專利名稱：一種有源調(diào)諧型混合濾波器及進行有源調(diào)諧的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力濾波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有源調(diào)諧型混合濾波器，本發(fā)明還涉及對這種有源調(diào)諧型混合濾波器進行有源調(diào)諧的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著大容量電力電子裝置和各種電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)諧波污染日益嚴重， 這既威脅著電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的安全運行，也顯著增大了電網(wǎng)的電能損耗。諧波治理設(shè)備可分為無源電力濾波器(以下簡稱無源濾波器或PPF)、有源電力濾波器(以下簡稱有源濾波器或APF)、以及這兩者有機結(jié)合而成的混合電力濾波器(以下簡稱混合濾波器或 HPF)。單獨使用的無源濾波器或有源濾波器在實際應(yīng)用中都存在著各自的問題。無源濾波器是諧波治理的常規(guī)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、并具有抑制諧波和補償無功的雙重作用，但常存在較大失諧，濾波效果難盡人意。有源濾波器是諧波治理的新生力量，可以同時濾除25次以下諧波，性能優(yōu)良，環(huán)境適應(yīng)能力強，但由于受到電力電子器件電壓和電流水平的制約，存在電壓低、容量小的問題，在實際應(yīng)用中受到了很大限制。混合濾波器結(jié)合了無源濾波器與有源濾波器的各自特點，利用低壓小容量有源濾波部分的靈活控制功能，改善了高壓大容量無源濾波器的濾波特性和效果，是未來濾波技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。國內(nèi)外就混合濾波器已經(jīng)做了較為深入系統(tǒng)的研究，到目前為止已經(jīng)提出了三種典型的并聯(lián)型混合濾波器的電路拓撲結(jié)構(gòu)，1)基本型，其結(jié)構(gòu)特點是有源濾波器(APF)與無源濾波器(PPF)串聯(lián)；2)改進型，在APF的耦合變壓器中并聯(lián)一個基波諧振電路，以便降低APF所承受的基波電壓；3)電流注入型，APF產(chǎn)生的諧波補償電流通過電容器(C21)注入到電網(wǎng)中，L2與C22組成基波諧振電路，以降低APF承受的基波電壓。但是，上述幾種混合濾波器都還存在一定缺點1)需要檢測負荷電流或電源電流作為反饋信號，不適合應(yīng)用于含有分布式電源或分布式非線性負荷的配電系統(tǒng)諧波的治理；2)有源濾波部分容量相對較大；3)三相統(tǒng)一控制，其性能易受到三相LC參數(shù)不平衡的影響；4)沒有考慮無源濾波器的諧波限流保護問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有源調(diào)諧型混合濾波器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的需要檢測負荷電流或電源電流作為反饋信號，不適合應(yīng)用于含有分布式電源或分布式非線性負荷的配電系統(tǒng)諧波的治理；有源濾波部分容量相對較大；三相統(tǒng)一控制，其性能易受到三相LC參數(shù)不平衡的影響；沒有考慮無源濾波器的諧波限流保護的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種對前述的有源調(diào)諧型混合濾波器進行有源調(diào)諧的控制方法，以實現(xiàn)上述有源調(diào)諧型混合濾波器的技術(shù)特性，用于對電網(wǎng)中的諧波進行治理。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種有源調(diào)諧型混合濾波器，其特點在于包括有源濾波器APF及無源濾波器PPF，有源濾波器APF的輸出直接并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端，或者有源濾波器APF的輸出通過耦合變壓器并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端，所述的無源濾波器PPF包括一個濾波電容器C和一個濾波電抗器L串聯(lián)而成；所述的有源濾波器APF是基于IGBT器件及PWM調(diào)制技術(shù)構(gòu)成的電壓源逆變器。