本发明专利技术公开了一种35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统及其控制方法，35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统包括有源电力滤波器、电感、隔离变压器及多组无源滤波器，DSP控制器与逆变器连接构成有源电力滤波器，有源电力滤波器的输出经过滤波电感后与电感并联接在隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与单调谐无源滤波器串联，作为有源电力滤波器的注入支路，有源部分再与多组无源滤波器并联接入电网。该系统结构简单，能较好治理大功率电网中的谐波，同时能够补偿大容量的无功功率，其最大的优点是有源电力滤波器承受的基波电压低，所需逆变器的容量小，且在系统上电瞬间或电网电压发生突变时，有源部分受到的冲击很小，系统稳定性高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压大容量无功补偿和谐波抑制综合系统的拓扑结构和控制方法，具体是一种35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统及其控制方法。
技术介绍
电能是现代社会生产和人民生活中主要的和必不可少的重要能源，随着电力电子技术的发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，它是一种非线性时变拓扑负荷，不可避免地会产生非正弦波形，向电网注入谐波。而信息时代的到来，越来越多的电气用户对取用的电能形态和功率流动的控制与处理提出了新的要求，因此，谐波已成为电网中的“公害”。 如何经济有效地治理电网谐波成为电力工作者面临的一大难题。抑制装置主要有无源电力滤波器和有源电力滤波器。单独使用的无源滤波器虽然成本低廉、结构简单，但是滤波效果受电网阻抗和自身参数变化影响较大，而且易与电网阻抗发生谐振。单独使用的有源电力滤波器虽然有很好的滤波性能，但是造价较高，特别是在变电站这样的高压大功率场合，难以应用。在现有的有源电力滤波器APF与无源滤波器PF相结合的混合有源电力滤波器中， 并联型APF+并联PF形式仍要承受基波电压，且系统中存在多条谐波通道，APF会将谐波注入电网支路；串联型APF+并联PF形式的连接变压器流过负载基波电流，且有源部分绝缘和维护困难；并联谐振注入型APF不具备无功补偿能力；串联谐振注入型APF若要同时获得较好的谐波补偿性能和较小的有源部分容量比较困难，而且支路上端的电容将很大；注入式有源滤波器以电压型逆变器VSC作为其有源部分，通过耦合变压器经串联谐振注入型电路后，并与几组单调谐滤波器组成的无源滤波器PPF —起并联连入电网。从结构上看，并联的PPF可以补偿较大容量的无功功率和滤除掉特定次数的谐波电流；谐振注入电路部分的电容也能补偿较大容量的无功功率，然而当电网频率发生波动时，注入式有源滤波器基波谐振注入支路的谐振点发生偏移而震荡，极易造成对有源部分的冲击，导致直流侧电压抬升，严重影响系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种适用于高压大容量无功补偿和谐波抑制综合控制系统，较好地治理大功率电网中的谐波，同时补偿大容量的无功功率，解决现有系统造价高，稳定性和可靠性低及对有源部分冲击大的问题。为解决上述问题，本专利技术的技术方案是35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统包括有源电力滤波器、电感、隔离变压器及多组无源滤波器，DSP控制器与逆变器连接构成有源电力滤波器，，有源电力滤波器的输出经过滤波电感后与电感并联接在隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与单调谐无源滤波器串联，作为有源电力滤波器的注入支路，有源部分再与多组无源滤波器并入电网。无源滤波器组滤除特征次谐波和高次谐波，同时补偿一定容量的无功功率；有源电力滤波器滤除特征次谐波以及电网中少量其他次谐波，抑制无源滤波器组可能存在的与系统阻抗之间的谐振，改善系统的滤波效果，单调谐无源滤波器为有源逆变器发出的特征次补偿谐波提供低阻抗通道。所述的单调谐无源滤波器由电容和电感串联组成，电容和电感谐振在某一特征次谐波频率处。每组无源滤波器单独设有户外隔离开关，隔离开关和高压开关柜之间设有互锁回路，电容器与电感的连接处接有避雷器，电容器的两端接有干式放电线圈。所述有源电力滤波器采用硬件保护和软件保护，实时检测并联电感上的电压UA、 UB、Uc、直流侧电压Ucf和逆变器输出电流iA、iB、ic，当电压、电流大于保护设定值时，DSP控制器发出脉冲封锁信号，控制逆变器的IGBT并使其关断，同时继电器发出动作信号，有源滤波器跳闸。