CN206481057U - 一种有源滤波器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种有源滤波器，属于电力滤波设备技术领域。所述有源滤波器包括：电压相位锁定单元，电流采集单元，电流检测单元，与所述电压相位锁定单元及所述电流采集单元连接，直流侧电压控制单元，与所述电流检测单元连接，谐波计算单元，与所述电流检测单元及所述直流侧电压控制单元连接，电流跟踪控制单元，与所述谐波计算单元连接，以及驱动单元。本实用新型通过对基波正序电压相位锁定，对电流进行检测，并通过电流跟踪控制器使APF输出电流跟踪参考电流，实现了实现补偿后的电流中只含有基波正序有功电流，准确分离基波正序有功和无功电流。

Description

一种有源滤波器
技术领域
本实用新型属于电力滤波设备技术领域，具体地，特别涉及一种有源滤波器。
背景技术
随着电力电子技术的发展，各种非线性装置应用日益广泛，但其产生的谐波、无功功率对电网造成了很大危害。有源滤波器(Active Power Filter，简称APF)作为一种新型的谐波、无功综合补偿装置，受到越来越广泛的关注。通常，对有源滤波器补偿电流的检测采用基于同步旋转坐标系的谐波和无功检测，但当电网电压不对称和出现畸变时，此种检测不能对基波正序有功和无功电流进行准确分离，造成补偿电流检测的较大误差，威胁到有源滤波器的安全运行。
实用新型内容
鉴于以上问题，本实用新型的目的是提供一种有源滤波器，以解决当电网电压不对称和出现畸变时，准确分离基波正序有功和无功电流的问题，实现补偿后的电流中只含有基波正序有功电流。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型所述有源滤波器包括主电路，且主电路是H桥级联的三相星形连接结构，还包括：
电压相位锁定单元，用于锁定电网基波正序电压的相位；
电流采集单元，用于采集非线性负载电流信号；
电流检测单元，与电压相位锁定单元及电流采集单元连接，用于接收非线性负载电流信号，并输出非线性负载电流的直流分量；
直流侧电压控制单元，与电流检测单元连接，设置有PI控制器，用于输出有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流；
谐波计算单元，与电流检测单元及直流侧电压控制单元连接，用于对电流检测单元及直流侧电压控制单元的输出信号进行计算，并输出电流信号作为有源滤波器的参考电流信号；
电流跟踪控制单元，与谐波计算单元连接，用于控制有源滤波器的输出电流跟踪参考电流信号，以实现补偿后的电流中只含有基波正序有功电流；
驱动单元，与电流跟踪控制单元连接，用于驱动主电路中的功率器件。
优选的，电压相位锁定单元包括锁相环，用于得到与电压信号同步的信号，且在锁相环内部设置有低通滤波器，其中，低通滤波器用于提取电压的直流分量。
优选的，直流侧电压控制单元包括逆变器，在逆变器中的直流电容两端并联有一个由放电功率开关和放电电阻串联组成的电路。通过控制发电功率开关的导通和关断，调节并联于直流电容两端的放电电阻值，从而实现对各桥式电容电压的均衡控制。
优选的，本发明所述有源滤波器还包括比较调节单元，与电流跟踪控制单元和驱动单元连接，用于接收电流跟踪控制单元的输出信号，比较有源滤波器的输出电流和参考电流的偏差，并经过PI控制器处理之后对偏差信号进行相应调节，并输出信号至驱动单元。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
一、在电网电压不对称和出现畸变时，准确分离基波正序有功电流和无功电流；
二、通过在直流电容两端并联放电功率开关和放电电阻，实现了各桥式电容电压的均衡控制，避免了有源滤波器因电压不平衡造成的安全隐患。
附图说明
图1是本实用新型所述有源滤波器结构示意框图；
图2是本实用新型所述有源滤波器控制原理图；
图3是直流侧电压控制单元中逆变器电路图。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型做进一步详细的描述，以便于本实用新型更加清楚和易于理解。
图1和图2分别是本实用新型所述有源滤波器的结构示意框图和控制原理图。如图1和图2所示，有源滤波器包括主电路，且主电路是H桥级联的三相星形连接结构，还包括：
电压相位锁定单元1，用于锁定电网基波正序电压的相位，得到初相位θ1；
其中，电压相位锁定单元1包括锁相环PLL，用于得到与电压信号ua同步的信号ωt，从而可以得到sinωt和cosωt，且在锁相环PLL内部设置有低通滤波器，其中，低通滤波器用于提取电压的直流分量。
当三相电网电压不对称且有畸变时，电网电压基波正序分量的初相位θ1不为零，这时电网电压基波正序分量为sin(ωt+θ1)，从而实现电网基波正序电压相位锁定。
电流采集单元3，用于采集非线性负载电流信号iLa、iLb、iLc；
电流检测单元4，与电压相位锁定单元1及电流采集单元3连接，用于接收非线性负载电流信号iLa、iLb、iLc，并输出非线性负载电流的直流分量；
直流侧电压控制单元2，与电流检测单元4连接，设置有PI控制器，用于输出有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流；
谐波计算单元5，与电流检测单元4及直流侧电压控制单元2连接，用于对电流检测单元4及直流侧电压控制单元2的输出信号进行计算，并输出电流信号作为有源滤波器的参考电流信号；
电流跟踪控制单元6，与谐波计算单元5连接，用于控制有源滤波器的输出电流跟踪参考电流信号，以实现补偿后的电流中只含有基波正序有功电流；
