一种电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力感应滤波系统及其虚拟阻抗综合控制方法，本发明专利技术中的电力感应滤波系统主要包括经过特殊设计的新型感应滤波变压器和与之连接的滤波支路；所述滤波支路包括单调谐滤波器组和串联连接的谐波电流控制电压源型逆变器。本发明专利技术根据现有滤波方法中未解决的技术问题以及存在的设备制造工艺难点，将电压源型逆变器的电网谐振阻尼控制和滤波器零阻抗控制有机地相结合，一方面解决了因电网系统阻抗参数变化而导致无源滤波设备性能下降的问题，另一方面可实现对无源滤波设备品质因数的优化控制以减少对设备生产工艺水平的依赖，使得单调谐滤波器的品质因数满足设计时的要求，从而进一步改善了整体的滤波特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业整流系统的谐波治理领域，特别是一种将网侧谐振阻尼控制和无源滤波装置品质因数控制相结合的电力感应滤波系统虚拟阻抗综合控制方法。
技术介绍
对于化工、冶金等高耗能企业的供电系统而言，为提高运行效率，节省投资成本，一般采用晶闸管相控整流系统。由于此类电力电子器件固有的非线性特性，不可避免地会导致一次侧电流畸变率大、向网侧注入的谐波电流超标严重和功率因数低等电能质量问题。目前，在解决工业整流系统电能质量问题方面，主要采取的措施有无源滤波技术和有源滤波技术。在电网侧加装无源滤波装置作为一种较为经济的选择在工业整流领域中得到了广泛应用，而无源滤波技术只能滤除特定次谐波，当谐波源动态变化时，滤波性能会受到较大影响。另外，无源滤波技术存在滤波支路与系统阻抗发生谐振而使特定次谐波放大的风险。采用有源电力滤波技术可对谐波电流进行实时跟踪滤除，同时动态地补偿系统所需要的无功功率，提高网侧的功率因数。但大容量有源滤波器存在投资成本高，维护工作量大等缺点，难以大面积推广使用。近年来，一种能实现在谐波源处就近抑制的滤波方法-感应滤波技术被相关学者提出。该技术充分挖掘了整流变压器的潜能，基于变压器磁势平衡原理，通过对变压器绕组阻抗参数的特殊设计，利用无源滤波装置可使得谐波电流被抑制在变压器的低压侧。该方法有效缩短了谐波流通路径，减少了谐波对变压器造成的损耗。但是，值得注意的是，该方法是基于无源滤波技术，因此仍会
有发生谐振的风险，尤其是对于谐波背景电压成分较重的工业配电网，该方法对串联谐振抑制能力较差。此外，由于感应滤波技术对于滤波绕组和单调谐滤波器的等值阻抗有着双重零阻抗要求，变压器绕组零阻抗可在变压器设计中进行优化，而针对采用单调谐滤波器的无源滤波设备，由于现有制造工艺限制、成本控制以及线路阻抗的存在，尽管在设计与制造上已实现了电抗与电容的准确调谐，滤波支路的等值阻抗Zfn仍可能作为一个不为零的电阻而存在。经过对电抗器生产厂家调研得知：倘若要使得电抗器的内阻下降十倍，成本价格将会上升同样的十倍；并且低内阻的电抗器需使用截面积更大的线圈导线，这样也增大了电抗器的构造体积。因此，要想达到设计时的品质因数，设备的造价成本将变得高昂，占地面积也会变大。这对投资成本有着重考量的高耗能企业而言，无疑为感应滤波技术的实现与推广增加了一定难度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，一方面消除电网系统阻抗对无源滤波效能的影响，减弱工业配电网中的背景谐波成分对无源滤波设备倒灌作用；另一方面实现对滤波支路品质因数的控制，使得在投资成本一定的情况下，对已完成制造的无源滤波装置的阻抗进行优化以实现滤波效果的进一步改善。同时，新型感应滤波变压器还能解决工业整流负载所产生的的谐波电流对其本身所造成的损耗与噪音等问题。本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一种电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，所述电力感应滤波系统包括工业配电网、新型感应滤波变压器、工业整流负载、滤波支路、电流电压传感器；所述滤波支路包括无源滤波装置和电压源型逆变器，所述无源滤波装置和
所述电压源型逆变器通过所述电流电压传感器连接，所述新型感应滤波变压器采用三绕组式变压器，其网侧绕组采用的是星型接线方式，通过系统阻抗与电网相连；所述新型感应滤波变压器的两个二次低压绕组根据绕组间有无电的联系，采用感应型接线方式或自耦型接线方式，所述无源滤波装置由2组具有串联谐振特性的单调谐滤波器组成；所述电压源型逆变器采用两电平拓扑，其逆变器交流出口处电压应满足如下控制规律： V C = K · Σ n = 2 ∞ I S n + K R n · Σ n = 5 , 7 I f n ]]>其中，K为谐振阻尼控制系数，KRn为零阻抗控制系数，ISn和Ifn分别是变压器一次侧和滤波支路的谐波电流，VC是逆变器交流出口电压；所述电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，通过调节零阻抗控制系数KRn以改变滤波绕组和无源滤波装置的总阻抗值大小，使得其满足实现感应滤波的零阻抗条件，即Z3n+Zfn≈0；其中Z3n为新型感应滤波变压器滤波绕组的等效阻抗，Zfn为滤波支路等效阻抗。进一步地，所述电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，具体包括如下步骤：S1、控制电力感应滤波系统的谐振阻尼，获得第一输出信号；S2、控制电力感应滤波系统的零阻抗，获得第二输出信号；S3、控制电力感应滤波系统的直流稳压，获得第三输出信号；S4、将第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得控制信号，控制信号经PWM调制为主电路提供脉冲信号。