来获得谐振信号，根据谐振信号主变换器补偿谐波电流，辅助变换器抑制LCL滤波器的谐振。
4.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器的有源阻尼电路控制方法，其特征在于，所述谐振电流是通过使用陷波滤波器获得的。
5.根据权利要求4所述的一种有源电力滤波器的有源阻尼电路，其特征在于，陷波滤波器的传递函数在下式中给出：
Figure FDA0003322389660000011
其中，ωn是谐振频率，Q决定陷波滤波器的抑制带宽和增益。
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