[发明专利]无变压器型混合电力滤波器及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无变压器型混合电力滤波器及设计方法。

背景技术

高压无源滤波器通过耦合变压器串联低压有源滤波器是组成混合有源滤波器的常见结构之一，然而，由于耦合变压器的存在，会造成系统滤波特性降低的问题；而去掉耦合变压器，又会带来系统中的高、低压模块间电压匹配不均衡、有源输出开关谐波电压没有被隔离等影响系统稳定性的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种确保滤波特性以及系统稳定性的无变压器型混合电力滤波器及设计方法。

本发明提供的这种无变压器型混合电力滤波器，包括电网侧电压源、系统阻抗、逆变器侧直流电流源、有源电压源、无源滤波支路、无源串联基波谐振支路和输出滤波器，无源滤波支路和无源串联基波谐振支路均采用LC滤波器，输出滤波器采用带阻尼谐振的LCL滤波电路；电网侧电压源的一端通过系统阻抗再经由彼此串联相接的无源滤波支路和无源串联基波谐振支路与该电压源的另一端连接；该电压源的一端还通过系统阻抗并经由逆变器侧直流电流源后与该电压源的另一端连接；在无源滤波支路和无源串联基波谐振支路的相接点接入输出滤波器；输出滤波器接于有源电压源两端。

所述输出滤波器包括LCL滤波器、RC阻尼支路和单电容支路，输出滤波器中的LCL滤波器包括电网侧电感、并联电容支路和逆变器侧电感，并联电容支路包括串联相接的并联电容和电感；RC阻尼支路与输出滤波器中的LCL滤波器中并联电容支路并联相接，单电容支路也与输出滤波器中的LCL滤波器中并联电容支路并联相接。

所述两LC滤波器的串联相接点是接入有源滤波支路的连接点，且该点的基波电压是电网基波电压的1/10。

(1)所述逆变器侧电感L₁满足下式：

其中，I_refm是输出峰值电流，U_dc是直流电压，T_s是开关周期，Δi_ref是一个控制周期的参考电流变化量，取值为有源输出电流有效值的1/5；

(2)首先逆变器侧电感L₁与电网侧电感L₂二者上的总压降不能高于电网电压的10％；同时为了保证APF的低频控制性能和高频滤波性能，所述输出滤波器的谐振频率f_res满足10f₁<f_res<0.5f_s；f₁是基波频率，f_s是单倍开关频率；故该谐振频率f_res的表达式为

所述并联总电容的无功容量小于该混合电力滤波器无功容量的5％，结合公式和公式X_C＝1/C，获取单相的并联总电容C_all为：

其中，Q_C是三相中各所述并联总电容的无功容量，V_s是IGBT开关电压，w_s是谐振点的频率；

(3)单电容支路中的电容C_h、RC阻尼支路中的电容C_d、输出滤波器的并联电容C_e满足关系：单电容支路中的电容C_h和RC阻尼支路中的电容C_d两个电容的和与输出滤波器的并联电容C_e相等，

则有RC阻尼支路中的电容C_d满足C_d＝0.5C_all，且C_h+C_e＝0.5C_all，又由此获取所述RC阻尼支路中的电容C_d、输出滤波器中与并联电容串联的电感L_e、输出滤波器的并联电容C_e和单电容支路中的电容C_h；

再将获得的单相所述输出滤波器的并联总电容C_all以及步骤1中获取的逆变器侧电感L₁按照f_res公式获取电网侧电感L₂；

(4)RC阻尼支路中的电阻R_d用于抑制所述LCL滤波器在谐振频率点的高幅值谐振峰，取R_d≤5欧姆。

一种适用于这种无变压器型混合电力滤波器的设计方法，该方法包括如下步骤：