[发明专利]一种链式有源电力滤波器的差异化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统无功补偿和谐波治理技术领域，涉及一种链式有源电力滤波器的差异化控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各种非线性电力电子装置在电力系统、工业、交通、楼宇自动化及家庭中获得了广泛的应用，并且其装置容量不断增大和控制方式多样化等，使得电网中电压和电流波形畸变越来越严重，电网中的谐波污染状况日益严重。有源电力滤波器(active power filter，APF)成为目前研究和应用的热点。与传统无源电力滤波器相比，APF具有以下优点和特点：

1.具有多种补偿功能，不仅能够补偿各次谐波，还可以动态补偿无功功率和不平衡电流等；

2.滤波性能不受电网阻抗的影响，不会与电网阻抗发生串并联谐振；

3.谐波补偿特性不受电网频率变化的影响；

4.实现了谐波动态抑制，能够快速响应谐波的频率和大小发生的变化；

5.具有良好的性价比，一台APF可以完成多次谐波治理；

6.可以对一个谐波源单独治理，也可以同时对多个谐波源进行集中治理。

正因为APF具有很多优点和特点，越来越被用户接受和采用。1996年，F.Z.Peng和J.S.Lai等人在“A Multilevel voltage-source inverter with separate DC source for Static Var Generation(IEEE Transactions on Industry Applications，1996，32(5)：1130-1138)”文中提出了链式多电平逆变器的拓补结构，将这种拓扑结构应用于APF中，构成链式有源电力滤波器可以显著提高APF装置的容量和耐压等级，具有广阔的应用前景。对于链式APF，要实现谐波治理功能，对开关器件的开关频率要求很高，如果提高所有器件的开关频率，极大地增加了系统的开关损耗，加重了冷却设备的负担，加大了系统的成本；同时链式APF中直流电容电压不均衡将威胁装置的安全运行。开关损耗和直流电容电压均衡控制是制约链式APF应用的瓶颈。

中国专利ZL200610113547.8和中国专利201110149521.X提供了链式APF直流电容电压均衡方法，为每个链节单元设置专门的直流电容电压控制算法，均压效果受控制参数影响大，均压过程容易出现超调和振荡。中国专利201010257367.3和中国专利200910238798.2提供了利用额外电路来实现链式APF的直流电容电压均衡，增加了系统成本和体积，同时也增加了控制复杂性。这些专利中没有涉及到开关器件采用不同开关频率。中国专利200810226449.4提出了一种差异化配置的电压质量综合调节装置，其主电路结构采用差异化配置的拓扑结构，需要对主电路中高频模块和低频模块进行分别设计。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种链式有源电力滤波器的差异化控制方法，可显著降低系统的开关损耗，保证各链节单元直流电容电压均衡，同时不影响系统的补偿效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种链式有源电力滤波器的差异化控制方法，将链式多电平逆变器级联的链节单元按照开关频率分为低频模块和高频模块；在每个控制周期内，控制器都会计算出链式多电平逆变器需要输出的电压；将链式多电平逆变器需要输出的基波电压作为低频模块的输出目标，控制器为低频模块生成相应脉冲组合；将链式多电平逆变器需要输出不包含低频模块输出基波电压的电压作为高频模块的输出目标，控制器为高频模块生成相应脉冲组合。

进一步地，按照周期循环方式，从链式多电平逆变器级联的链节单元中选取没有被选为高频模块时间较久的链节单元作为高频模块的链节单元，其余链节单元作为低频模块的链节单元。

进一步地，在控制周期内找出链式多电平逆变器中直流电容电压最高和直流电容电压最低的链节单元以及当前脉冲组合对链节单元直流电容放电最多和充电最多的链节单元，将直流电容电压最高的链节单元脉冲和对直流电容放电最多的链节单元脉冲对调，将直流电容电压最低的链节单元脉冲和对直流电容充电最多的链节单元脉冲对调，最后将调整后的脉冲组合送给各个级联链节单元，去驱动相应的开关器件。

本发明的有益效果是：

1)采用低频模块输出链式多电平逆变器需要输出的基波电压；采用高频模块输出不包含低频模块输出基波电压的电压；低频模块和高频模块共同输出链式多电平逆变器需要输出的控制电压。因此该方法不影响系统的补偿效果。