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種對有源調(diào)諧型混合濾波器進行有源調(diào)諧的控制方法，該方法利用一種有源調(diào)諧型混合濾波器，其結(jié)構(gòu)是，包括有源濾波器APF及無源濾波器PPF，有源濾波器APF的輸出直接并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端，或者有源濾波器APF的輸出通過耦合變壓器并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端；所述的無源濾波器PPF包括一個濾波電容器C和一個濾波電抗器L串聯(lián)而成；所述的有源濾波器APF是基于IGBT器件及PWM調(diào)制技術(shù)構(gòu)成的電壓源逆變器，所述的有源調(diào)諧型混合濾波器還包括電流檢測器TA1、電流檢測器TA2，電壓檢測器TV1、電壓檢測器TV2和電壓檢測器TV3，電流檢測單元I、電流檢測單元II、電壓檢測單元I、電壓檢測單元II、電壓檢測單元III、諧波電流檢測、失諧度檢測、多諧波調(diào)節(jié)器、加權(quán)濾波器、加法單元、比較單元、電壓調(diào)節(jié)器、PWM發(fā)生及驅(qū)動，電流檢測器TAl的一次側(cè)與LC無源濾波支路的濾波電抗器L外端串聯(lián)，電流檢測器TAl的二次側(cè)接入電流檢測單元I中；電流檢測器TA2的一次側(cè)串聯(lián)于有源濾波器APF 的輸出回路中，電流檢測器TA2的二次側(cè)接入電流檢測單元II中；電壓檢測器TVl的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電容器C兩端，電壓檢測器TV2的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電抗器L兩端，電壓檢測器TVl的二次側(cè)接入電壓檢測單元II中，電壓檢測器 TV2的二次側(cè)接入電壓檢測單元I中；電壓檢測器TV3的一次側(cè)并接于有源濾波器APF的直流側(cè)，電壓檢測器TV3的二次側(cè)接入電壓檢測單元III中；電壓檢測單元I的輸出端與失諧度檢測的一個輸入端連接；電壓檢測單元II的輸出端與失諧度檢測的另一個輸入端連接；電流檢測單元I的輸出端接入諧波電流檢測中， 諧波電流檢測的輸出端對應(yīng)地接入加權(quán)濾波器中；電流檢測單元I的輸出端和失諧度檢測的輸出端同時與多諧波調(diào)節(jié)器的輸入端對應(yīng)連接，多諧波調(diào)節(jié)器的輸出端對應(yīng)地與加權(quán)濾波器的輸入端連接；加權(quán)濾波器的輸出端與加法單元的一個輸入端相連；電壓檢測單元III與比較單元的一個輸入端連接；比較單元的另一個輸入端是軟件程序中給定的直流電壓參考值；比較單元接入電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端與加法單元的另一個輸入端連接；電流檢測單元II接入PWM發(fā)生及驅(qū)動的一個輸入端；加法單元的輸出端接入PWM 發(fā)生及驅(qū)動的另一個輸入端，PWM發(fā)生及驅(qū)動的輸出端直接與有源濾波器APF中的IGBT器件相連，利用前述的有源調(diào)諧型混合濾波器，按照以下步驟實施步驟1)將本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器與所需進行濾波的非線性負載并聯(lián)；步驟2)通過電流檢測器TAl、電壓檢測器TVl和電壓檢測器TV2，分別對無源濾波器PPF支路中的電流、電容器電壓和電抗器電壓進行檢測，得到對應(yīng)的電流電壓信號if、uc 和uL ；
