[发明专利]一种新型的有源电力滤波装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的有源电力滤波装置及其控制方法，属于中、低压电力电子技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，电网中的电力电子设备不断增加，对电网造成了严重的干扰。这主要是因为这些负载的非线性、冲击性和不平衡的用电特性产生了大量的谐波电流。因此，用于谐波抑制的有源电力滤波技术已成为电力电子和电工领域的研究热点之一。

有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）从外部入手，采用实时补偿技术来改善电网的供电质量，是一种谐波补偿器。与传统的无源电力滤波器相比，APF的补偿方式更为灵活，可以补偿频率和大小都不断变化的谐波，也可以选择指定次谐波进行补偿，并且对补偿对象的变化有极快的反应。APF分为串联型和并联型两种，实际应用中后者占大多数。

但是，由于本身的拓扑结构和控制原理所限，并联型有源电力滤波器只适用于补偿感性负载的场合。当负载为容性时，并联型有源电力滤波器会使得负载谐波不断放大，以致最后无法正常运行，并对负载造成损害。目前解决此问题的方法通常是只补偿一部分谐波，以缓解谐波放大的程度，但这并不能从根本上解决问题，而且也无法发挥APF的全部补偿效果。串联型有源电力滤波器补偿感性负载时也会出现类似的现象。

上述问题极大地限制了APF的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服并联型有源电力滤波器补偿容性负载时出现的谐波放大的问题，并且补偿电网电压的波动，扩大有源电力滤波器的适用范围，全面改善电能质量。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种新型的有源电力滤波装置，包括两组共直流母线的三相逆变器，一组三相逆变器通过并网电抗器并联接入电网，等效为一个电流源，另一组三相逆变器通过LC滤波器接入变压器的原边绕组，变压器的副边绕组串联接入电网负载侧前端，等效为一个电压源。

新型的有源电力滤波装置的控制方法，包括对电网电流的控制和对电网电压的控制，其中

对电网电流的控制主要包括如下步骤：

1-1）并联接入电网的逆变器实时采集监测负载侧电流信号，通过准比例谐振控制方式从负载侧电流信号中提取各次谐波信号，根据所提取各次谐波信号，逆变器输出与负载反相的谐波电流，从而对负载所发出的各次谐波电流进行相应的补偿；

1-2）通过瞬时无功功率理论进行坐标变换，将采样所得的负载侧电流I_A、I_B、I_C变换到两相旋转坐标系下的有功电流d轴分量i_d和无功电流q轴分量i_q，提取出负载的无功电流信号i_q，根据所提取的无功电流信号，逆变器输出与负载反相的无功电流，从而对负载所发出的无功电流信号进行相应的补偿；

1-3）逆变器实时采集监测直流母线的电压信号，与直流母线给定信号比较，得到直流母线的电压偏差，经过电压环、电流环双闭环PI控制器得到有功电流给定信号；

1-4）将所述步骤1-3）的有功电流给定信号，所述步骤1-2）的负载的无功电流信号和所述步骤1-1）的各次谐波信号相加，作为逆变器输出电流给定的调制波信号，与载波信号叠加比较，经过SPWM调制，得到逆变器输出脉冲信号，控制逆变器输出电流的大小，从而实现对电网电流的控制。

对电网电压的控制主要包括如下步骤：

2-1）串联接入电网负载侧的逆变器实时监测电网侧电压，通过坐标变换得到电网测电压的有功电压分量；

2-2）电网测电压的有功电压分量与电压有功分量给定相比较，得到电网侧电压偏差值，经过PI控制器调节后作为逆变器输出电压给定信号作为调制波信号，与载波信号叠加比较，经过坐标变换和SPWM调制后得到逆变器的输出脉冲信号，控制逆变器输出电压的大小；

2-3）逆变器输出的电压经过LC滤波器滤波后输入变压器原边绕组，在变压器副边绕组中感应出相应电压，与电网侧电压串联，补偿电网侧电压的偏差和跌落，从而实现对电网电压的控制；同时由于变压器副边绕组是感性负载，与容性负载串联后能抑制容性负载所引起的谐波放大。

前述的控制方法，所述步骤1-1）通过准比例谐振控制方式从负载侧电流信号中提取各次谐波信号具体为：

准比例谐振控制器是一种可提取特定次谐波电流信号，滤除其他信号的控制算法，在复数域内的传递函数如式（1）所示：