CN215378458U - 一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统 - Google Patents

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张秀娟
季建辉
陈蕾
谢加民
吴方劼
季一鸣
王玲
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Abstract

本实用新型属于电力设备的技术领域，公开了一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，包括无源电力滤波器单元，所述无源电力滤波器单元的一端接入电网，另一端与有源电力滤波器单元串联，所述有源电力滤波器单元的两端还与限压模块并联在一起，所述限压模块用于限定有源电力滤波器单元两端的电压不超过其能承受的电压上限。本实用新型的整体结构简单，实现方便，成本低廉。

Description

一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统
技术领域
本实用新型涉及电气设备的技术领域，尤其涉及一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统。
背景技术
随着级联H桥拓扑结构的快速发展，使得级联H桥结构的混合型有源电力滤波器(hybrid active power filter，HAPF)能替代传统两电平或三电平结构的HAPF应用在中高压甚至特高压的场合。HAPF结合了无源滤波器和有源滤波器的优点，无源滤波器PF承担了大部分电网基波电压，有源滤波器APF 则只专注于谐波电流的补偿，从而大幅提升了装置的适用电压等级，在工程应用中被广泛采用。
李双健，杜夏冰，贾秀芳等在《一种应用于LCC高压直流输电的级联H桥混合型有源滤波器》(电网技术，2020(5))，以及李双健，贾秀芳，季一鸣等《基于MMC拓扑的混合型滤波器设计及其在LCC-HVDC中的应用》(电力自动化设备，2020，40(6):115-120)中对级联H桥混合型APF应用于LCC-HVDC 场合进行了探讨，阐述了HAPF的拓扑结构、工作原理、控制策略、补偿性能和稳定性等内容；余攀，瞿李锋，杨泽洲等《级联H桥混合型有源电力滤波器直流电压控制》(中国电机工程学报：2019,39(16):1866～4875)中对级联H 桥混合型APF的直流电压控制策略进行了仿真及样机验证。然而，在级联H 桥HAPF的启动方式研究上，尚属空白。
级联H桥HAPF的启动方式可分为他励启动和自励启动。针对级联H桥结构，他励启动时需要提供多个相互独立的直流启动电源，虽然控制简单但成本较高。而自励启动的难点在于HAPF结构中，有源滤波器部分通常仅承受很小一部分的并网点电压，因此需准确控制启动过程中APF由不控整流转为可控整流的时间，否则APF会有直流过压的风险，危害装置的安全性。实际上，根据缓启电阻值和直流侧支撑电容值的不同，APF直流电压的建立时间需十毫秒级到百毫秒级，因此对控制系统的实时性要求较高，尤其某些实际应用的级联H桥结构还涉及到H桥模块的直流电压取电问题，所以迫切需要设计一种对控制时间不敏感，且性价比较高的自励启动控制系统。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，解决现有HAPF结构再自励启动过程中，由于APF直流电压的建立时间短，对控制系统的实时性要求较高等等问题。
本实用新型可通过以下技术方案实现：
一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，包括无源电力滤波器单元，所述无源电力滤波器单元的一端接入电网，另一端与有源电力滤波器单元串联，所述有源电力滤波器单元的两端还与限压模块并联在一起，所述限压模块用于限定有源电力滤波器单元两端的电压不超过其能承受的电压上限。
进一步，所述限压模块包括串联在一起的限压电容C及限压电容开关QF4。
进一步，所述无源电力滤波器单元包括串联在一起的无源电力滤波器PF 和并网柱开关QF0，其一端接入电网，另一端与所述有源电力滤波器单元连接；
所述有源电力滤波器单元包括串联在一起的并网主开关QF2、有源电力滤波器APF、以及并联的缓启电阻R和缓启旁路开关QF3，所述有源电力滤波器APF单元的两端还与旁路开关QF1并联。
进一步，所述限压电容C的参数设定根据有源电力滤波器APF所能承受的电压上限而定。
进一步，所述无源电力滤波器PF设置为单调谐无源电力滤波器、二阶高通无源电力滤波器或者C型高通无源电力滤波器；
所述有源电力滤波器APF采用H桥级联变换器结构，其H桥级联拓扑结构采用三个桥臂通过Y型或△型连接组成，每个所述桥臂均包括串联在一起的多个H桥逆变单元，每个所述H桥逆变单元均设置为四个具有反并联二极管的IGBT采用H桥连接后再与直流电容器并联构成。
本实用新型有益的技术效果在于：
在现有HAPF结构的基础之上，增加限压模块，借助限压模块，确保有源电力滤波器单元两端的电压不超过其能承受的电压上限，这样，在整个启动过程中，有源电力滤波器单元的端电压就会被限制在设计值范围内，任何启动过程中的正常操作都不会引起过压，因此启动过程不受时间的影响，平稳安全的完成了混合型有源电力滤波器HAPF的自励启动。相对他励启动而言，本实用新型的自励启动方案成本较低，且对控制时间不敏感，应用范围更大。
附图说明
图1为本实用新型的整体电路结构示意图；
图2为本实用新型的HAPF中的无源电力滤波器的拓扑结构示意图；
图3为本实用新型的HAPF中的有源电力滤波器的拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1-2所示，本实用新型提供了一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，包括无源电力滤波器单元，该无源电力滤波器单元的一端接入电网，另一端与有源电力滤波器单元串联，该有源电力滤波器单元的两端还与限压模块并联在一起，该限压模块用于限定有源电力滤波器单元两端的电压不超过其能承受的电压上限。这样，借助限压模块，确保有源电力滤波器单元两端的电压不超过其能承受的电压上限，在整个启动过程中，有源电力滤波器单元的端电压就会被限制在设计值范围内，任何启动过程中的正常操作都不会引起过压，因此启动过程不受时间的影响，平稳安全的完成了混合型有源电力滤波器HAPF的自励启动。
