一种有源电能质量调节器制造技术

一种有源电能质量调节器，由基波补偿部分和谐波补偿部分两部分组成，对基波电流和谐波电流分别补偿。基波补偿部分采用Ｈ桥级联多电平逆变器与基波联接电感串联，能够对无功和负荷不平衡动态补偿；谐波补偿部分由Ｈ桥逆变器和单调谐的无源滤波器串联组成，跨接于基波联接电感两端。这样该电能质量调节器实现了：一方面大大降低了基波补偿部分的Ｈ桥级联多电平逆变器的开关频率和损耗；另一方面使谐波补偿部分只流过小部分基波电流，整体只承担基波联接电感上的基波电压，且不承担基波电压，有效的减小了谐波补偿部分的Ｈ桥逆变器的容量和谐波补偿部分的耐压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统领域，特别涉及一种有源电能质量调节器。
技术介绍
随着电力电子器件在工业中的广泛应用，电网的谐波污染问题日趋严重。谐波不仅影 响电气设备的正常工作，给电网的安全经济运行带来隐患，还会对信号系统产生电磁干扰， 影响正常工作。在电力系统中，不仅网络元件消耗无功功率，大多数负载也消耗无功功率。 为了提高功率因数、降低容量、稳定电网电压、补偿不平衡负载的目的，就需要系统所需 的无功功率进行合理补偿。并联型有源滤波器(APF)和并联型混合有源滤波器(HAPF)是两种主要的谐波和无功 补偿技术。并联型有源滤波器可看作可控的电流源，可以主动快速补偿负荷的谐波、无功 功率或不平衡电流，但是其逆变器的开关损耗大，装置运行的经济性低，对电力电子器件 要求高。并联型混合型有源滤波器是由有源滤波器与无源滤波器(可以按要求选择单调谐， 双调谐或高通滤波器等)串联组成与系统并联。有源滤波器为电流控制电压源，无源滤波 器承担基波电压，有效降低有源滤波器的容量，降低整个装置的成本。但是有源滤波器本 身要承受补偿系统的全部无功电流，且装置是通过电容器补偿无功，无法实现动态无功补 偿。有一种结构是由有源滤波器和多重化逆变器结构的无功发生器组成，有源滤波器由逆 变器与电感串联后跨接于无功发生器的联接电感两端。有源滤波器对谐波电流进行补偿， 多重化逆变器结构的无功发生器串联基波联接电感后与系统并联，对无功电流进行补偿。 有源滤波器跨接在基波联接电感两端。这样一定程度上减小了有源滤波器容量，但是谐波 补偿采用电感注入方式，要求有源滤波器的直流侧电压要大于基波电感上的基波电压，随 着谐波注入的频次增高，谐波跟踪能力变差，且注入的谐波电流会在基波联接电感中形成 环流，影响补偿效果。在本专利技术所述的结构中，基于基波电流和谐波电流解耦补偿的思想，使有源滤波器和 无源滤波支路串联组成的谐波补偿部分跨接与基波联接电感两端以减小有源滤波器容量 的拓扑结构在国内外尚未见到相同或类似的技术。
技术实现思路
一种有源电力电能质量调节器，通过电压和电流两方面减小了谐波补偿部分的有源滤 波器容量。本专利技术所述的电能质量调节器是基于基波电流和谐波电流的解耦控制，由基波补偿部 分和谐波补偿部分两部分组成，对基波电流和谐波电流分别补偿。基波补偿部分采用H桥 级联多电平逆变器与基波联接电感串联，能够对无功和负荷不平衡动态补偿；谐波补偿部 分由H桥逆变器和单调谐的无源滤波器串联组成，跨接于基波联接电感两端。这样本电能 质量调节器实现了 一方面大大降低了基波补偿部分的H桥级联多电平逆变器的开关频率 和损耗；另一方面使谐波补偿部分只流过小部分基波电流，整体只承担基波联接电感上的 基波电压，且不承担基波电压，有效的减小了谐波补偿部分的H桥逆变器的容量和谐波补 偿部分的耐压。综上所述，本专利技术所述的新型电能质量调节器，对于谐波补偿部分谐波补偿部分跨接在基波联接电感两端，整体只承受基波联接电感上的电压压降； 谐波补偿部分的单调谐无源滤波器调谐在一定的谐波频率下(例如5次或7次谐波频率)，以减小在此频率和其附近频率下谐波的谐波阻抗，降低谐波补偿部分的逆变器的直流侧电压；谐波补偿部分的单调谐无源滤波器在基波频率下呈现绝对值比基波联接电感点抗值 较大的电抗，承受大部分基波联接电感Lf上的基波电压。谐波补偿部分的逆变器输出侧只承受很小的一部分基波电压，而且此逆变器只流过负 荷产生的谐波电流和小部分的基波补偿电流；从承受电压和流过电流两方面减小了谐波补偿部分的H桥逆变器的容量。对于基波补偿部分基波补偿部分补偿系统的基频无功电流。采用H桥级联多电平逆变器，控制其输出电 压，来输出要补偿的基波无功电流。因为基波补偿部分不补偿谐波电流，所以可以很大程 度上降低基波补偿部分联多电平逆变器的开关频率，大大减小开关器件的开关损耗。由于基波补偿部分采用单相级联多电平逆变器，将逆变器直流侧电容器替换为超级电 容器或者独立的直流电源即可实现对负荷不平衡电流进行补偿。