[发明专利]一种电网电压支撑型模块化有源电力滤波器及控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器及控制算法，特别是一种电网电压支撑型模块化有源电力滤波器及控制算法。

背景技术

20世纪以来，电助熔加热设备、轧机、焊机等非线性工业负载大量使用，向电网注入大量无功及谐波，危及电网稳定性及高精设备使用安全。传统LC调谐型无源补偿装置因其成本低廉、容量大而得到广泛使用。但是，其固定阻抗仅能对电能质量问题进行有级调节，因而逐渐被有源电力滤波器取代。

并联型有源电力滤波器具备灵活的谐波抑制、无功补偿及耦合点电压调节的能力，因此，被广泛应用于治理中低压配电网的电能质量问题。但是，受制于功率器件容量、可靠性及耐压能力，无冗余有源滤波器普遍存在可靠性差、单机容量低、高压辅助设备笨重昂贵等问题，这些问题限制了有源滤波器进一步向高压、大容量、高可靠性要求场合推广应用。

近年来，随着电力电子器件制造技术的发展，常规中低压电力电子器件的价格已普遍降到合理范围内，基于全控型电力电子器件的有源滤波及补偿设备的性价比优势较传统无源装置更为明显。同时，随着客户生产规模的扩大，用户侧对无功及谐波补偿的需求趋增，投入额外的补偿机组势在必行。如何有效利用现有滤波及补偿装置，在投入新的设备同时，保证新组建系统的性能、稳定性、可靠性，是控制用户补偿成本及设备商生产成本和运维成本的关键问题。

模块化有源电力滤波器作为大容量补偿需求的解决方案之一，具备补偿方式灵活的特点，可根据补偿容量需求，灵活增减模块。同时，模块化的结构有利于产品的标准化和大规模生产，可靠性更高，便于现场维护。但是，受制于电网参数变化，传统模块化有源电力滤波器难以满足高压大容量的补偿需求，其致因包括两方面：其一，传统模块化有源电力滤波器普遍以低压电气标准设计，用于中高压补偿需增设耦合变压器，增加了设备体积及成本的同时，破坏了模块化设计的一致性原则；其二，受制于电网参数影响，并联模块数量有限，扩容能力受限。

发明内容

本发明的目的是要提供一种满足高压、大容量、高可靠性补偿的电网电压支撑型模块化有源电力滤波器及控制算法，解决传统模块化有源电力滤波器于弱电网运行时扩容能力受限的问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案包括：有源电力滤波器及控制算法。

一种电网电压支撑型模块化有源电力滤波器，该有源电力滤波器由功率主电路、检测采样装置、控制驱动部分组成；所述功率主电路由电网电压支撑部分与有源滤波部分串联组成；所述检测采样装置的输入侧分别接于耦合点电网侧母线、耦合点负载侧配电线、有源滤波部分输出侧及直流侧，其输出侧与控制驱动部分相连；所述控制驱动部分输入侧与检测与采样装置输出侧相连，其输出侧与功率器件相连。

所述功率主电路中电网电压支撑部分，每相主电路由n个H桥单元串联组成，n为自然数，据电网电压等级选取；所述功率主电路中有源滤波部分，由m个全桥逆变单元组成，m为自然数，据补偿容量需求选取；所述H桥单元由2个桥臂及1个电容并联组成，各桥臂由2个全控型功率器件串联组成，各桥臂中点为H桥单元接口；所述全桥逆变单元由3个桥臂及1个电容并联组成，各桥臂由2个全控型功率器件串联组成，各桥臂中点为全桥逆变单元输出接口,接口串联相同滤波电感L。

所述检测采样装置由3路电网电压采集装置、3路负载电流采集装置、3m路有源滤波部分输出电流采集装置及3n+m路直流侧电容电压采集装置组成；所述电网电压采集装置安装于公共耦合点电网侧；所述负载电流采集装置安装于公共耦合点负载侧；所述有源滤波部分输出电流采集装置分别安装于有源滤波部分m个全桥逆变单元输出侧；所述直流侧电容电压采集装置分别安装于3n个H桥单元和m个全桥逆变单元直流侧。

所述控制驱动部分(4)由DSP(5)、FPGA(6)及驱动电路(7)组成，DSP与FPGA通过IO口直连，FPGA与驱动电路通过光电隔离装置(8)耦合；所述控制驱动部分输入为3路电网电压采样信号、3(m+1)路电流采样信号及3n+m路直流侧电容电压采样信号；所述采样信号经A/D转换输入DSP及FPGA，经处理输出6n+3m路开关状态信号；所述开关状态信号经光纤传递至驱动电路，控制驱动电路输出12n路H桥PWM驱动脉冲及6m路全桥PWM驱动脉冲，分别连接到电压支撑部分和有源滤波部分功率器件，并分别控制电压支撑部分和有源滤波部分功率器件通断。

所述控制算法由载波移相调制算法和改进型模型预测控制算法组成；所述载波移相调制算法控制电网电压支撑部分实现电网电压跟踪；所述载波移相调制算法的调制信号为三相电网电压信号，每相经2n路互差360/2n度的三角波信号调制，输出对应相级联H桥驱动信号；