该限压模块可以设置为串联在一起的限压电容C及限压电容开关QF4，借助限压电容开关QF4可以方便地控制限压电容C的投入和切除，简化控制流程，也不会增加太多的硬件结构，有利于节省成本。
具体地，无源电力滤波器单元包括串联在一起的并网柱开关QF0和无源电力滤波器PF，其并网柱开关QF0所在的一端接入电网，无源电力滤波器所在的一端与有源电力滤波器单元连接；该有源电力滤波器单元包括串联在一起的并网主开关QF2、有源电力滤波器APF、以及并联的缓启电阻R和缓启旁路开关QF3，然后，该有源电力滤波器单元的两端先于限压模块并联，再与旁路开关QF1并联，也就是无源电力滤波器PF的另一端连接旁路开关QF1、限压电容开关QF4以及并网主开关QF2，同时，该旁路开关QF1的另一端接地，限压电容开关QF4的另一端连接限压电容C，该限压电容C的另一端接地，其参数设定根据有源电力滤波器APF所能承受的电压上限而定；该并网主开关QF2 的另一端与并联在一起的缓启电阻R及缓启旁路开关QF3的一端连接，并联在一起的缓启电阻R及缓启旁路开关QF3的的另一端连接有源电力滤波器APF 的一端，该有源电力滤波器APF的另一端接地。
该无源电力滤波器PF可以设置为单调谐无源电力滤波器、二阶高通无源电力滤波器或者C型高通无源电力滤波器，如图2所示；该有源电力滤波器 APF采用H桥级联变换器结构，其H桥级联拓扑结构采用三个桥臂通过Y型或△型连接组成，每个所述桥臂均包括串联在一起的多个H桥逆变单元，每个所述H桥逆变单元均设置为四个具有反并联二极管的IGBT采用H桥连接后再与直流电容器并联构成，如图3所示。
在利用本实用新型的控制系统进行自励启动时，具体操作如下：
(1)闭合QF1，在HAPF启动前先旁路APF，保证APF装置不受无源电力滤波器并网冲击；
(2)闭合QF0，HAPF并网；
(3)检验APF装置的状态，是否存在故障，是否具备启动条件？若具备，进入步骤(4)，否则重复步骤(3)，若存在不可复位的故障信息，则给出告警，需人为干预；
(4)闭合QF4，为投入限压电容C做准备，在前期设计中，限压电容C和无源电力滤波器PF串联分压，限压电容C上的电压不会超过APF装置能承受的电压上限；
(5)闭合QF2，为投入APF装置做准备，由于APF装置和限压电容并联，因此APF端电压等于限压电容的电压；
(6)断开QF1，限压电容C和APF装置正式投入电网，并联了限压电容C 的APF装置通过无源电力滤波器PF并网，此时APF装置处于闭锁状态，电网通过级联H桥的反并联二极管对APF装置的直流电容进行不控整流充电，由于缓启电阻的存在，APF装置的充电电流被限制在合理范围内，且由于限压电容C是无源器件，马上就可以和无源电力滤波器PF分压，快速被充电至APF 装置能承受的电压上限，而APF装置的直流电容需要充电之后，才能建立电压，速度慢，所以限压电容C的端电压先达到要求，使APF装置的直流电压也被限制在合理范围内，最大不会超过APF装置能承受的电压上限，起到保护作用。
(7)APF装置的直流电压是否稳定？若稳定，进入步骤(8)，否则重复步骤(7)；
(8)闭合QF3，旁路缓启电阻R，APF装置的直流电压会继续充电上升，直至达到限压电容C的相电压峰值；
(9)APF装置的直流电压是否达到设计值？若达到，进入步骤(10)，否则重复步骤(9)；
(10)APF装置的端电压是否过零？若过零，进入步骤(11)，否则重复步骤(10)；
(11)解锁控制脉冲，APF装置进入可控整流状态；
(12)断开QF4，切除限压电容C，为下一次自励启动做准备，此时整个装置进入正常运行状态，自励启动完成。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，其特征在于：包括无源电力滤波器单元，所述无源电力滤波器单元的一端接入电网，另一端与有源电力滤波器单元串联，所述有源电力滤波器单元的两端还与限压模块并联在一起，所述限压模块用于限定有源电力滤波器单元两端的电压不超过其能承受的电压上限。
2.根据权利要求1所述的用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，其特征在于：所述限压模块包括串联在一起的限压电容C及限压电容开关QF4。
3.根据权利要求2所述的用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，其特征在于：所述无源电力滤波器单元包括串联在一起的并网柱开关QF0和无源电力滤波器PF，其一端接入电网，另一端与所述有源电力滤波器单元连接；
所述有源电力滤波器单元包括串联在一起的并网主开关QF2、有源电力滤波器APF、以及并联的缓启电阻R和缓启旁路开关QF3，所述有源电力滤波器APF单元的两端还与旁路开关QF1并联。
4.根据权利要求3所述的用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，其特征在于：所述限压电容C的参数设定根据有源电力滤波器APF所能承受的电压上限而定。
5.根据权利要求3所述的用于混合型有源电力滤波器的自励启动控制系统，其特征在于：所述无源电力滤波器PF设置为单调谐无源电力滤波器、二阶高通无源电力滤波器或者C型高通无源电力滤波器；所述有源电力滤波器APF采用H桥级联变换器结构，其H桥级联拓扑结构采用三个桥臂通过Y型或△型连接组成，每个所述桥臂均包括串联在一起的多个H桥逆变单元，每个所述H桥逆变单元均设置为四个具有反并联二极管的IGBT采用H桥连接后再与直流电容器并联构成。
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