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      一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法與流程

      文檔序號:11547811閱讀:458來源:國知局
      一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法與流程

      本發(fā)明涉及電力諧波抑制領(lǐng)域,具體是一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法。



      背景技術(shù):

      目前,電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),這些設(shè)備的使用,給電力系統(tǒng)帶來了大量的電力諧波以及無功分量,造成電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流波形畸變嚴(yán)重,致使電能質(zhì)量下降,嚴(yán)重時,會造成電氣設(shè)備故障和事故。

      為了抑制這些負(fù)載產(chǎn)生的電力諧波對電網(wǎng)的影響,常用的方案有3種:并聯(lián)有源濾波器(apf)、無源濾波器(ppf)及混合有源濾波器(hapf)等裝置。無源濾波器由電抗器、電容器及電阻器構(gòu)成,可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無功的同時,可抑制特定次諧波電流,其結(jié)構(gòu)簡單、投資少,受電網(wǎng)及其他負(fù)載的影響,會使得該特定次諧波電流被放大,甚至?xí)斐蔁o源濾波器元件的損壞,同時,濾波器參數(shù)的變化也大大影響其性能;有源濾波器是一種可以動態(tài)補(bǔ)償諧波電流的裝置,可以實(shí)現(xiàn)各次諧波的動態(tài)補(bǔ)償并具有多種補(bǔ)償功能,受電力電子器件工作電壓的限制,有源濾波器不適合應(yīng)用于高壓系統(tǒng),成本較高;混合有源濾波器是由有源濾波器和無源濾波器構(gòu)成,它具有無源方案低成本和有源方案快速補(bǔ)償無功和抑制諧波的優(yōu)點(diǎn),同時可避免無源濾波器存在的問題。為了解決這一問題,專利文獻(xiàn)zl201110027339.7“混合電力濾波器”采用有源濾波器、輸出濾波器、耦合變壓器和無源濾波器組相串聯(lián),利用無源濾波器組濾除船舶電網(wǎng)中固定次數(shù)的諧波,有源濾波器通過耦合變壓器實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)較小容量有源濾波器用于系統(tǒng)無功補(bǔ)償及其他非特征次諧波的抑制。這種方法增加了耦合變壓器,也增大了系統(tǒng)的體積和成本,同時有源濾波器在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償及其他非特征次諧波的抑制中并不能真正減小系統(tǒng)內(nèi)有源濾波器的容量。專利文獻(xiàn)201310073930.5“混合電力濾波器主電路”介紹了一種混合電力濾波器主電路,電路由無源濾波電路、有源濾波電路和測量電路等組成,其中無源濾波電路由雙調(diào)諧濾波支路與基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路組成,解決了專利文獻(xiàn)zl201110027339.7中耦合變壓器帶來體積大和成本增高的缺陷,但在三相電路中每相采用兩條雙調(diào)諧濾波電路使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的選擇變得更加復(fù)雜。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,提供一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法。該裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由有源濾波部分和無源濾波部分串聯(lián)組成,利用無源濾波部分承擔(dān)電網(wǎng)的大部分電壓,有效降低有源部分工作電壓,從而降低有源部分的容量;有源部分承擔(dān)抑制特定次諧波電流的控制。有源部分和無源部分的有機(jī)組合解決了現(xiàn)有無源濾波器電流不可控的缺陷,使系統(tǒng)具有無源方案低成本和有源方案快速補(bǔ)償無功和抑制諧波的優(yōu)點(diǎn)??捎行Ы档拖到y(tǒng)的成本和體積和成本。

      為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:

      一種混合型諧波抑制器,包括交流電源us及其等效阻抗ls、電感l(wèi)1、電容c1、電感l(wèi)2、電容c2、電容c、全控型逆變單元和與該諧波抑制器并聯(lián)的非線性負(fù)載,所述的電容c與全控型逆變單元直流側(cè)并聯(lián),所述全控型逆變單元交流側(cè)①端與電感l(wèi)1①端相連,所述電感l(wèi)1②端、電容c1①端和電容c2②端相連,所述電容c1②端、全控型逆變單元交流側(cè)②端、和交流電源us的n端相連,所述電容c2①端與電感l(wèi)2②端相連,所述電感l(wèi)2①端與非線性負(fù)載相連;

