融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，由有源电力滤波器和无功功率补偿器两部分组成，其特征在于，有源电力滤波器以及无功功率补偿器并联后通过断路器分别连接至电网的三相线路上。本系统同时拥有传统无功功率补偿装置造价低和有源电力滤波器补偿性能好的优点，能对系统中的谐波和无功功率进行动态补偿，同时根据实时系统参数调整装置运行状态避免自激振荡。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统
本技术涉及电力系统电能质量中谐波抑制以及无功补偿
，更具体地 说，涉及一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统。
技术介绍
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力电子设备广泛的应用于工业生 产领域。现代用电负荷结构发生了质的变化，各种非线性和时变性用电设备如逆变器、整流 器、炼钢电弧炉、轧钢机等的接入，对电能质量造成其日益明显的负面效应。据2008年11月 欧盟电能质量调查报告显示，仅在欧洲每年因电能质量和电器污染引起的经济损失就高达 1500亿美元。虽然国内目前还未见围绕电能质量问题而展开的调查，但是可以预见的是，电 能质量直接关系到国民经济的总体效益，如何提高电能质量已成为一个急迫解决的重要课 题。有源电力滤波器作为一种新型电力电子装置，不仅能对电力系统谐波进行有效地 抑制，还在一定程度上兼有无功功率动态补偿的功能。它的基本原理是根据实时检测出的 电网中的谐波和基波无功电流，通过控制开关管的规律动作，产生出一个大小相等、方向相 反的补偿电流。根据基尔霍夫电流定律，电网中的谐波电流以及无功电流刚好被有源电力 滤波装置产生的补偿电流“抵消”，在一定程度上提升了电网中的电能质量。有源电力滤波装置虽然在原理上能够补偿无功功率，但是不可避免的提升了装置 的容量等级，这在成本以及可靠性上是一个较大的负担。传统的无功功率补偿装置虽然造 价低、稳定性高，其动态补偿能力却是一个不容忽视的问题。因此如何分配装置容量等级， 降低动态响应时间，提高性价比以及运行可靠性等问题上具有重要的现实意义。中国专利《混合有源电力滤波器及其控制方法》(申请号200610070553. X)提供一 种混合有源电力滤波器及其控制方法。其结构为它由有源滤波器和无源滤波器串联组成 滤波器支路，该支路与需要滤波的非线性负载并联，它还包括电网电流检测用电流检测器I 和补偿电流检测器II;电流检测器I一端接电网输入回路，另一端接有源滤波器；电流检测 器II 一端接滤波器支路，另一端接有源滤波器。然而，该申请虽提供了具有一定补偿效果 的有源电力滤波器，但是该方法的补偿效果有限。有鉴于此，有必要提供一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系 统，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控 制系统，其同时拥有传统无功功率补偿装置造价低和有源电力滤波器补偿性能好的优点， 能对系统中的谐波和无功功率进行动态补偿，同时根据实时系统参数调整装置运行状态避 免自激振荡，具有优良的性价比。本技术所采用的技术方案是一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，由有源电力滤波器和无功功率补偿器两部分组成，其特征在于，有源电力滤 波器以及无功功率补偿器并联后通过断路器分别连接至电网的三相线路上。如上所述的融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，其特征在 于，所述有源电力滤波器由直流侧电容以及放电回路、三相桥式电路、充电回路、输出滤波 电路组成；电流经所述充电回路的电阻通道以及所述三相桥式电路内部的整流回路给所述 直流侧电容充电；通过动作所述三相桥式电路的上桥臂动作给所述直流侧电容升压，电压 稳定即投入运行；所述直流侧电容以及放电回路与所述三相桥式电路的直流侧相连接，用 于组合生成不同占空比的脉冲电平；该脉冲电平通过所述输出滤波电路组成的LC电流滤 波并网，生成相应的补偿电流。如上所述的融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，其特征在 于，所述无功功率补偿器由若干个电容投切电路组成，系统启动后，根据实时的无功分配控 制不同电容投切电路的组合方式。