同时，图1中的基波补偿部分的H桥级联多电平逆变器在不需要补偿负荷不平衡电流 的时候也可以是三相半桥逆变器；谐波补偿部分的单调谐无源滤波器也可以由高通滤波器，C型滤波器或者是单调谐滤波器和高通滤波器的组合等形式的无源滤波器代替，也可 以有一个LC并联谐振(谐振在基波频率下，以承担全部基波压降)的电路代替。因此本专利技术提出了一种有源电能质量调节器，包括基波补偿部分和谐波补偿部分，其 特征在于所述基波补偿部分采用H桥级联多电平逆变器与基波联接电感串联，能够对无功 和负荷不平衡动态补偿；所述谐波补偿部分由有源滤波器和单调谐的无源滤波器串联组 成，跨接于基波联接电感两端。在电力系统的三相电源中，每一相基波补偿部分是由多个H桥模块级联起来组成多电 平逆变器，再与基波联接电感串联，每一相的谐波补偿部分是由一个有源滤波器与无源滤 波器串联组成，跨接于基波联接电感两端。谐波补偿部分跨接在基波联接电感两端，整体承受基波联接电感上的电压，单调谐无 源滤波器在一定的谐波频率下串联谐振，承受基波联接电感上的基波电压，有源滤波器不 承受基波电压，只流过少部分基波电流，基波补偿系统的无功电流和负荷不平衡，实现分 相控制。采用H桥级联多电平逆变器，控制其输出电压，来控制基波补偿电流。本专利技术的优点是(1) 基于无功和谐波电流的解耦控制的方法，使装置整体损耗大大减小；(2) 谐波补偿部分的H桥逆变器只承受谐波电压和少部分基波电流，从电压、电流 两方面降低了其容量；(3) 谐波补偿部分承受基波联接电感的电压，降低了对谐波补偿部分耐压的要求；(4) 采用级联技术便于模块化设计和装置容量扩展；(5) 能够补偿系统的三相不平衡。附图说明图1是依据本专利技术的有源电力电能质量调节器装置的主电路结构图2是依据本专利技术的有源电力电能质量调节器装置的A相电气原理图。具体实施例方式本专利技术所述的电能质量调节器的主电路结构如图l所示，电能质量调节器并联接入系统，包括谐波补偿部分3和基波补偿部分4两个单元。图2是本专利技术所述的电能质量调节器的A相电气原理图。谐波补偿部分3由H桥逆变器5与单调谐无源滤波器串联6组成，无源滤波器6由电 感U和电容Ch串联构成；谐波补偿部分的两个输出端跨接于基波补偿部分4的基波联接电 感Lf8两端；组成谐波补偿部分的逆变器4的开关管为可关断电力电子器件(绝缘栅双极型晶闸管IGBT、门极可关断晶闸管GT0等)中的一种；谐波补偿部分的逆变器由电容器C。ch提供直流电压V。ch。基波补偿部分4由n个H桥逆变器级联构成的多电平逆变器7与基波联接电感Lf 8串 联组成；组成基波补偿部分的逆变器的开关管为可关断电力电子器件(绝缘栅双极型晶闸 管IGBT、门极可关断晶闸管GTO等)中的一种；基波补偿部分中的级联多电平逆变器由电 容器C。ef提供直流电压V。cf。本专利技术所述的电能质量调节器是基于基波电流和谐波电流的解耦控制，谐波补偿部分 和基波补偿部分只补偿负荷产生的谐波电流，基波补偿部分补偿基波频率下的无功电流和 不平衡电流。如图2所示，基波补偿部分的级联多电平逆变器输出的电压为^e，装置接入点电压为Kr，基波联接电感Lf的阻抗为ZL，压降为^单调谐无源滤波器的阻抗为ZF，压降为w本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源电能质量调节器，包括基波补偿部分和谐波补偿部分，其特征在于所述基波补偿部分采用Ｈ桥级联多电平逆变器与基波联接电感串联，能够对无功和负荷不平衡动态补偿；所述谐波补偿部分由有源滤波器和单调谐的无源滤波器串联组成，跨接于基波联接电感两端。

【技术特征摘要】
1、一种有源电能质量调节器，包括基波补偿部分和谐波补偿部分，其特征在于所述基波补偿部分采用H桥级联多电平逆变器与基波联接电感串联，能够对无功和负荷不平衡动态补偿；所述谐波补偿部分由有源滤波器和单调谐的无源滤波器串联组成，跨接于基波联接电感两端。2、 如权利要求l所述的有源电能质量调节器，其特征在于在电力系统的三相电源中， 每一相基波补偿部分是由多个H桥模块级联起来组成多电平逆变器，再与基波联接电感串 联，每一相的谐波补偿部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓占锋，赵波，赵小英，赵国亮，赵瑞斌，叶傅华，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，中电普瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]