[发明专利]无变压器型混合有源电力滤波器及其实现方法和控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统中谐波抑制和无功补偿的技术领域，涉及一种无变压器型混合有源电力滤波器及其实现方法和控制方法。

背景技术

目前，电力系统中电力电子装置的广泛应用，给电网带来了电压闪变，无功缺额，谐波污染等电能质量问题。为防止上述电能质量问题导致的重大事故发生，因此需要在配电网中装设先进的谐波抑制和无功补偿装置。

可以通过无源滤波器或者有源电力滤波器来解决上述问题。无源电力滤波器是利用电感、电容元件的谐振特性，形成谐波的低阻抗支路，具有成本低、技术成熟等优点，但存在滤波特性依赖电网参数，容易失调和谐振等不足；有源电力滤波器是一种动态的谐波抑制和无功补偿装置，能够克服无源电力滤波器的缺点，但投资成本过高，难以实现大规模的推广和应用。

图11为传统的双调谐滤波器，它应用于无源滤波场合。传统双调谐滤波器基波电压均由电容器承担，无法直接应用于混合有源电力滤波器之中。

为了解决电网电能质量问题、推进谐波抑制技术的发展，国内外学者开展了混合型有源电力滤波器的研究。混合型有源电力滤波器由无源电流滤波器和有源电力滤波器通过适当方式组合而成，能够实现滤波性能和投资成本的合理折中。其中1)注入谐振式混合型有源电力滤波器，由无源滤波器和基波谐振电路构成注入支路，有源电力滤波器通过耦合变压器连至注入支路，由于注入点基波电压为0，有源电力滤波器无法吸收维持自身工作的有功功率，需要额外设计低压整流装置维持有源电力滤波器的直流电压，使得系统结构复杂，且体积大、成本高；2)电感电容串联混合型有源电力滤波器拓扑中，电压型逆变器与滤波电感和电容串联后连入公共电网耦合点，系统全部的无功补偿电流和谐波补偿电流均要由有源电力滤波器提供，导致有源电力滤波器额定电流较高，成本高，可靠性较差；3)电感电容组成的注入式混合型有源电力滤波器中，电感电容组成的无源支路为提供无功功率补偿，无功电流不流经有源电力滤波器，有源电力滤波器只补偿谐波电流，有源电力滤波器的额定电流虽然有所下降，但由于5次、7次等含量较大的谐波由有源电力滤波器提供补偿，系统的成本和容量仍然偏高。

因此，有必要设计一种新型的电力滤波器及其控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无变压器型混合有源电力滤波器及其实现方法和控制方法，该无变压器型混合有源电力滤波器及其实现方法和控制方法同时具有PPF成本低和APF的滤波性能和动态性能优异的特点，易于实施，滤波效果良好。

发明的技术解决方案如下：

一种无变压器型混合有源电力滤波器，包括双调谐无源滤波器和二极管钳位型有源滤波器；

所述的二极管钳位型有源滤波器为三电平逆变器；

双调谐无源滤波器包括与电网的A、B、C相分别相连的3条无源滤波支路；每一条无源滤波支路包括注入电容C₁、分压电容C₂、并联电容C₃、第一电感L₁和第二电感L₂；

注入电容C₁的一端接电网，注入电容C₁的另一端依次经分压电容C₂和并联支路接地；并联支路的结构为：并联电容C₃与第二电感L₂串联后再与第一电感L₁并联；

3条无源滤波支路的分压点分别通过三个输出电感L_f与三电平逆变器交流侧的三个端子分别相连；所述的分压点是指无源滤波支路中注入电容C₁与分压电容C₂的连接点。

所述的三电平逆变器包括3个桥臂和2个直流侧电容(C_dc1，C_dc2且C_dc1＝C_dc2)，直流侧串联等效电容为C_dc1/2，2个直流侧电容串联后与3个桥臂并联；

每一个桥臂由4个开关管和2个钳位二极管组成；其中，上桥臂和下桥臂各由2个开关管组成(具体为1个开关管的E极连接另一个开关管的C极)；每一个桥臂中，2个钳位二极管为第一钳位二极管和第二钳位二极管，第一钳位二极管的正极与第二二钳位二极管的负极连接；第一钳位二极管的负极接上桥臂的2个开关管的连接点；第二钳位二极管的正极接下桥臂的2个开关管的连接点；

三个桥臂的中点分别与所述的三个输出电感L_f相连，所述的桥臂的中点指上桥臂与下桥臂的连接点；