一種有源電力濾波器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力濾波器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種串聯(lián)混合型的有源電力濾波器及 其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電子裝置和非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量的諧波，降低了電力系統(tǒng)的供 電質(zhì)量?，F(xiàn)有的解決諧波問題有兩種方案:一種是主動(dòng)型方案，即對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行 改造，使其不產(chǎn)生諧波；另一種屬于被動(dòng)型方案，通過裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，這就 是通常所說的電力濾波器，電力濾波器一般分為無(wú)源電力濾波器和有源電力濾波器，其中 無(wú)源電力濾波器是目前使用最為廣泛和成熟的諧波抑制手段，但是無(wú)源電力濾波器存在一 些固有缺點(diǎn):可能導(dǎo)致諧振現(xiàn)象、系統(tǒng)的阻抗嚴(yán)重地影響濾波特性、無(wú)法對(duì)變化的諧波進(jìn)行 實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)?。有源電力濾波器就是為了解決無(wú)源電力濾波器的問題而提出的。有源電力濾 波器主要分為以下幾類：1)單獨(dú)使用的并聯(lián)型和串聯(lián)型有源電力濾波器；2)混合型有源電 力濾波器，主要包括并聯(lián)無(wú)源和并聯(lián)有源電力濾波器相結(jié)合的方案、并聯(lián)無(wú)源和串聯(lián)有源 電力濾波器相結(jié)合的方案以及無(wú)源和有源電力濾波器串聯(lián)聯(lián)接的方案;3)統(tǒng)一電能質(zhì)量控 制器。
[0003] 在這些有源電力濾波器中，串聯(lián)混合型有源電力濾波器采用并聯(lián)無(wú)源濾波器和較 小容量的有源電力濾波器結(jié)合完成大容量的濾波任務(wù)，可以降低成本，具有很高的性價(jià)比， 因此應(yīng)用較廣泛，但是現(xiàn)有的串聯(lián)混合型有源電力濾波器的無(wú)源支路較多，且容易受諧波 干擾電壓的影響而大大降低濾波器的濾波效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種有源電力濾波器及其控制方法，無(wú)需多條 無(wú)源支路，改善了受諧波電壓干擾而使得諧波等效阻抗減小的問題，具有更好的濾波效果。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明公開了一種單相制的有源電力濾波器，應(yīng)用于單相制電力系統(tǒng)，所述單相 制電力系統(tǒng)包括接入電網(wǎng)和諧波源負(fù)載，所述單相制的有源電力濾波器包括電流檢測(cè)單 元、控制單元、串聯(lián)變壓器單元和無(wú)源濾波器單元，其中：所述電流檢測(cè)單元包括第一電流 互感器，所述第一電流互感器連接在所述串聯(lián)變壓器單元的一次側(cè)和所述控制單元之間， 所述第一電流互感器檢測(cè)所述串聯(lián)變壓器單元的一次側(cè)電流，并將所述一次側(cè)電流輸出至 所述控制單元;所述控制單元包括第一電流處理電路和電流發(fā)生電路，所述第一電流處理 電路的輸入端和所述第一電流互感器連接，所述第一電流處理電路的輸出端與所述電流發(fā) 生電路的輸入端連接，所述電流發(fā)生電路的輸出端與所述串聯(lián)變壓器單元的二次側(cè)兩端連 接，所述第一電流處理電路接收到所述一次側(cè)電流后提取所述一次側(cè)電流的基波分量和諧 波分量，并將所述一次側(cè)電流的基波分量和諧波分量分別轉(zhuǎn)換為與所述一次側(cè)電流的基波 分量相位相反、大小相同的電流基波指令信號(hào)和與所述一次側(cè)電流的諧波分量相位相同、 大小為所述一次側(cè)電流的諧波分量的K倍的電流諧波指令信號(hào)，再將所述電流基波指令信 號(hào)和所述電流諧波指令信號(hào)輸出給所述電流發(fā)生電路，所述電流發(fā)生電路根據(jù)所述電流基 波指令信號(hào)和所述電流諧波指令信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)電流，并將該電流輸出至所述串聯(lián)變壓器單 元的二次側(cè)，其中1<κ<20;所述串聯(lián)變壓器單元的一次側(cè)兩端串聯(lián)在所述接入電網(wǎng)和所 述諧波源負(fù)載之間;所述無(wú)源濾波器單元是設(shè)置在所述串聯(lián)變壓器單元和所述諧波源負(fù)載 之間的支路電路。