步驟3)無源濾波器PPF支路中的電流if經(jīng)過諧波電流檢測，得到擬濾除的各單次諧波電流分量Ih.! ih.m ；步驟4)對無源濾波器PPF支路中電容器電壓Ue和電抗器電壓％，通過失諧度檢測分析計算出無源濾波器PPF在擬濾除諧波頻率下的失諧度Clhl dh.m ；步驟5)由步驟4得到的失諧度Clkl dh.m，通過多諧波調(diào)節(jié)器，生成諧波補償電流加權(quán)系數(shù)、 km ；步驟6)通過加權(quán)濾波器，根據(jù)諧波電流分量 ih.m和加權(quán)系數(shù)Ic1 km進行加權(quán)求和處理，形成有源濾波器APF的諧波補償電流指令i。h.Mf ；步驟7)通過電壓檢測器TV3，將電壓檢測單元III所得到有源濾波器APF的直流電壓實際值Udc與直流電壓設(shè)定值Udc.ref,經(jīng)過比較單元及電壓調(diào)節(jié)器，將Udc與Ud。.Mf的差值進行PI調(diào)節(jié)，生成基波有功電流指令id。.M ；步驟8)對于有源濾波器APF的諧波補償電流指令i。h. ref與基波有功電流指令ide. ，通過加法單元將二者進行求和運算，最終得到有源濾波器APF的指令電流iAPF.ref ；步驟9)有源濾波器APF的實際輸出電流經(jīng)過電流檢測器TA2及電流檢測單元II 后，得到有源濾波器APF的實際輸出電流信號iAPF.real ；步驟10)將有源濾波器APF的指令電流iAPF.,ef與有源濾波器APF的實際輸出電流信號iAPF. al，經(jīng)過PWM發(fā)生及驅(qū)動處理后，產(chǎn)生構(gòu)成有源濾波器APF的IGBT的PWM驅(qū)動信號，即成。本發(fā)明的有益效果是可應(yīng)用于各種配電系統(tǒng)，包括含有分布式電源和分布式非線性負荷的智能配電網(wǎng)；APF電壓應(yīng)力低、容量??；三相濾波器分相獨立調(diào)控，不受三相LC 參數(shù)不平衡的影響；補償諧波次數(shù)可選，有利于多條濾波支路的并聯(lián)，減小每個支路中APF 的容量；能夠?qū)崿F(xiàn)諧波限流保護。


圖1是現(xiàn)有的基本型混合濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的改進型混合濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的電流注入型混合濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器采用有源濾波部分直接并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器采用有源濾波部分通過耦合變壓器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明有源調(diào)諧型混合濾波器的控制方法原理框圖；圖7是本發(fā)明諧波過電流柔性保護功能實現(xiàn)框圖；圖8為本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器未投入使用之前時的A相電網(wǎng)電流及其5 次和7次諧波分量的仿真波形圖；圖9為僅投入無源濾波器而有源濾波器不工作時的波形圖；圖10為本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器全部投入使用后，且有源濾波器同時對系統(tǒng)中的5次和7次負載進行雙調(diào)諧時的仿真波形圖。圖中，1.電流檢測單元I，2.諧波電流檢測，3.電壓檢測單元I，4.電壓檢測單元II，5.失諧度檢測，6.多諧波調(diào)節(jié)器，7.加權(quán)濾波器，8.電流檢測單元ΙΙ，9.加法單元，
10.電壓檢測單元III，11.比較單元，12.電壓調(diào)節(jié)器，13.PWM發(fā)生及驅(qū)動，14.有源濾波部分，15.過流調(diào)節(jié)器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1-圖3所示，分別是現(xiàn)有技術(shù)三種典型的混合濾波器的電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1為基本型，其結(jié)構(gòu)特點是有源濾波器APF與無源濾波器PPF串聯(lián)；圖2為改進型，在有源濾波器APF的耦合變壓器中并聯(lián)一個基波諧振電路，以便降低APF所承受的基波電壓；圖3為電流注入型，有源濾波器APF產(chǎn)生的諧波補償電流通過電容器C21注入到電網(wǎng)中，L2與C22組成基波諧振電路，以降低有源濾波器APF承受的基波電壓。