[发明专利]一种无谐波检测的三相四线有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明属于谐波补偿领域，尤其涉及一种基于无谐波检测控制策略的三相四线有源电力滤波器。

背景技术

随着电力电子设备的广泛应用，大量的电力电子设备给电网带来了严重的无功和谐波危害。有源电力滤波器（Active Power Filter - APF）作为一种新型的谐波和无功抑制装置，可以动态地补偿、抑制谐波，并克服无源滤波器的缺点，有效地改善了电网的电能品质。APF 为了能实时补偿非线性负载含有的谐波和无功功率，就需要对待补偿的非线性负载的谐波、无功功率进行实时检测。

谐波、无功检测算法主要有基于傅里叶变换检测算法、基于瞬时无功功率理论检测算法、基于神经网络检测算法。基于傅里叶变换检测算法需要采样一个基波周期的电流或电压信号再进行 FFT 分析，计算量大、计算时间长、实时性差；基于瞬时无功功率理论检测算法计算量较小，但算法中含有的低通滤波器会产生一定的延时，导致动态检测误差；基于神经网络检测算法是一种新兴智能检测算法，检测精度高、响应快，但神经网络的学习因子影响检测的速度和精度，而检测速度与精度是矛盾的，因此选择适当的学习因子同时达到检测速度和精度最优是很困难的。谐波、无功的检测算法不可避免的会有检测误差，进而影响补偿的效果。

发明内容

本发明就是针对上述问题，设计了一种基于无谐波检测的新型控制策略的三相四线有源电力滤波器，该滤波器采用控制流入直流侧电流的大小和方向的方法使直流侧电压稳定；将负载有功电流作为扰动，采用无谐波检测的新型控制策略，省去了复杂的检测算法，避免了检测算法引起的误差和延时，提高了动态响应速度。本发明采用的技术方案是，一种无谐波检测的三相四线有源电力滤波器，包括直流侧电压控制方法、无谐波检测控制策略、 LCL 滤波器、非线性负载。所述的直流侧电压控制方法，通过控制流入三相四桥臂电路的有功功率大小和方向使直流侧电压稳定在给定值，不需要另外的硬件电路。

所述的无谐波检测控制策略，采用电压电流双环控制，直流侧电压外环产生稳压电流指令与负载电流之和作为电流内环的指令，与反馈电流比较后经过PI 调节器产生PWM驱动信号驱动 IGBT，产生相应的补偿谐波和无功电流，使电网电流不含有谐波。

所述的 LCL 滤波器，具有比 L 型滤波器更理想的高频滤波效果，常被用于大功率、低开关频率系统的滤波环节。

所述的非线性负载由三相二极管整流桥及其直流侧电阻构成。

本发明的有益效果是，该三相四线有源电力滤波器的新型控制方法，较传统控制策略省去了复杂的谐波、无功检测算法，避免了检测算法引起的误差和延时，提高了补偿效果和动态响应速度；可以同时对非线性负载进行谐波、无功、不平衡电流补偿，补偿效果好且动态响应速度快，较常规控制策略具有明显的优势。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。 图 1 是本发明电路原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明的无谐波检测的三相四线有源电力滤波器，包括直流侧电压控制方法、无谐波检测控制策略、 LCL 滤波器、非线性负载。

所述的直流侧电压控制方法，通过控制流入三相四桥臂电路的有功功率大小和方向使直流侧电压稳定在给定值，不需要另外的硬件电路。直流侧电压给定值与反馈值之差经过PI调节器得到调节信号，然后与电网电压基波相位相乘作为电流环的给定，经过电流闭环控制产生相应的有功电流使直流侧电压稳定在给定值。若直流侧电压低于给定值，交流侧向直流侧流入有功功率，使直流侧电压上升；若电压高于给定值，有功功率从直流侧向交流侧流出，使直流侧电压下降；从而使直流侧电压稳定在给定值。

所述的无谐波检测控制策略，采用电压电流双环控制，直流侧电压外环产生稳压电流指令与负载电流之和作为电流内环的指令，与反馈电流比较后经过PI 调节器产生PWM驱动信号驱动 IGBT，产生相应的补偿谐波和无功电流，使电网电流不含有谐波。本发明提出的控制策略与传统常用的控制策略不同之处是把负载有功电流作为扰动，不需要将负载电谐波和无功电流从负载电流中检测分离出来，省去了复杂的检测算法，避免了复杂检测算法引起的延时和误差，提高了补偿效果和动态响应速度。

所述的 LCL 滤波器，具有比 L 型滤波器更理想的高频滤波效果。综合考虑高次谐波抑制效果和电流跟踪特性，选取进线电感。LCL滤波器的谐振频率应该在10fg~ 0.5fs之间。