自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器及控制方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术能够实现兼顾宽无功补偿范围与低逆变器容量。顾宽无功补偿范围与低逆变器容量。顾宽无功补偿范围与低逆变器容量。

【技术实现步骤摘要】
自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器及控制方法


[0001]本专利技术涉及电气工程中的变流
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]近年来，在电能质量治理领域的专利技术专利申请对比如下：“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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术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；
[0007]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：
[0008][0009]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；
[0010]所述基频谐振支路包括串联的谐振电容和谐振电感。
[0011]本专利技术设置了自适应阻抗支路，其主要功能是根据通过控制触发角度α
x
对负载无功功率进行补偿，该过程无需有源逆变器对自适应阻抗支路产生的谐波进行抑制，通过控制自适应阻抗支路反并联晶闸管触发角度，实现了对负载宽范围无功功率补偿；通过基频谐振电路减小逆变器交流侧电压，降低了逆变器容量要求，即本专利技术实现了低容量逆变器的谐波抑制与宽范围无功补偿，解决了逆变器低容量与宽范围无功调节无法兼顾的问题。
[0012]本专利技术中，所述有源逆变器包括三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器每个桥臂中点接一滤波电感；每一个所述滤波电感与对应相的自适应阻抗支路输出端连接。本专利技术有源逆变器可以实现对负载谐波电流的抑制。
[0013]所述自适应阻抗支路电容值C
AIB
和电感值L
AIB
的计算公式如下：
[0014][0015][0016]其中，ω0为基波角频率，Q
Lx_max
为负载无功功率最大值，Q
Lx_min
为负载无功功率最小值。通过以上公式计算得到的自适应阻抗支路电容值和电感值可实现对[Q
Lx_min
,Q
Lx_max
]宽范围内的无功功率的补偿。
[0017]所述基频谐振支路包括串联的谐振电容和谐振电感；所述谐振电容C1和谐振电感L1满足：通过基频谐振支路使有源逆变器不承受基波电压，有效降低了逆变器容量要求。
[0018]所述自适应阻抗支路控制过程包括：根据反并联晶闸管触发角度α
x
与自适应阻抗支路补偿无功功率Q
cx
的关系建立相应的查找表；基于所述查找表，根据负载无功功率，通过控制反并联晶闸管触发角度α
x
对负载无功功率进行补偿。通过查找表方便得到晶闸管触发角度α
x
，实现自适应阻抗支路补偿无功功率Q
cx
。
[0019]本专利技术中，所述反并联晶闸管的控制过程包括：比较相电压相角θ
x
和α
x
，当θ
x
>α
x
时输出反并联晶闸管中第一晶闸管T
1x
的触发信号；当θ
x
>180
°
+α
x
时输出反并联晶闸管种第二晶闸管T
2x
的触发信号。根据相电压相角θ
x
与触发角度α
x
得到反并联晶闸管的触发信号，控制过程简单。
[0020]所述自适应阻抗支路补偿无功功率与负载无功功率的关系为：所述自适应阻抗支路补偿无功功率与负载无功功率的关系为：为负载无功功率。根据负载无功功率得到自适应阻抗支路补偿功率Q
cx
，以实现对负载无功功率的有效补偿。
[0021]作为一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种所述有源电力滤波器的控制方法，其包括以下步骤：
[0022]S1、提取负载谐波电流令有源逆变器输出电流参考值
[0023]S2、将有源逆变器输出电流参考值i
cx_ref
与有源逆变器输出电流i
cx
比较后，差值经过5次、7次、11次和13次并联PR控制器，得到有源电力逆变器调制波信号；
[0024]S3、通过脉宽调制得到有源逆变器开关器件触发信号；
[0025]其中，并联PR控制器传递函数为：k
p
为比例系数，k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器，其特征在于，所述有源逆变器包括三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器每个桥臂中点接一滤波电感；每一个所述滤波电感与对应相的自适应阻抗支路输出端连接。3.根据权利要求1所述的自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器，其特征在于，所述自适应阻抗支路电容值C
AIB
和电感值L
AIB
的计算公式如下：的计算公式如下：其中，ω0为基波角频率，Q
Lx_max
为负载无功功率最大值，Q
Lx_min
为负载无功功率最小值。4.根据权利要求1所述的自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器，其特征在于，所述基频谐振支路中的谐振电容C1和谐振电感L1满足：5.根据权利要求1所述的自适应阻抗耦合串联注入式有源电力滤波器，其特征在于，所述自适应阻抗支路控制过程包括：根据反并联晶闸管触发角度α
x
与自适应阻抗支路补偿无功功率Q
cx
的关系建立相应的查找表；基于所述查找表，根据负载无功功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，张凯，吕源，何志兴，徐千鸣，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：