參照圖4、圖5、圖6，本發(fā)明的混合濾波器的結(jié)構(gòu)是，包括有源濾波部分14和無源濾波器PPF，有源濾波部分14中設(shè)置有一個有源濾波器APF，所述的有源濾波器APF是基于絕緣柵雙極型晶體管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)及PWM調(diào)制技術(shù)構(gòu)成的電壓源逆變器VSI ；所述的無源濾波器PPF包括一個濾波電容器C和一個濾波電抗器L串聯(lián)而成，稱為無源LC濾波支路；有源濾波器APF的輸出端直接(參見圖4)或通過耦合變壓器(參見圖5)并聯(lián)于濾波電抗器L的兩端，該支路與待濾除諧波的非線性負載并聯(lián)連接。 無源濾波器PPF支路作為負載諧波的主要通路，而有源濾波器APF則起到調(diào)諧控制作用，使無源LC濾波支路對所選多個特定次諧波都能起到良好的濾波作用。參照圖6，本發(fā)明混合濾波器中還包括電流檢測器TA1、電流檢測器TA2、電壓檢測器TVl、電壓檢測器TV2和電壓檢測器TV3 ；所述混合濾波器中的有源濾波部分14中還包括電流檢測單元II、諧波電流檢測2、電壓檢測單元13、電壓檢測單元114、失諧度檢測5、多諧波調(diào)節(jié)器6、加權(quán)濾波器7、電流檢測單元118、加法單元9、電壓檢測單元11110、比較單元
11、電壓調(diào)節(jié)器12(AVR)、PWM發(fā)生及驅(qū)動13，電流檢測器TAl和電流檢測器TA2均為電流互感器，電流檢測器TAl的一次側(cè)與 LC無源濾波支路的濾波電抗器L外端串聯(lián)，電流檢測器TAl的二次側(cè)接入電流檢測單元Il 中；電流檢測器TA2的一次側(cè)串聯(lián)于有源濾波器APF的輸出回路中，電流檢測器TA2的二次側(cè)接入電流檢測單元Π8中；電壓檢測器TVl和電壓檢測器TV2均為電壓互感器，電壓檢測器TVl的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電容器C兩端，電壓檢測器TV2的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電抗器L兩端，電壓檢測器TVl的二次側(cè)接入電壓檢測單元114 中，電壓檢測器TV2的二次側(cè)接入電壓檢測單元13中；電壓檢測器TV3為直流電壓霍爾傳感器，電壓檢測器TV3的一次側(cè)并接于有源濾波器APF的直流側(cè)，電壓檢測器TV3的二次側(cè)接入電壓檢測單元IIIlO中；電壓檢測單元13的輸出端與失諧度檢測5的一個輸入端連接；電壓檢測單元114 的輸出端與失諧度檢測5的另一個輸入端連接；電流檢測單元Il的輸出端接入諧波電流檢測2中，諧波電流檢測2的輸出端對應(yīng)地接入加權(quán)濾波器7中；電流檢測單元Il的輸出端和失諧度檢測5的輸出端同時與多諧波調(diào)節(jié)器6的輸入端對應(yīng)連接，多諧波調(diào)節(jié)器6的輸出端對應(yīng)地與加權(quán)濾波器7的輸入端連接；加權(quán)濾波器 7的輸出端與加法單元9的一個輸入端相連；
電壓檢測單元IIIlO與比較單元11的一個輸入端連接，用于拾取有源濾波器APF 的直流側(cè)電壓信號；比較單元11的另一個輸入端是軟件程序中給定的直流電壓參考值；比較單元11接入電壓調(diào)節(jié)器12，電壓調(diào)節(jié)器12的輸出端與加法單元9的另一個輸入端連接；電流檢測單元118接入PWM發(fā)生及驅(qū)動13的一個輸入端，主要是用來檢測系統(tǒng)有源濾波部分所發(fā)出來的實際補償電流信號；加法單元9的輸出端接入PWM發(fā)生及驅(qū)動13的另一個輸入端，PWM發(fā)生及驅(qū)動13的輸出端直接與有源濾波器APF中的IGBT器件相連。參照圖6，本發(fā)明針對圖4和圖5所示的混合濾波器進行的有源調(diào)諧控制方法，按照以下步驟實施步驟1)將本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器與所需進行濾波的非線性負載并聯(lián)， 或?qū)⒈景l(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器直接并接到需要濾波的配電網(wǎng)中；步驟2)通過電流檢測器TAl、電壓檢測器TVl和電壓檢測器TV2，分別對無源濾波器PPF支路中的電流、電容器電壓和電抗器電壓進行檢測，得到對應(yīng)的電流電壓信號if、uc 和uL ；步驟3)無源濾波器PPF支路中的電流if經(jīng)過諧波電流檢測2，得到擬濾除的各單次諧波電流分量Ih.! ih.m ；步驟4)對無源濾波器PPF支路中電容器電壓Ue和電抗器電壓％，通過失諧度檢測5分析計算出無源濾波器PPF在擬濾除諧波頻率下的失諧度Clhl dh.m ；步驟5)由步驟4得到的失諧度Clkl dh.m，通過多諧波調(diào)節(jié)器6，生成諧波補償電流加權(quán)系數(shù)& km ；步驟6)通過加權(quán)濾波器7，根據(jù)諧波電流分量ih. i ih. m和加權(quán)系數(shù)Ic1 km進行加權(quán)求和處理，形成有源濾波器APF的諧波補償電流指令i。h.Mf ；步驟7)通過電壓檢測器TV3，將電壓檢測單元IIIlO所得到有源濾波器APF的直流電壓實際值Udc與直流電壓設(shè)定值Udc.ref,經(jīng)過比較單元11及電壓調(diào)節(jié)器12，將Udc與Udc. ref的差值進行PI調(diào)節(jié)，生成基波有功電流指令id。.M ；步驟8)對于有源濾波器APF的諧波補償電流指令i。h. ref與基波有功電流指令id。. ref，通過加法單元9將二者進行求和運算，最終得到有源濾波器APF的指令電流iAPF.ref ；步驟9)有源濾波器APF的實際輸出電流經(jīng)過電流檢測器TA2及電流檢測單元118 后，得到有源濾波器APF的實際輸出電流信號iAPF.real ；步驟10)將有源濾波器APF的指令電流iAPF.,ef與有源濾波器APF的實際輸出電流信號iAPF. al，經(jīng)過PWM發(fā)生及驅(qū)動13處理后，產(chǎn)生構(gòu)成有源濾波器APF的IGBT的PWM驅(qū)動信號，即成。參見圖7，本發(fā)明有源調(diào)諧型混合濾波器中的多諧波調(diào)節(jié)器6與失諧度檢測5之間接入一個過流調(diào)節(jié)器15，使得整體有源調(diào)諧型混合濾波器還具有了諧波限流保護功能，其具體的實施原理是在有源調(diào)諧型混合濾波器無過流的情況下，過流調(diào)節(jié)器輸出的失諧度參考信號為 0，使有源調(diào)諧型混合濾波器中的電容器C與電抗器L 二者完全調(diào)諧濾波；當(dāng)有源調(diào)諧型混合濾波器發(fā)生諧波過電流時，過流調(diào)節(jié)器輸出的失諧度參考信號逐步增大，通過調(diào)諧控制后使該有源調(diào)諧型混合濾波器主動脫離諧振狀態(tài)，直到流過該有源調(diào)諧型混合濾波器中無源濾波器PPF支路中的電流降落到參考值以內(nèi)，該方法具體包括以下步驟
1)通過電流檢測單元I對無源濾波器PPF支路中的電流進行檢測，得到濾波器的電流信號if ；2)對電流信號if進行有效值計算，并與設(shè)定的電流參考值if.ref比較做差；3)通過一個過流調(diào)節(jié)器，根據(jù)二者的差值進行調(diào)節(jié)計算，輸出一個失諧度參考信號dh.ref，當(dāng)有源調(diào)諧型混合濾波器正常無過流時，過流調(diào)節(jié)器的輸出dh.ref限定為一個預(yù)設(shè)的零值；當(dāng)有源調(diào)諧型混合濾波器由于某種原因發(fā)生諧波過電流時，過流調(diào)節(jié)器的輸出 dh.ref逐步增大；4)由于dh.Mf的增大，通過多諧波調(diào)節(jié)器6使得濾波器主動退諧，將濾波器電流限制在電流參考值之內(nèi)。圖8所示為在有源調(diào)諧型混合濾波器未投入使用之前時的A相電網(wǎng)電流及其5次和7次諧波分量的仿真波形圖；圖9和圖10為有源調(diào)諧型混合濾波器投入使用后的A相電網(wǎng)電流及其5次和7次諧波分量的仿真波形圖，其中圖9所示為僅投入無源濾波器而有源濾波器不工作時的波形，圖10為本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器全部投入使用后且有源濾波器同時對系統(tǒng)中的5次和7次負載進行雙調(diào)諧時的仿真波形圖。對照圖8、圖9和圖 10，可見本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器的濾波效果優(yōu)良。本發(fā)明混合濾波器的優(yōu)點是，1)有源濾波器APF并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端。