本技术的有益效果是1、将有源电力滤波器同无功功率补偿装置很好的结合起来，拓扑结构简单，易于 实现。2、优化了无功功率的分配，使用有源电力滤波器提升了无功功率的动态补偿特 性。3、充分地发挥了有源电力滤波器与无功功率补偿装置的优点，从运行稳定性以及 性价比上都有了很好的提升。附图说明图1是本技术融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统的结 构示意图。图2是本技术的电能质量控制系统的控制框图。图3是本技术的电能质量控制系统的电流控制框图。具体实施方式以下通过具体实施方式，结合附图对本技术作进一步说明。附图中的标号说明1、直流侧电容以及放电回路，2、三相桥式电路，3、充电回路， 4、输出滤波电路，5、有源电力滤波器，6、电容投切电路，7、无功功率补偿器，8、负载侧电流 互感器，9、节点电压互感器，10、信号处理单元，11、锁相环单元，12、电流控制环，13,dq解耦 单元，14、信号处理单元，15、信号处理单元，16、abc-dq多坐标变换单元，17、abc-dq多坐标 变换单元，18、电压控制环，19、SVPWM调制单元，20、补偿电流发生单元，21、补偿测电流互感 器，22、5次谐波电流PI控制器，23、7次谐波电流PI控制器，24、11次谐波电流PI控制器， 25、13次谐波电流PI控制器，26、5次谐波旋转坐标变换单元，27、7次谐波旋转坐标变换单 元，28、11次谐波旋转坐标变换单元，29、13次谐波旋转坐标变换单元，30、d轴综合单元， 31、q轴综合单元，32、电流PI控制器，33、无功电流控制单元，34、直流电压控制单元。如图1所示，电网通过一个断路器分别连接有源电力滤波器5以及无功功率补偿 器7。有源电力滤波器5由直流侧电容以及放电回路1、三相桥式电路2、充电回路3、输出滤波电路4组成。在软启动过程中，电流经充电回路3电阻通道以及三相桥式电路2内部 的整流回路给电容充电；当电容电压逐渐稳定后，通过动作三相桥式电路2的上桥臂动作 给直流侧电容升压，当电压稳定到某一设定值时即可投入运行。正常工作时，直流侧电容以 及放电回路I与三相桥式电路2的直流侧相连接，用于组合生成不同占空比的脉冲电平；该 脉冲电平通过输出滤波电路4组成的LC电流滤波并网，生成相应的补偿电流。无功功率补 偿器7由若干个电容投切电路6组成，当系统启动后，根据实时的无功分配控制不同电容投 切电路6的组合方式。如图2所示，电网负载侧电流、电压分别通过负载侧电流互感器8以及节点电压互 感器9进行检测，检测的微弱信号通过信号处理单元10进行电平转换、抗混叠滤波等信号 预处理环节。电压信号除了利用瞬时无功功率理论计算瞬时无功外还为装置的输出提供频 率时钟基准，这是由锁相环单元11实现的。补偿侧电流信号通过信号处理单元14进行电 平转换、抗混叠滤波后输入控制系统进行实时计算。经模数转换后的数字信号通过abc-dq 多坐标变换单元16，将杂乱的畸变信号变成有序的、容易分辨的基波与各次谐波信号。通 过abc-dq多坐标变换单元16可以将畸变信号中的特定次谐波直接转化成直流分量，而剩 下的其他信号则转换成为交流分量，通过一个简单的数字滤波器即可实现基波以及各次谐 波信号的分离。补偿测电流互感器21通过信号处理单元15检测补偿电流大小，该补偿电 流信号输入abc-dq多坐标变换单元17并与对应次频率的负载侧检测信号按照电流控制环 12进行跟踪控制。为了减少dq本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，由有源电力滤波器和无功功率补偿器两部分组成，其特征在于，有源电力滤波器以及无功功率补偿器并联后通过断路器分别连接至电网的三相线路上。

【技术特征摘要】
1.一种融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，由有源电力滤波器和无功功率补偿器两部分组成，其特征在于，有源电力滤波器以及无功功率补偿器并联后通过断路器分别连接至电网的三相线路上。2.根据权利要求1所述的融合有源电力滤波器与无功补偿器的电能质量控制系统，其特征在于，所述有源电力滤波器由直流侧电容以及放电回路、三相桥式电路、充电回路、输出滤波电路组成；电流经所述充电回路的电阻通道以及所述三相桥式电路内部的整流回路给所述直流侧电容充...

【专利技术属性】
技术研发人员：席自强，周少文，罗皓文，
申请(专利权)人：湖北工业大学，湖北天工机电技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：