一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法技术

本发明专利技术涉及一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法，其特点是：包括如下步骤：(1)多电平变流器有源电力滤波器主电路模型搭建；(2)基于SOGI的多谐波滤波器的MMC环流抑制；(3)基于模糊PI

【技术实现步骤摘要】
一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法


[0001]本专利技术涉及电力谐波治理
，尤其涉及有源电力滤波器(Active Power Filter，APF) 治理电力谐波
，是一种以新型多电平变流器(Modular Multilevel Converter，MMC) 改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法。在不改变谐波检测技术的前提下，通过采用模块化多电平变流器拓扑及环路抑制策略和对电流跟踪模块的优化，提升了有源电力滤波器的电压等级以及电流跟踪能力，使有源电力滤波器可以应用于更高电压场合，并且增加其灵活性，减少因传统桥式电路桥臂损坏导致的补偿失败造成的不必要的人员及经济损失。

技术介绍

[0002]随着现代电力电子技术的大量推广和应用，产生大量谐波，严重影响了供电品质，降低了发电设备、用电设备的工作性能和使用寿命，甚至危及电力系统的安全性。因而，电力谐波治理已成为电能质量方面的热点问题。因有源电力滤波器具有能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，滤波特性不受系统阻抗的影响的优点，目前在电力谐波治理领域得到了广泛的关注。
[0003]然而，由于电力电子器件的限制，有源电力滤波器目前只在较低的电压等级应用成熟，在高压、大容量场合主要是通过变压器接入高电压系统，再通过大电流的方式形成大容量，但是变压器环节对电能质量的补偿具有不利的影响，特别是较高次的谐波补偿比较困难。在近年来，人们一直尝试用各种方法来提升有源电力滤波器的电压等级和容量，如级联有源电力滤波器、改进拓扑结构等，但其仍然存在受限于结构限制电压等级变化不大、因拓扑结构产生的谐波难以治理等问题，技术革新迫在眉睫。
[0004]模块化多电平变流器作为近年来新产生的技术具有高度模块化，易于扩展，方便提升电压等级的优点，在中高压、大容量领域具有明显的应用优势。因此，多电平变流器有源电力滤波器(Modular Multilevel Converter
‑
Active Power Filter，MMC
‑
APF)方法正逐渐成有源电力滤波器在高压场合的潜在研究方向。
[0005]然而，MMC
‑
APF虽能应用于高电压、大容量场合，但是由于传统电流跟踪方法存在跟踪速度差，精度低的问题使补偿电流存在误差，同时MMC
‑
APF因其特殊的结构产生环流也影响着补偿电流的大小，从而影响补偿性能。由此可见，应用于高电压、大容量，补偿性能优良的APF已成为电力谐波治理的大势所趋。
[0006]本专利技术在充分分析现有APF的技术特点的基础上，结合APF不能在高压、大容量场合取得很好应用效果的事实，提出如图1所示一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法，进而使APF应用于中高压，大容量场合，提升APF容错性，并能实现谐波精确治理。