有源濾波器 APF可以看成是一種在不同諧波頻率下具有不同電感值的虛擬電抗器，通過控制有源濾波器APF輸出電流中各次諧波分量的大小，即可調(diào)節(jié)虛擬電抗器在各次諧波頻率下的虛擬電感，從而使得虛擬電抗器與無源濾波器PPF所組成的有源調(diào)諧型混合濾波器完全調(diào)諧于所選各次諧波，實現(xiàn)了單條LC支路對多次諧波的良好濾波功能。2)只需要檢測有源調(diào)諧型混合濾波器本身的電壓和電流，不需要檢測負荷電流與電源電流，能對其接入電網(wǎng)處前后的所有諧波源負荷進行補償，可應(yīng)用于任何系統(tǒng)，如含有分布式電源和分布式非線性負荷的輸配電系統(tǒng)。3)有源濾波器APF容量小。有源濾波器APF與濾波電抗器L并聯(lián)，所承受的基波電壓低，且不流過基波電流。對于含有5次及以上諧波的配電系統(tǒng)，有源濾波器APF的基波耐壓僅為電網(wǎng)額定電壓的4%左右，而電流約為無源濾波器諧波電流的50%。若有源調(diào)諧型混合濾波器的總諧波電流占基波電流的50%，則有源濾波部分的容量約為無源濾波器 PPF容量的 2%。4)具有分相結(jié)構(gòu)，可分相獨立控制，其性能不受三相LC參數(shù)不平衡的影響；可以實施諧波限流保護，由于有源濾波器APF采用調(diào)諧控制策略，在諧波過電流時，可以采取 “主動退諧”的諧波過電流柔性保護策略。
權(quán)利要求
1.一種有源調(diào)諧型混合濾波器，其特點在于包括有源濾波器APF及無源濾波器PPF， 有源濾波器APF的輸出直接并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端，所述的無源濾波器PPF包括一個濾波電容器C和一個濾波電抗器L串聯(lián)而成；所述的有源濾波器APF是基于IGBT器件及PWM調(diào)制技術(shù)構(gòu)成的電壓源逆變器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源調(diào)諧型混合濾波器，其特點在于所述的有源濾波器APF 的輸出通過耦合變壓器并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有源調(diào)諧型混合濾波器，其特征在于，還包括電流檢測器 TAl、電流檢測器TA2，電壓檢測器TVl、電壓檢測器TV2和電壓檢測器TV3，電流檢測單元I、 電流檢測單元11、電壓檢測單元I、電壓檢測單元11、電壓檢測單元III、諧波電流檢測⑵、 失諧度檢測(5)、多諧波調(diào)節(jié)器(6)、加權(quán)濾波器(7)、加法單元(9)、比較單元(11)、電壓調(diào)節(jié)器(12)、PWM發(fā)生及驅(qū)動(13)，電流檢測器TAl的一次側(cè)與LC無源濾波支路的濾波電抗器L外端串聯(lián)，電流檢測器 TAl的二次側(cè)接入電流檢測單元I中；電流檢測器TA2的一次側(cè)串聯(lián)于有源濾波器APF的輸出回路中，電流檢測器TA2的二次側(cè)接入電流檢測單元II中；電壓檢測器TVl的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電容器C兩端，電壓檢測器TV2的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電抗器L兩端，電壓檢測器TVl的二次側(cè)接入電壓檢測單元II中，電壓檢測器TV2 的二次側(cè)接入電壓檢測單元I中；電壓檢測器TV3的一次側(cè)并接于有源濾波器APF的直流側(cè)，電壓檢測器TV3的二次側(cè)接入電壓檢測單元III中；電壓檢測單元I的輸出端與失諧度檢測(5)的一個輸入端連接；電壓檢測單元II的輸出端與失諧度檢測(5)的另一個輸入端連接；電流檢測單元I的輸出端接入諧波電流檢測 (2)中，諧波電流檢測O)的輸出端對應(yīng)地接入加權(quán)濾波器(7)中；電流檢測單元I的輸出端和失諧度檢測( 的輸出端同時與多諧波調(diào)節(jié)器(6)的輸入端對應(yīng)連接，多諧波調(diào)節(jié)器(6)的輸出端對應(yīng)地與加權(quán)濾波器(7)的輸入端連接；加權(quán)濾波器(7)的輸出端與加法單元(9)的一個輸入端相連；電壓檢測單元III與比較單元(11)的一個輸入端連接；比較單元(11)的另一個輸入端是軟件程序中給定的直流電壓參考值；比較單元(11)接入電壓調(diào)節(jié)器(1 ，電壓調(diào)節(jié)器 (12)的輸出端與加法單元(9)的另一個輸入端連接；電流檢測單元II接入PWM發(fā)生及驅(qū)動(1 的一個輸入端；加法單元(9)的輸出端接入PWM發(fā)生及驅(qū)動(1 的另一個輸入端，PWM發(fā)生及驅(qū)動(1 的輸出端直接與有源濾波器APF中的IGBT器件相連。
