一種高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的混合有源電力濾波器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及到高壓系統(tǒng)中的電力濾波器領(lǐng)域，特指一種基于高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的 混合有源電力濾波器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，應(yīng)用于高壓系統(tǒng)中的有源電力濾波器主要采用以下三種方式：
[0003] -是利用三相全橋變流器產(chǎn)生補(bǔ)償諧波電流，通過變壓器升壓后接入高壓電網(wǎng)， 該方式的缺點(diǎn)是三相全橋電路受到IGBT器件的阻斷電壓限制無法直接輸出高電壓，這導(dǎo) 致在大容量應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)，低壓側(cè)需要采用多個(gè)三相全橋電路并聯(lián)，從而使低壓母線電流非 常巨大。巨大的低壓電流不但造成有源濾波器損耗難以控制，而且大電流引起的磁場(chǎng)也會(huì) 對(duì)周圍設(shè)備產(chǎn)生不利影響。因此，該種有源電力濾波器不能勝任大容量應(yīng)用場(chǎng)合。
[0004] 然而隨著各種電力變換技術(shù)的廣泛應(yīng)用和非線性負(fù)荷的增加，諧波治理的需求和 容量呈現(xiàn)為逐年上升趨勢(shì)，特別是冶煉企業(yè)、風(fēng)電光伏等行業(yè)，所以這種有源電力濾波器的 結(jié)構(gòu)不利用廣泛應(yīng)用。
[0005] 二是高壓直掛式有源電力濾波器，這種形式的有源電力濾波器，通過串聯(lián)變流模 塊（通常是Η橋模塊）獲得較高的輸出電壓。該方式的優(yōu)點(diǎn)是通過多個(gè)變流器模塊串聯(lián)， 可以采用CPS-PWM調(diào)制方式，使得輸出的合成電壓具有較高的等效開關(guān)頻率，雖然該方式 提高了等效開關(guān)頻率，但是該方式仍存在補(bǔ)償?shù)闹C波次數(shù)有限的問題，這是由于各種高低 壓交直交變頻器和高頻整流器的在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，使得位于負(fù)荷中心的電網(wǎng)高 次諧波問題越來越嚴(yán)重，這些高次諧波侵入其他電路會(huì)造成嚴(yán)重危害，因此該形式的有源 電力濾波器也有其局限性。
[0006] 三是混合有源電力濾波器，該種有源電力濾波器又分為兩種：
[0007] -種是基于三相橋式變流器和升壓注入式混合有源電力濾波器，雖然減少了有源 部分的容量，但是由于采用注入式結(jié)構(gòu)，變流器與無源濾波器串聯(lián)。首先是串接在由于變流 器與單調(diào)諧濾波器串聯(lián)在一起，單調(diào)諧濾波器對(duì)于高次諧波具有較高的阻抗，故對(duì)于高次 諧波，特別是接近變流器開關(guān)頻率的高次諧波抑制能力弱；其次，由于串聯(lián)在單調(diào)諧濾波器 上，同時(shí)變流器本身呢還有輸出濾波器，使得變流器的控制傳輸特新變得非常復(fù)雜，雖然國(guó) 內(nèi)外對(duì)注入式混合濾波器的控制進(jìn)行了很多研究，但其控制穩(wěn)定性仍有待提高，容易受到 濾波器制造水平和調(diào)諧頻率精確性的影響；第三，注入式混合有源濾波器雖然可以大大降 低有源部分容量，但有源部分容量的減少，使得該型混合有源電力濾波器相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)定 的容性無功源，在僅存在諧波，或者負(fù)載無功不波動(dòng)較大的場(chǎng)合，仍然需要?jiǎng)討B(tài)無功補(bǔ)償裝 置與其配合。
[0008] 另一種是采用Η橋鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的注入式有源電力濾波器，該種采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)多電平 變流器與無源單調(diào)諧濾波器串聯(lián)為特征。雖然提高了注入式混合有源電力濾波的容量，但 也存在缺點(diǎn)，有源濾波器與無源濾波器并聯(lián)雖然增加了諧波濾波能力，但是由于沒有采用 分頻補(bǔ)償方式，很容易使有源濾波器與無源濾波器發(fā)生諧振。注入型混合有源濾波器雖然 提出了基于η次諧波dq坐標(biāo)系的分頻檢測(cè)方法，但是該方法主要采用低通濾波進(jìn)行濾波， 低通濾波器濾除后的諧波占主要分量，相位延遲難以較好補(bǔ)償，檢測(cè)實(shí)時(shí)性一般；同時(shí)雖然 某些注入式混合濾波器中也設(shè)計(jì)到了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行諧波分頻控制的方法，但是 由于檢測(cè)到的諧波已經(jīng)合成補(bǔ)償信號(hào)，這是再進(jìn)行分頻控制，不但增加了計(jì)算量，同時(shí)也存 在相互干擾問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、工作可靠性好、性能優(yōu)越的基于高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的混合有源電力 濾波器及其控制方法。