所述隔离变压器的原副边的匝数比为1 2。有源电力滤波器的输出经滤波电感后与电感并联接在隔离变压器的原边，大大降低了有源部分的基波阻抗。隔离变压器的副边与单调谐无源滤波器串联，有源部分承受的电压很低，降低了逆变器的容量。在系统上电瞬间或电网电压发生突变时，由于电容电压不能突变，经降压变压器降压后有源部分承受基波电压仍比较低，对有源部分冲击很小。无源滤波器由多组特征次无源电力滤波器和单调谐无源滤波器组成，相对于有源支路，与有源支路并联接在电网中的无源滤波器组基波阻抗小，有较大的基波无功电流流入，因而能够补偿较大容量的无功功率。有源逆变器与无源滤波器并联接入电网，由无源部分补偿无功功率，有源部分和无源部分共同抑制谐波。所述35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统的控制方法，采用电压外环、电流内环的双环控制策略。直流侧电压控制外环包括以下步骤检测直流侧电压信号Urf ；计算直流侧电压参考信号Ura与采样有源电力滤波器直流侧电压信号u。f的差值 Audc ；Δ Udc经PI调节器后得到调节信号，叠加到瞬时有功电流的直流分量上，使得有源电力滤波器的补偿电流中包含一定的基波有功电流分量，从而使有源电力滤波器的直流侧与交流侧交换能量，调节直流侧电压至给定值。电流控制内环包括以下步骤实时检测电网三相电流ia、ib、i。，采用基于瞬时无功功率的ip_iq算法，正弦电压 %通过锁相环和正、余弦函数发生器得到与电源电压ea同相位的正弦信号和对应的余弦信号，ia、ib、i。通过这两个信号和坐标变换矩阵计算出基波有功电流、和基波无功电流i,， 然后经低通滤波器LPF滤波得到其直流分量，再经过坐标变换矩阵的逆矩阵可计算出电网三相电流的基波分量iaf、ibf、i。f，用系统原来的电流和计算出的基波电流作差，就会得到所有的谐波电流分量；维持直流侧电压稳定的电流给定信号与谐波补偿电流参考值相加，得到的三路电流量再经无差拍控制算法，得到逆变器的指令信号，此指令信号与三角载波信号比较形成 PWM信号；PWM信号经驱动电路放大后控制逆变器的IPM模块。每组无源滤波器单独设有户外隔离开关，隔离开关和高压开关柜之间设有互锁回路。为了抑制无源滤波器组上电瞬间的过电压，在电容器与电感的连接处接有避雷器。此外，为了使无源滤波器组从电力系统切除后电容器上的剩余电荷迅速释放，在电容器的两端接有干式放电线圈。利用干式放电线圈二次侧线圈，对无源滤波器组的电容器进行差压保护。有源滤波器采用硬件保护和软件保护。实时检测并联电感上的电压UA、UB、U。、直流侧电压Ucf和逆变器输出电流iA、iB、ic，当电压、电流大于保护设定值时，DSP控制器发出脉冲封锁信号，控制逆变器的IGBT并使其关断，保证逆变器模块的安全。同时继电器发出动作信号，有源滤波器跳闸，从而保证装置的安全。本专利技术的有益效果是(1)有源逆变器与电感并联连接于隔离变压器原边，变压器副边与单调谐无源滤波器串联，其基波等效阻抗远远大于有源滤波器与电感并联部分，因此单调谐无源滤波器将承担大部分电网电压，有源电力滤波器承受的系统基波电压很低，主要承受谐波电压，因而有利于减小有源电力滤波器的容量，降低成本。同时还能保证在系统上电瞬间或电网电压发生突变时有源部分直流侧电压不会受到冲击，提高了系统的抗干扰能力。( 逆变器输出的PWM波经电感滤波后，波形即可满足要求，经变比为1 2的隔离变压器后输出，单调谐无源滤波器为有源逆变器发出的特征次补偿谐波提供低阻抗通道，可实现很好的滤波效果，这样逆变器的直流侧电压不必很高就能适合于高电压等级条件下的谐波治理。当有源部分发生故障无法工作时，单调谐无源滤波器可有效滤除部分特征次谐波，提高了系统的可靠本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种３５ＫＶ大容量无功补偿和谐波抑制综合系统，包括有源电力滤波器、电感、隔离变压器及多组无源滤波器，其特征是：ＤＳＰ控制器与逆变器连接构成有源电力滤波器，有源电力滤波器的输出经过滤波电感后与电感并联接在隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与单调谐无源滤波器串联，有源部分再与多组无源滤波器并联接入电网。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，孙娟，王刚，帅智康，邓才波，谢宁，王逸超，吴传平，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43
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