4.一種對有源調(diào)諧型混合濾波器進行有源調(diào)諧的控制方法，其特征在于，該方法利用一種有源調(diào)諧型混合濾波器，其結(jié)構(gòu)是，包括有源濾波器APF及無源濾波器PPF，有源濾波器APF的輸出直接并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端，或者有源濾波器APF的輸出通過耦合變壓器并聯(lián)于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端；所述的無源濾波器PPF包括一個濾波電容器C和一個濾波電抗器L串聯(lián)而成；所述的有源濾波器APF是基于IGBT器件及PWM調(diào)制技術(shù)構(gòu)成的電壓源逆變器，所述的有源調(diào)諧型混合濾波器還包括電流檢測器TA1、電流檢測器TA2，電壓檢測器 TV1、電壓檢測器TV2和電壓檢測器TV3，電流檢測單元I、電流檢測單元II、電壓檢測單元I、電壓檢測單元II、電壓檢測單元III、諧波電流檢測(2)、失諧度檢測(5)、多諧波調(diào)節(jié)器(6)、加權(quán)濾波器(7)、加法單元(9)、比較單元(11)、電壓調(diào)節(jié)器(12)、PWM發(fā)生及驅(qū)動 (13)，電流檢測器TAl的一次側(cè)與LC無源濾波支路的濾波電抗器L外端串聯(lián)，電流檢測器 TAl的二次側(cè)接入電流檢測單元I中；電流檢測器TA2的一次側(cè)串聯(lián)于有源濾波器APF的輸出回路中，電流檢測器TA2的二次側(cè)接入電流檢測單元II中；電壓檢測器TVl的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電容器C兩端，電壓檢測器TV2的一次側(cè)接于無源LC濾波支路的濾波電抗器L兩端，電壓檢測器TVl的二次側(cè)接入電壓檢測單元II中，電壓檢測器TV2 的二次側(cè)接入電壓檢測單元I中；電壓檢測器TV3的一次側(cè)并接于有源濾波器APF的直流側(cè)，電壓檢測器TV3的二次側(cè)接入電壓檢測單元III中；電壓檢測單元I的輸出端與失諧度檢測(5)的一個輸入端連接；電壓檢測單元II的輸出端與失諧度檢測(5)的另一個輸入端連接；電流檢測單元I的輸出端接入諧波電流檢測 (2)中，諧波電流檢測(2)的輸出端對應(yīng)地接入加權(quán)濾波器(7)中；電流檢測單元I的輸出端和失諧度檢測(5)的輸出端同時與多諧波調(diào)節(jié)器(6)的輸入端對應(yīng)連接，多諧波調(diào)節(jié)器(6)的輸出端對應(yīng)地與加權(quán)濾波器(7)的輸入端連接；加權(quán)濾波器(7)的輸出端與加法單元(9)的一個輸入端相連；電壓檢測單元III與比較單元(11)的一個輸入端連接；比較單元(11)的另一個輸入端是軟件程序中給定的直流電壓參考值；比較單元(11)接入電壓調(diào)節(jié)器(12)，電壓調(diào)節(jié)器 (12)的輸出端與加法單元(9)的另一個輸入端連接；電流檢測單元II接入PWM發(fā)生及驅(qū)動(13)的一個輸入端；加法單元(9)的輸出端接入PWM發(fā)生及驅(qū)動(13)的另一個輸入端，PWM發(fā)生及驅(qū)動(13)的輸出端直接與有源濾波器APF中的IGBT器件相連，利用前述的有源調(diào)諧型混合濾波器，按照以下步驟實施 步驟1)將本發(fā)明的有源調(diào)諧型混合濾波器與所需進行濾波的非線性負載并聯(lián)； 步驟2)通過電流檢測器TA1、電壓檢測器TVl和電壓檢測器TV2，分別對無源濾波器 PPF支路中的電流、電容器電壓和電抗器電壓進行檢測，得到對應(yīng)的電流電壓信號if、uc和 Ul ；步驟3)無源濾波器PPF支路中的電流if經(jīng)過諧波電流檢測(2)，得到擬濾除的各單次諧波電流分量ih.! ih.m ；步驟4)對無源濾波器PPF支路中電容器電壓uc和電抗器電壓％，通過失諧度檢測(5) 分析計算出無源濾波器PPF在擬濾除諧波頻率下的失諧度Clhl dh.m ；步驟5)由步驟4得到的失諧度ClklNdhm，通過多諧波調(diào)節(jié)器(6)，生成諧波補償電流加權(quán)系數(shù)、 km ；步驟6)通過加權(quán)濾波器(7)，根據(jù)諧波電流分量‘ 、^和加權(quán)系數(shù)！