进一步地，步骤S1中，具体包括如下步骤：S11、采样电网侧a相电压信号，通过锁相环产生一个同步相位角，为控制电路提供相位基准；S12、采样电网侧a、b、c三相电流信号经过由基波电压信号提供相位基准的dq变换和低通滤波器后，获得两组直流信号，再经dq反变换转化为abc坐标系下的电流获得基波，与采样的三相电流信号相减获得谐波电流信号；S13、将谐波电流信号乘以谐振阻尼控制系数获得第一输出信号。进一步地，步骤S2中，具体包括如下步骤：S21、采样滤波支路a、b、c三相电流信号，经过由五次谐波电压信号提供相位基准的dq变换和低通滤波器之后，再由dq反变换获得五次谐波电流，五次谐波电流乘以五次零阻抗控制系数；S22、采样滤波支路a、b、c三相电流信号，经过由七次谐波电压信号提供相位基准的dq变换和低通滤波器之后，再由dq反变换获得七次谐波电流，七次谐波电流乘以七次零阻抗控制系数；S23、将上述获得的信号相叠加获得第二输出信号；进一步地，步骤S3中，具体包括如下步骤：S31、采样逆变器直流电容电压，与参考电压相减经PI控制器获得稳压有功控制量；S32、根据变压器接线方式的不同，由基波电压相位基准校准获得三相电压单位正弦信号；S33、将稳压有功控制量与三相电压单位正弦信号相乘获得第三输出信号。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：(1)、通过本专利技术控制部分中的谐振阻尼控制，相当于在网侧额外附加了一个值为K的虚拟系统阻抗，而该虚拟电阻K的值远远大于原系统阻抗Ls，故其具有比常规无源滤波系统更强的谐振阻尼能力；(2)、通过本专利技术控制部分中的零阻抗控制，可以视为在滤波支路叠加了一个值为KRn的虚拟电阻，调节KRn为负阻抗以实现对滤波支路阻抗的调节，以
达到设计所要求的品质因数，同时，本控制可在保证滤波效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，其特征在于，所述电力感应滤波系统包括工业配电网、新型感应滤波变压器、工业整流负载、滤波支路、电流电压传感器；所述滤波支路包括无源滤波装置和电压源型逆变器，所述无源滤波装置和所述电压源型逆变器通过所述电流电压传感器连接，所述新型感应滤波变压器采用三绕组式变压器，其网侧绕组采用的是星型接线方式，通过系统阻抗与电网相连；所述新型感应滤波变压器的两个二次低压绕组根据绕组间有无电的联系，采用感应型接线方式或自耦型接线方式，所述无源滤波装置由2组具有串联谐振特性的单调谐滤波器组成；所述电压源型逆变器采用两电平拓扑，其逆变器交流出口处电压应满足如下控制规律：其中，K为谐振阻尼控制系数，KRn为零阻抗控制系数，ISn和Ifn分别是变压器一次侧和滤波支路的谐波电流，VC是逆变器交流出口电压；所述电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，通过调节零阻抗控制系数KRn以改变滤波绕组和无源滤波装置的总阻抗值大小，使得其满足实现感应滤波的零阻抗条件，即Z3n+Zfn≈0；其中Z3n为新型感应滤波变压器滤波绕组的等效阻抗，Zfn为滤波支路等效阻抗。

【技术特征摘要】
1.一种电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，其特征在于，所述电力感应滤波系统包括工业配电网、新型感应滤波变压器、工业整流负载、滤波支路、电流电压传感器；所述滤波支路包括无源滤波装置和电压源型逆变器，所述无源滤波装置和所述电压源型逆变器通过所述电流电压传感器连接，所述新型感应滤波变压器采用三绕组式变压器，其网侧绕组采用的是星型接线方式，通过系统阻抗与电网相连；所述新型感应滤波变压器的两个二次低压绕组根据绕组间有无电的联系，采用感应型接线方式或自耦型接线方式，所述无源滤波装置由2组具有串联谐振特性的单调谐滤波器组成；所述电压源型逆变器采用两电平拓扑，其逆变器交流出口处电压应满足如下控制规律：其中，K为谐振阻尼控制系数，KRn为零阻抗控制系数，ISn和Ifn分别是变压器一次侧和滤波支路的谐波电流，VC是逆变器交流出口电压；所述电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，通过调节零阻抗控制系数KRn以改变滤波绕组和无源滤波装置的总阻抗值大小，使得其满足实现感应滤波的零阻抗条件，即Z3n+Zfn≈0；其中Z3n为新型感应滤波变压器滤波绕组的等效阻抗，Zfn为滤波支路等效阻抗。2.根据权利要求1所述的电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，其特征在于，所述电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制方法，具体包括如下步骤：S1、控制电力感应滤波系统的谐振阻尼，获得第一输出信号；S2、控制电力感应滤波系统的零阻抗，获得第二输出信号；S3、控制电力感应滤波系统的直流稳压，获得第三输出信号；S4、将第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号相叠加获得控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，刘乾易，胡斯佳，罗隆福，曹一家，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43