[0007] 優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)單元還包括第二電流互感器，所述第二電流互感器連接在 所述串聯(lián)變壓器單元的二次側(cè)和所述控制單元之間，所述第二電流互感器檢測(cè)所述串聯(lián)變 壓器單元的二次側(cè)電流，并將所述二次側(cè)電流輸出至所述控制單元;所述控制單元還包括 第二電流處理電路，所述第二電流處理電路的輸入端和所述第二電流互感器連接，所述第 二電流處理電路的輸出端與所述電流發(fā)生電路的輸入端連接，所述第二電流處理電路接收 到所述二次側(cè)電流后提取所述二次側(cè)電流的基波分量和諧波分量，并將所述二次側(cè)電流的 基波分量和諧波分量轉(zhuǎn)換為電流基波反饋信號(hào)和電流諧波反饋信號(hào)，再將所述電流基波反 饋信號(hào)和所述電流諧波反饋信號(hào)輸出給所述電流發(fā)生電路，所述電流發(fā)生電路根據(jù)所述電 流基波反饋信號(hào)和所述電流諧波反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。
[0008] 優(yōu)選地，所述電流發(fā)生電路采用逆變器。
[0009] 本發(fā)明還公開了一種三相制的有源電力濾波器，應(yīng)用于三相制電力系統(tǒng)，所述三 相制電力系統(tǒng)包括接入電網(wǎng)和諧波源負(fù)載，所述三相制的有源電力濾波器包括三組如上所 述的單相制的有源濾波器，其中三組所述單相制的有源電力濾波器相互獨(dú)立。
[0010]本發(fā)明還公開了一種三相制的有源電力濾波器，應(yīng)用于三相制電力系統(tǒng)，所述三 相制電力系統(tǒng)包括接入電網(wǎng)和諧波源負(fù)載，所述三相制的有源電力濾波器包括三組如上所 述的單相制的有源濾波器，其中的三組所述電流發(fā)生電路合并采用三相逆變器實(shí)現(xiàn)，三組 所述第一電流互感器、所述第一電流處理電路、所述串聯(lián)變壓器單元和所述無(wú)源濾波器單 元相互獨(dú)立。
[0011]本發(fā)明還公開了一種三相制的有源電力濾波器，應(yīng)用于三相制電力系統(tǒng)，所述三 相制電力系統(tǒng)包括接入電網(wǎng)和諧波源負(fù)載，所述三相制的有源電力濾波器包括三組如上所 述的單相制的有源濾波器，其中的三組所述電流發(fā)生電路合并采用三相逆變器實(shí)現(xiàn)，三組 所述第一電流互感器、所述第一電流處理電路、所述第二電流互感器、所述第二電流處理電 路、所述串聯(lián)變壓器單元和所述無(wú)源濾波器單元相互獨(dú)立。
[0012] 本發(fā)明另外還公開了一種有源電力濾波器的控制方法，所述有源電力濾波器包括 電流檢測(cè)單元、控制單元、串聯(lián)變壓器單元和無(wú)源濾波器單元，控制方法包括以下步驟:所 述電流檢測(cè)單元檢測(cè)所述串聯(lián)變壓器單元的一次側(cè)電流后將所述一次側(cè)電流輸出給所述 控制單元;所述控制單元接收所述一次側(cè)電流后提取所述一次側(cè)電流的基波分量和諧波分 量，然后將所述一次側(cè)電流的基波分量和諧波分量分別轉(zhuǎn)換為與所述一次側(cè)電流的基波分 量相位相反、大小相同的電流基波指令信號(hào)和與所述一次側(cè)電流的諧波分量相位相同、大 小為所述一次側(cè)電流的諧波分量的K倍的電流諧波指令信號(hào);所述控制單元生成與所述電 流基波指令信號(hào)和所述電流諧波指令信號(hào)成比例的相應(yīng)電流，并將該電流輸出至所述串聯(lián) 變壓器單元的二次側(cè)，其中I <Κ<20;所述無(wú)源濾波器單元接收諧波源負(fù)載的諧波電流。
[0013] 優(yōu)選地，控制方法還包括以下步驟:所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)所述串聯(lián)變壓器單元 的二次側(cè)電流后將所述二次側(cè)電流輸出給所述控制單元;所述控制單元接收所述二次側(cè)電 流后提取所述二次側(cè)電流的基波分量和諧波分量，然后將所述二次側(cè)電流的基波分量和諧 波分量分別轉(zhuǎn)換為電流基波反饋信號(hào)和電流諧波反饋信號(hào)，所述控制單元根據(jù)所述電流基 波反饋信號(hào)和所述電流諧波反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的有源電力濾波器及其控制方 法，通過控制系統(tǒng)將串聯(lián)變壓器的一次側(cè)電流的基波分量和諧波分量分別進(jìn)行處理成對(duì)應(yīng) 的指令信號(hào)并生成相