[发明专利]自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器及控制方法

说明书

本发明公开了一种自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器及控制方法，自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器包括：有源逆变器，与自适应阻抗支路以及基频谐振支路连接；自适应阻抗支路，一端连接电网，另一端连接有源逆变器以及基波谐振支路；基频谐振支路，一端三相星型连接，另一端连接有源逆变器以及自适应阻抗支路。本发明通过控制自适应阻抗支路反并联晶闸管触发角度实现对负载宽范围无功功率的补偿；通过基频谐振电路减小逆变器交流侧电压，降低逆变器容量要求；通过有源逆变器实现对负载谐波电流的抑制。本发明能够实现兼顾宽无功补偿范围与低逆变器容量。

技术领域

本发明涉及电气工程中的变流技术领域，特别是一种自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器及控制方法。

背景技术

随着电力电子设备以及电机的发展和普及，如：变频器、伺服驱动、大型空调系统、压缩机等，电网中的电能质量问题变得越来越严重，尤其是低功率因数和谐波污染。电能质量问题不仅增加了电网中的传输损耗，而且也会减少电子设备的可靠性、安全性，影响使用寿命。

有源滤波器(APF)、静止同步调控系统(DSTATCOM)和统一电能质量调节器(UPQC)具有消除电网谐波、补偿负载无功功率等功能，并且性能优良。尽管其补偿范围较宽，但逆变器需要承受基波电压，造成器件耐压等级要求高、逆变器容量要求大，降低了设备可靠性并增加了产品成本。混合型调控系统由无源容性阻抗和有源逆变器构成，利用低成本容性阻抗有效降低了逆变器的容量、器件耐压等级，减少了运行成本。但容性阻抗大幅限制了混合型调控系统适用范围，产生逆变器容量与宽范围无功调节无法兼顾的矛盾。因此，研究一种低成本、宽补偿范围的电能质量调节装置具有重要的实际意义。

近年来，在电能质量治理领域的发明专利申请对比如下：“一种基于利用有源电力滤波器改善电能质量的方法”(公开号：CN112769137A，公开日：2021年05月07日)，“一种电动钻机用APF与TSF混合型补偿装置”(公开号：CN102593848A，公开日：2012年07月18日)，其可以实现降低逆变器容量要求，但是只能对固定容量的无功功率进行补偿，无法实现宽范围的无功功率补偿。“基于APF与SVC的谐波与无功动态综合补偿系统及其分频分相电流控制方法”(公开号：CN101202448A，公开日：2008年06月18日)，其可以实现降低逆变器容量要求与宽范围的无功补偿，但需要有源逆变器对晶闸管控制电抗器(TCR)产生的谐波进行抑制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器及控制方法，在无需有源逆变器对TCR产生的谐波进行抑制的前提下，解决逆变器低容量与宽范围无功调节无法兼顾的问题，实现低容量逆变器的谐波抑制与宽范围无功补偿功能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器，包括有源逆变器、三个自适应阻抗支路和三个基频谐振支路；所述自适应阻抗支路包括电容、电感和反并联晶闸管；所述电感与所述反并联晶闸管串联，该串联支路与所述电容并联；每个所述自适应阻抗支路输入端并联接入电网与负载之间，输出端对应连接有源逆变器及基波谐振支路；三个所述基波谐振支路一端三相星型连接；

所述反并联晶闸管触发角度α_x的与自适应阻抗支路补偿无功功率Q_cx的关系为：

其中，V_x为相电压均方根值，X_CAIB、X_LAIB分别为C_AIB、L_AIB基波电抗，C_AIB、L_AIB分别为自适应阻抗支路电容值和电感值；x＝a、b、c，a、b、c为有源电力滤波器的三相；

所述基频谐振支路包括串联的谐振电容和谐振电感。