一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法技术

本发明专利技术公开了一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法,以解决级联H桥在载波移相调制方法下相内模块间直流侧电压的均衡问题。当开关频率较低时，单元输出电压的边频开关谐波会映射到工频，与工频电流耦合，导致各单元基波能量不均。在开关频率较高时，非工频谐波电流也会与边频电压相耦合，引起各个模块单元的有功能量不均衡。此外，载波移相中三角载波的差异对单模块带来的有功功率不相等的现象。通过优化载波频率结合三角载波周期性轮换的方式抑制这种能量不均的产生。

A modulation method of H-bridge cascade active power filter

【技术实现步骤摘要】
一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法
本专利技术涉及功率因数校正技术和电机领域，具体涉及一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法。
技术介绍
有源电力滤波器（ActivePowerFilter，简称APF）是一种用于动态实现谐波、无功和三相不平衡补偿的电力电子装置，链式H桥结构是当前有源电力滤波器普遍应用的一种拓扑。但是级联H桥各个单元的直流侧电压的控制问题是重要难题之一，目前有多种直流侧电压的控制方法均取得了较好的效果，但是很少有从调制方法方向来对相内单元直流侧电压均衡进行考虑。现有的载波移相调制方法可以使低次谐波簇的开关电压谐波在总的输出电压中被抵消，但是各个单元中仍含有这些谐波分量，并同装置输出的谐波电流产生功率耦合导致有功波动，而且三角载波的差异性同样对各个单元的电压均衡带来影响。近年来，随着国内经济的快速发展,日益增多的非线性、冲击性无功和不平衡负荷投入电网。这让配电网中的谐波、无功和三相不平衡成为一个不可忽视的问题。然而，有源电力滤波器是一个有效解决该问题的途径。为了取得更好的补偿效果，需要对电流控制方法、直流侧电压控制方法以及调制方法不断的进行探索和优化。为解决相内单元直流侧电压的均衡问题，在良好的直流侧电压控制的前提下，提出一种对于级联H桥型有源电力滤波器的优化调制方法，能够解决谐波电流和开关谐波电压的耦合问题并减小三角载波差异性对直流侧电压均衡的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：当开关频率较低时，单元输出电压的边频开关谐波会映射到工频，与工频电流耦合，导致各单元基波能量不均。在开关频率较高时，非工频谐波电流也会与边频电压相耦合，引起各个模块单元的有功能量不均衡。为了抑制这种能量不均的产生，本专利技术设计了一种针对H桥级联型有源电力滤波器的优化调制方法，可以通过优化载波频率使输出谐波电流与单元的谐波电压的频率不一致来实现。并为了消除载波移相中三角载波的差异对单模块带来的有功功率不相等的现象，将各个模块的三角载波在一段时间后进行反复的周期性轮换。本专利技术采用的技术方案为：一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法，运用优化载波频率结合三角载波周期性轮换的方式解决级联H桥在载波移相调制方法下相内模块间直流侧电压的均衡问题。以级联H桥的某一相为例，包括如下步骤：S1：对级联H桥N个单元的载波依次进行移相。S2：对移相后的载波采取优化偏移。其偏移量最优值的选取如下：由双重傅里叶变换公式，可得有源电力滤波器a、b、c中任一相第i个单元的输出电压ui采用双重傅里叶展开后：式中，Mi是该相第i个H桥单元的调制比；Edci是H桥该相第i个单元的直流侧电压；ωs是调制波的角频率；ωc是三角载波的角频率；Jn为贝塞尔函数；M为基波调制比；m为载波谐波频次，m≥1且取值为整数；n为边带谐波频次，n取奇数；由于边带谐波中的n取奇数以及m取大于或等于1的整数，所以某一载波谐波附近的各相邻边带谐波间隔为100Hz，为了防止偏移后的边频谐波电压与相邻的谐波电流再次重合，对优化偏移量进行前提条件约束：式中，为载波偏移量；有源电力滤波器对应相上输出的谐波电流为式中，为谐波电流幅值；为谐波电流相角；为谐波电流角频率；相应，对应相第i个H桥单元的耦合功率由流过该相的谐波电流与谐波电压相乘得式中，为第i个单元对应谐波电流产生的耦合功率；为载波偏移后第i个单元输出电压中角频率的谐波分量；输出的谐波电流；为谐波电流角频率；m为载波谐波频次，m≥1且取值为整数；为载波偏移量；为谐波电流幅值；Edci是H桥该相第i个单元的直流侧电压；M为基波调制比；为谐波电流相角；对耦合功率积分得直流侧电容的能量交换量式中，为第i个单元对应谐波电流产生的直流侧电容能量波动；为第i个单元对应谐波电流产生的耦合功率；为谐波电流幅值；Edci是H桥该相第i个单元的直流侧电压；M为基波调制比；m为载波谐波频次，m≥1且取值为整数；为谐波电流角频率；为载波偏移量；为谐波电流相角；由上式得有源电力滤波器对应某次谐波电流频率的直流侧电容能量波动与载波偏移量的关系。在实际运行中的谐波电流会包含多个频率分量，将各次谐波频率分量产生的能量波动相加得到单元总能量波动量，将N个单元总能量波动相加得到单相总能量波动：式中，为单相总的能量波动；N为单相级联模块数目；为第i个单元直流侧电容能量波动；从而得出总能量波动和载波偏移量的关系，在最小时得到系统的载波偏移量的最优值。S3：在每个工频周期的时候将优化后的各单元载波进行轮换操作。本专利技术方案带来的有益效果：同时解决谐波电流和开关谐波电压的耦合以及三角载波差异性对相内各单元直流侧电压均衡的影响。附图说明图1为H桥级联型有源电力滤波器拓扑结构图；图2为级联数目为4（N=4）时传统的载波移相原理图；图3为级联数目为4（N=4）时经过载波偏移后的载波移相原理图；图4为级联数目为4（N=4）时载波偏移后进行载波轮换的原理图；图5为系统获取最优载波偏移量的具体实施框图；图6为级联数目为4（N=4）时经过优化调制方法前各单元的直流侧电压波形；图7为级联数目为4（N=4）时经过优化调制方法后各单元的直流侧电压波形。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示为级联H桥变换器结构图，其中L为三相连接电抗器；R为装置损耗等效电阻；、和为系统电压；、和为系统电流；、和为负荷电流；、和为补偿电流；N为各相功率模块的数目，；为变换器级联逆变单元a、b、c中任一相第i个功率模块的直流侧电容，i的取值范围为1，2，ˑˑˑ，N；、和为各相总的输出电压。一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法，包括以下3个步骤进行：S1：首先对N个单元级联H桥的每一相各个单元依次进行载波移相，移相角度为，如图2所示。S2：根据直流侧电容能量波动与载波偏移量的关系，可得到对应该次谐波的载波偏移量的最优值。有源电力滤波器在实际运行中的谐波电流会包含多个频率分量，可将各次谐波的能量波动相加，得出总能量波动和载波偏移量的关系，从而得到系统的载波偏移量的最优值，综合实施框图如图5所示。经过载波偏移后的载波移相原理图如图3所示。S3.在每个工频周期的时候对三相的三角载波进行轮换操作，如图4所示,在轮换点1处，将单元1的载波给单元2，将单元2的载波给单元3，将单元3的载波给单元4，将单元4的载波给单元1；在轮换点2处，将单元1的载波给单元3，将单元2的载波给单元4，将单元3的载波给单元1，将单元4的载波给单元2；在轮换点3处，将单元1的载波给单元4，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法，其特征在于：包括采取优化载波频率结合三角载波周期性轮换方式解决级联H桥在载波移相调制方法下相内模块间直流侧电压的均衡问题。/n