技术实现思路

[0007]本专利技术所解决的技术问题是：鉴于上述现有技术存在的缺陷，结合MMC的优势，本专利技术的目的针对APF只能应用于电压等级低、中小容量的场合，为实现APF应用于高电压、大容量场合，并保证其补偿效果和灵活性，提出了一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法。其特点在于通过以多电平变流器改进有源电力滤波器主电路模型构建，在不改变原有谐波检测技术前提下，设计基于二阶广义积分(The second
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ordergeneralized integrator，SOGI)的环流抑制环节及用模糊比例积分(Proportional integral，PI)
‑
重复控制优化电流跟踪控制算法，既满足了高压大容量的要求，又提高了电流跟踪速度，增加其灵活性，提高电能质量。
[0008]本专利技术解决问题的技术方案是：一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法，其特征是，包括以下步骤：
[0009]步骤1，以多电平变流器改进有源电力滤波器主电路模型构建：
[0010]1)创建H半桥子模块；
[0011]2)以多个H半桥子模块与电感串联的结构代替原APF三相桥式电路的桥臂，实现H半桥子模块数量灵活调整，根据故障情况同桥臂H半桥子模块能够相互替代，以增加APF电压等级和容量，提升APF的容错性；
[0012]3)在增加APF电压等级和容量的同时，每相上桥臂输出端、下桥臂输出端均连接直流电容，以提升APF的工作稳定性；
[0013]所述MMC
‑
APF主电路的供电电源为幅值相同且相位相差120
°
的三相电压源Vsa、Vsb、 Vsc，每相电压源一端与中性点，另一端分别与一个MMC
‑
APF输入电抗器的端连接，各所述 MMC
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APF输入电抗器的另一端分别与每相电压源的上桥臂和下桥臂的输入端连接，每相电压源的上桥臂和下桥臂的输出端分别与直流电容的两端连接，每相电压源均包括上桥臂和下桥臂，且每个桥臂均由n个子模块串联构成；记SMn代表三相电压源的上桥臂和下桥臂的各个子模块，n＝1～z代表第n个子模块；
[0014]对于模块化多电平换流器的基本组成单元，MMC子模块通常采用H半桥结构，由两个IGBT串联后再与电容C并联而成。主电路运行时，桥臂电流在两个IGBT间双向流动，通过上下桥臂各子模块的投切配合，拟合出所需的调制波形；
[0015]步骤2，基于二阶广义积分多谐波滤波器的多电平变流器环流抑制：
[0016]1)采用SOGI提取MMC
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APF环流中的二倍频分量；
[0017]2)结合负反馈、低通滤波环节得到谐波分量；
[0018]3)采用准比例谐振(Proportion，Resonant，PR)控制器提升多谐波环流抑制效果；
[0019]步骤3，基于模糊比例积分重复控制的电流跟踪优化：
[0020]1)在PI控制基础上建立电流内环控制，消除其耦合影响；
[0021]2)设计重复控制器和模糊控制器，实现指令电流的准确、实时跟踪，提升谐波治理的有效性与实时性。
[0022]进一步，所述步骤1中，以多电平变流器改进有源电力滤波器主电路模型构建包括：
[0023]1)在APF三相桥式电路结构的基础上，采用两个绝缘栅双极型晶体管IGBT串联与电容并联形成H半桥子模块；
[0024]2)以多个H半桥子模块与电感串联结构代替原APF三相桥式电路的桥臂，实现H半桥子模块数量灵活调整，根据故障情况同桥臂H半桥子模块能够相互替代的改进结构，增加APF 电压等级和容量，提升APF的容错性；
[0025]3)在增加APF电压等级和容量的同时，每相上桥臂输出端、下桥臂输出端均连接直流电容，以提升APF工作稳定性；
[0026]4)在搭建的MMC
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APF的电路结构基础上，依据电路原理，求得MMC
‑
APF的dq坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，以多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)改进有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)主电路模型构建：1)创建H半桥子模块；2)以多个H半桥子模块与电感串联的结构代替原APF三相桥式电路的桥臂，实现H半桥子模块数量灵活调整，根据故障情况同桥臂H半桥子模块能够相互替代，以增加APF电压等级和容量，提升APF的容错性；3)在增加APF电压等级和容量的同时，每相上桥臂输出端、下桥臂输出端均连接直流电容，以提升APF的工作稳定性；步骤2，基于二阶广义积分(The second
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order generalized integrator,SOGI)多谐波滤波器的多电平变流器环流抑制：1)采用SOGI提取MMC
‑
APF环流中的二倍频分量；2)结合负反馈、低通滤波环节得到谐波分量；3)采用准比例谐振(Proportion,Resonant,PR)控制器提升多谐波环流抑制效果；步骤3，基于模糊比例积分(Proportional integral,PI)
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重复控制的电流跟踪优化：1)在PI控制基础上建立电流内环控制，消除其耦合影响；2)设计重复控制器和模糊控制器，实现指令电流的准确、实时跟踪，提升谐波治理的有效性与实时性。2.如权利要求1所述的以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法，其特征在于，所述步骤1中，以多电平变流器改进有源电力滤波器主电路模型构建包括：1)在APF三相桥式电路结构的基础上，采用两个绝缘栅双极型晶体管IGBT串联与电容并联形成H半桥子模块；2)以多个H半桥子模块与电感串联结构代替原APF三相桥式电路的桥臂，实现H半桥子模块数量灵活调整，根据故障情况同桥臂H半桥子模块能够相互替代的改进结构，增加APF电压等级和容量，提升APF的容错性；3)在增加APF电压等级和容量的同时，每相上桥臂输出端、下桥臂输出端均连接直流电容，以提升APF工作稳定性；4)在搭建的MMC
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APF的电路结构基础上，依据电路原理，求得MMC
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APF的dq坐标系下MMC数学模型为：式中，u
d
、u
q
分别为三相交流电源电压的d、q轴分量，e
d
、e
q
分别为MMC等效内电动势e
x
的d、q轴分量，i
d
、i
q
分别为APF换流器输出电流的d、q轴分量；频域数学模型为：
3.如权利要求1所述的以新型多电平变流器改进有源电力滤波器的电力谐波治理方法，其特征在于，所述步骤2中，基于SOGI多谐波滤波器的MMC环流抑制包括：1)采用SOGI多谐波滤波器的MMC
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APF环流中二倍频分量提取，由负反馈、低通滤波环节将高频偶次分量过滤得到直流量，利用负反馈环节将其输入初始环流，进而得到谐波分量；多谐波滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹广斌，杨立，殷立新，赵梓含，赵忠梅，曾祥广，韩冬，康士祥，邢砾云，沈建强，
申请(专利权)人：国网新源水电有限公司国网新源水电有限公司丰满培训中心，
类型：发明
国别省市：