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0011] -種高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的混合有源電力濾波器，包括鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器、濾波電抗器和 高通濾波器；所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器為具有旁路的結(jié)構(gòu)變流器，所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器采用Η 橋模塊，每個(gè)直流側(cè)電容相互獨(dú)立；所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器通過濾波電抗器與高通濾波器并 聯(lián)，然后再接入電網(wǎng)，分別與電網(wǎng)中的一相相連。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述高通濾波器為二階高通濾波器，所述高通濾波器 中的濾波電感與吸收電阻并聯(lián)后，再與濾波電容串聯(lián)。
[0013] 本發(fā)明還提供一種高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的混合有源電力濾波器，包括鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器、 升壓變壓器和高通濾波器；所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器采用Η橋模塊，每個(gè)直流側(cè)電容相互獨(dú)立； 所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器通過升壓變壓器與高通濾波器并聯(lián)，然后再接入電網(wǎng)。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述高通濾波器為二階高通濾波器，所述高通濾波器 中的濾波電感與吸收電阻并聯(lián)后，再與濾波電容串聯(lián)。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器（2)為具有旁路的結(jié)構(gòu)變流器。
[0016] 本發(fā)明還進(jìn)一步提供一種基于上述混合有源電力濾波器的控制方法，包括諧波分 頻檢測(cè)，諧波分頻檢測(cè)的步驟為：
[0017] (1. 1)首先取系統(tǒng)側(cè)電流ΙΑ、ΙΒ、Ιε，利用公式（1)，對(duì)于第j次諧波則使用時(shí)，變換 矩陣為Cj，可以將j次諧波轉(zhuǎn)換到j(luò)次dq坐標(biāo)系中，此時(shí)低于j次及其以上諧波幅值為idj 和相位為iqj;
[0018]
[0019] (1. 2)將id]通過高通濾波，濾除后的交流分量并通過相位補(bǔ)償?shù)玫奖萰次更高次 的d軸交流分量& ,再將$與id]比較后得到第j次諧波在j次dq坐標(biāo)系下的d軸直流信 號(hào)，其為j次諧波幅值信息在j次dq坐標(biāo)系中的映射；將iqj經(jīng)高通濾波濾波后的交流 分量并通過相位補(bǔ)償?shù)玫奖萰次更高次的q軸交流分量^，再將ζ與iqj比較后得到第j 次諧波在j次dq坐標(biāo)系下q軸直流分量信號(hào)，其為j次諧波相位信息在j次dq坐標(biāo)系 中的映射。
[0020] 本發(fā)明還進(jìn)一步提供一種基于上述混合有源電力濾波器的控制方法，包括有源電 力濾波器諧波閉環(huán)控制，有源電力濾波器諧波閉環(huán)控制的步驟為：
[0021] (2. 1)利用下式（2)，對(duì)于j次諧波則使用變換矩降C；1，將分頻檢測(cè)得到的第j次 諧波d軸直流分量&和q軸直流分量:?通過j次變換矩陣后經(jīng)過如下式（3)所示的
第j次諧波的PI調(diào)節(jié)器PI,，得到在abc坐標(biāo)系下的需要吸收第j次電流所需要輸出的電 壓uhj ;
[0022]
[0023]
[0024] 其中：KP]為第j次諧波比例系數(shù)，Ki,第j次諧波積分系數(shù)；
[0025] (2. 2)將uhj、uhj+r"uhn與系統(tǒng)電壓參考值usr級(jí)聯(lián)相減，混合有源濾波器輸出電壓 參考信號(hào)uhr。
[0026] 本發(fā)明還進(jìn)一步提供一種基于上述混合有源電力濾波器的控制方法，包括無功補(bǔ) 償與APF平均直流電壓控制，無功補(bǔ)償與APF平均直流電壓控制的步驟為：
[0027] (3. 1)分別檢測(cè)三相高壓鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器的各相變流器模塊的直流電容電壓，其 中公式⑷中，N為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變流器的串聯(lián)數(shù)，uAdy為A相第i個(gè)鏈節(jié)模塊的直流電壓，uB< i為B相第i個(gè)鏈節(jié)模塊的直流電壓，為C相第i個(gè)鏈節(jié)模塊的直流電壓，udyV為其中 三相相變流器的模塊平均電壓，^通過CPS-PWM調(diào)制可以得到各級(jí)模塊的電壓控制信號(hào)；
[0028]
[0029](3. 2)將平均直流電壓反饋值udyV與期望的直流電壓值ud"進(jìn)行比較，經(jīng)PI控制 器得到變流器輸出電壓的d分量U&，將鏈?zhǔn)接性礊V波器的輸出電流在dq坐標(biāo)系下的基波 無功分量iqfb與基準(zhǔn)無功電流分量進(jìn)行比較，經(jīng)PI控制器得到變流器輸出電壓的q分 量lq，再通過間接電流控制可以得到abc坐標(biāo)系下無功和有功控制指