【技术特征摘要】
1.一种H桥级联型有源电力滤波器的调制方法，其特征在于：包括采取优化载波频率结合三角载波周期性轮换方式解决级联H桥在载波移相调制方法下相内模块间直流侧电压的均衡问题。


2.以级联H桥的某一相为例，包括如下步骤：
S1：对级联H桥N个单元的载波依次进行移相；
S2：对移相后的载波采取优化偏移；
偏移量最优值的选取如下：由双重傅里叶变换公式，可得有源电力滤波器a、b、c中任一相第i个单元的输出电压ui采用双重傅里叶展开后：



式中，Mi是该相第i个H桥单元的调制比；Edci是H桥该相第i个单元的直流侧电压；ωs是调制波的角频率；ωc是三角载波的角频率；Jn为贝塞尔函数；M为基波调制比；m为载波谐波频次，m≥1且取值为整数；n为边带谐波频次，n取奇数；
有源电力滤波器对应相上输出的谐波电流为



式中，为谐波电流幅值；为谐波电流相角；为谐波电流角频率；
相应，对应相第i个H桥单元的耦合功率由流过该相的谐波电流与谐波电压相乘得



式中，为第i个单元对应谐波电流产生的耦合功率；为载波偏移后第i个单元输出电压中角频率的谐波分量；输出的谐波电流；为谐波电流角频率；m为载波谐波频次，m≥1且取值为整数；为载波偏移量；为谐波电流幅值；Edci是H桥该相第i个单元的直流侧电压；M...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒展，熊华强，李升健，陈波，程思萌，陶翔，汪硕承，蔡霞，邓健，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36