比较调节单元，与电流跟踪控制单元6和驱动单元7连接，用于接收电流跟踪控制单元6的输出信号，比较有源滤波器的输出电流和参考电流的偏差，并经过PI控制器处理之后对偏差信号进行相应调节，并输出信号至驱动单元7。
驱动单元7，与电流跟踪控制单元6连接，用于驱动主电路中的功率器件。
图3是直流侧电压控制单元中逆变器电路图。如图3所示，直流侧电压控制单元2包括逆变器，在逆变器中的直流电容21两端并联有一个由放电功率开关22和放电电阻23串联组成的电路。通过控制发电功率开关22的导通和关断，调节并联于直流电容21两端的放电电阻23的值，从而实现对各桥式电容电压的均衡控制。
图2中的ua、ub、uc分别为a、b、c三相电网电压，将a相电压通过锁相环PLL，可以得到与ua同步的信号ωt，从而可以得到sinωt和cosωt，对三相电网电压ua、ub、uc进行dq变换，求出ud，uq
在锁相环PLL内部设置低通滤波器,用于提取ud，uq的直流量和其中，对应于基波正序有功电压，对应于基波正序无功电压。由电压基波正序分量在dq坐标系中的数值关系，其初相位θ1可以由下式求取：
当时，
当时，
当三相电网电压不对称且有畸变时，不为零，则电网电压基波正序分量的初相角不为零，这时电网电压基波正序分量为sin(ωt+θ1)，实现电网基波正序电压相位锁定。
由电流采集单元3采集非线性负载电流信号iLa、iLb、iLc，并将信号输送至电流检测单元4。电流检测单元4接收非线性负载电流信号iLa、iLb、iLc以及电压相位锁定单元1输出的电网电压基波正序分量sin(ωt+θ1)，通过设置的低通滤波器之后，输出非线性负载电流的直流分量。其中，电流采集单元3为模拟量转换为数字量的采样电路，电流检测单元4包括控制器，实现基于基波正序电压相位锁定的电流检测。
首先，由电网基波正序电压相位锁定可求出其对应的变换矩阵C1
由C1可求出三相负载电流的dq变换矩阵D
其中，
则三相负载电流iLa、iLb、iLc的dq变换为：
输出三相非线性负载的直流量其对应于负载电流基波正序有功电流，且的值设置为零。
图2中为直流电压的给定值，udi为某一个H桥的直流侧电容电压。在直流侧电压控制单元2中将直流电压的给定值与APF三相直流侧电容电压之和的平均值相减，并由PI控制器对其差值进行PI调节控制，输出有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流量Δid。其中，直流侧电压控制单元2包括直流电压控制器。
在谐波计算单元5中，对电流检测单元4输出的三相非线性负载的直流量以及直流侧电压控制单元2输出有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流量Δid进行计算，得出有源滤波器的参考电流信号，如下：
对进行dq反变换，dq反变换矩阵为D-1。
的dq反变换对应值为ifa、ifb和ifc。
则APF的参考电流和为：
电流跟踪控制单元6包括电流跟踪控制器，使APF输出的电流ica、icb、icc实时跟踪参考电流和的信号变化，从而实现补偿后的电流中只含有基波正序有功电流，准确分离基波正序有功电流和无功电流。
此外，在电流跟踪控制单元6与驱动单元7之间设置连接有比较调节单元8，其中，驱动单元7包括功率模块IGBT管的驱动板，比较调节单元8包括PI控制器，由PI控制器处理APF的输出电流信号与参考电流之间的偏差之后，再与一个固定频率的三角载波信号相比较。如果APF的参考电流大于APF的输出电流信号，则误差信号为正，经过调制后，使实际电流增加；反之，则使实际电流减小。输出值经过载波移相脉宽调制得到各级联H桥功率器件的触发信号，进而由驱动单元7驱动主电路中的各个功率器件，使有源滤波器安全运行。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种有源滤波器，包括主电路，所述主电路是H桥级联的三相星形连接结构，其特征在于，还包括：
电压相位锁定单元，用于锁定电网基波正序电压的相位；
电流采集单元，用于采集非线性负载电流信号；
电流检测单元，与所述电压相位锁定单元及所述电流采集单元连接，用于接收所述非线性负载电流信号，并输出非线性负载电流的直流分量；
直流侧电压控制单元，与所述电流检测单元连接，设置有PI控制器，用于输出所述有源滤波器从电网吸收的基波正序有功电流；
谐波计算单元，与所述电流检测单元及所述直流侧电压控制单元连接，用于对所述电流检测单元及所述直流侧电压控制单元的输出信号进行计算，并输出电流信号作为所述有源滤波器的参考电流信号；
电流跟踪控制单元，与所述谐波计算单元连接，用于控制所述有源滤波器的输出电流跟踪所述参考电流信号；
驱动单元，与所述电流跟踪控制单元连接，用于驱动所述主电路中的功率器件。
2.根据权利要求1所述的有源滤波器，其特征在于，所述电压相位锁定单元包括：锁相环，用于得到与电压信号同步的信号，所述锁相环内部设置有低通滤波器，所述低通滤波器用于提取电压的直流分量。
3.根据权利要求1所述的有源滤波器，其特征在于，所述直流侧电压控制单元包括逆变器，在所述逆变器中的直流电容两端并联有一个由放电功率开关和放电电阻串联组成的电路。
4.根据权利要求1所述的有源滤波器，其特征在于，所述有源滤波器还包括比较调节单元，与所述电流跟踪控制单元和驱动单元连接，用于接收所述电流跟踪控制单元的输出信号，比较所述有源滤波器的输出电流和所述参考电流的偏差并进行相应调节，并输出信号至驱动单元。
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