^ ！^進行加權(quán)求和處理，形成有源濾波器APF的諧波補償電流指令i。h.Mf ；步驟7)通過電壓檢測器TV3，將電壓檢測單元III所得到有源濾波器APF的直流電壓實際值Ud。與直流電壓設(shè)定值Ud。.Mf，經(jīng)過比較單元(11)及電壓調(diào)節(jié)器(12)，將 。與 。.& 的差值進行PI調(diào)節(jié)，生成基波有功電流指令id。.Mf ；步驟8)對于有源濾波器APF的諧波補償電流指令i。h. ref與基波有功電流指令id。. ref,通過加法單元(9)將二者進行求和運算，最終得到有源濾波器APF的指令電流iAPF_f ；步驟9)有源濾波器APF的實際輸出電流經(jīng)過電流檢測器TA2及電流檢測單元II后， 得到有源濾波器APF的實際輸出電流信號iAPF.real ；步驟10)將有源濾波器APF的指令電流iAPF.,ef與有源濾波器APF的實際輸出電流信號 iAPF.Mal，經(jīng)過PWM發(fā)生及驅(qū)動(13)處理后，產(chǎn)生構(gòu)成有源濾波器APF的IGBT的PWM驅(qū)動信號，即成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述的多諧波調(diào)節(jié)器(6)與失諧度檢測(5)之間接入一過流調(diào)節(jié)器(15)，還能夠進行諧波限流保護，具體實施是在有源調(diào)諧型混合濾波器無過流的情況下，過流調(diào)節(jié)器輸出的失諧度參考信號為0，使有源調(diào)諧型混合濾波器中的電容器C與電抗器L 二者完全調(diào)諧濾波；當(dāng)有源調(diào)諧型混合濾波器發(fā)生諧波過電流時，過流調(diào)節(jié)器輸出的失諧度參考信號逐步增大，通過調(diào)諧控制后使該有源調(diào)諧型混合濾波器主動脫離諧振狀態(tài)，直到流過該有源調(diào)諧型混合濾波器中無源濾波器PPF支路中的電流降落到參考值以內(nèi)，該方法具體包括以下步驟1)通過電流檢測單元I對無源濾波器PPF支路中的電流進行檢測，得到濾波器的電流信號if ；2)對電流信號if進行有效值計算，并與設(shè)定的電流參考值if.rrf比較做差；3)通過過流調(diào)節(jié)器(15)，根據(jù)步驟2)中二者的差值進行調(diào)節(jié)計算，輸出一個失諧度參考信號dh.ref，當(dāng)有源調(diào)諧型混合濾波器正常無過流時，過流調(diào)節(jié)器的輸出dh.Mf限定為一個預(yù)設(shè)的零值；當(dāng)有源調(diào)諧型混合濾波器由于某種原因發(fā)生諧波過電流時，過流調(diào)節(jié)器的輸出dh.rrf逐步增大；4)由于dh.Mf的增大，多諧波調(diào)節(jié)器(6)使得濾波器主動退諧，將濾波器電流限制在電流參考值之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有源調(diào)諧型混合濾波器，將有源濾波器APF的輸出直接并聯(lián)(或者通過耦合變壓器并聯(lián))于無源濾波器PPF的濾波電抗器L的兩端。本發(fā)明還公開了一種有源調(diào)諧的控制方法，利用前述的混合濾波器，按照以下步驟實施將該支路與所需進行濾波的非線性負載并聯(lián)；諧波電流檢測后得到擬濾除的各單次諧波電流分量；將電容器電壓和電抗器電壓做差后進行PI調(diào)節(jié)，得到擬濾除諧波頻率下的失諧度；將失諧度生成諧波補償電流加權(quán)系數(shù)；形成諧波補償電流指令；生成基波有功電流指令；進行求和得到有源濾波器APF的指令電流；將指令電流與實際輸出電流信號經(jīng)過PWM發(fā)生及驅(qū)動處理后，產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號即成。本發(fā)明的方法效果顯著、安全可靠。
文檔編號H02J3/01GK102195288SQ20111013313
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者同向前, 鄧亞平 申請人:西安理工大學(xué)