      優(yōu)選的,所述的混合型諧波抑制器的電容c1的容量為電容c2容量的10倍;

      優(yōu)選的,所述的混合型諧波抑制器的電容c2和電感l(wèi)2構(gòu)成單諧振支路,其諧振頻率與特定次諧波的頻率一致;

      優(yōu)選的,所述的混合型諧波抑制器的控制方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)特定次諧波的控制:

      第一步、根據(jù)應(yīng)用場合,選定需要濾除的特定次諧波的頻率;

      第二步、根據(jù)選定的頻率,按照諧振電路的工作原理,獲得l1、l2、c1、c2和c的具體參數(shù);

      第三步、獲得流過非線性負(fù)載電流的特定次諧波值、交流電源us的頻率、流過l2的電流il2和電容c1的端電壓uc1;

      第四步、通過分析流過非線性負(fù)載電流的特定次諧波值和流過l2的電流il2、交流電源us的頻率和電容c1的端電壓uc1的獲得全控型逆變單元輸出電流的期望值。

      第五步、采用雙閉環(huán)控制策略對全控型逆變單元進(jìn)行控制,其中,根據(jù)補(bǔ)償電流的大小設(shè)定全控型逆變單元電壓外環(huán)的給定值,將步驟4獲得的期望值設(shè)定為全控型逆變單元電流內(nèi)環(huán)的給定值。

      本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:

      本發(fā)明一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:由有源濾波部分和無源濾波部分相串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)構(gòu)成的混合型諧波抑制器,結(jié)構(gòu)簡單,實(shí)施成本低;利用無源濾波部分承擔(dān)電網(wǎng)的大部分電壓,有效降低有源部分元器件的工作電壓,從而大大降低了有源部分的工作容量,大大降低了系統(tǒng)的成本他體積;利用有源部分承擔(dān)抑制特定次諧波電流的控制,實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償,解決了現(xiàn)有無源濾波器電流不可控的缺陷,使系統(tǒng)具有無源方案低成本和有源方案快速補(bǔ)償無功和抑制諧波的優(yōu)點(diǎn)。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法所采用的主回路結(jié)構(gòu)圖;

      圖2為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法中獲取sinωst、cosωst、sin5ωst和cos5ωst的方法;

      圖3為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法所采用的控制結(jié)構(gòu)框圖。

      具體實(shí)施方式

      本發(fā)明提供一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法,實(shí)現(xiàn)對非線性負(fù)載產(chǎn)生的電力諧波對電網(wǎng)影響的有效抑制。

      為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確,以下參照附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。按照圖1連接方式構(gòu)成一種混合型諧波抑制器,系統(tǒng)主要包括有源濾波和無源濾波兩部分。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。在這里以抑制5次諧波為例介紹具體實(shí)施方法:

      (1)根據(jù)應(yīng)用場合,選定需要濾除的特定次諧波頻率為電源us頻率ωs的5倍即5次諧波;

      (2)根據(jù)選定的頻率,按照電路諧振條件和電容c2耐壓值,設(shè)計出電感l(wèi)2和電容c2的具體參數(shù);

      (3)根據(jù)全控型逆變單元輸出電流所允許的最大變化率,設(shè)計電感l(wèi)1的具體參數(shù);

      (4)根據(jù)補(bǔ)償諧波容量和電容c1端電壓設(shè)計電容c的具體參數(shù);

      (5)如圖2所示,交流電源us經(jīng)pll可獲得交流電源us的角相位ωst,進(jìn)而得到sinωst、cosωst、sin5ωst和cos5ωst;

      (6)將負(fù)載電流il延遲1/4周期,形成與負(fù)載電流il相正交的虛擬電流分量i′l,同時將流過電感l(wèi)2電流il2延遲1/4周期形成與il2相正交的虛擬電流分量i′l2;

      (7)如圖3所示,圖中相應(yīng)變量參數(shù)檢測和計算方法如下:

      (8)由電壓鎖相環(huán)電路得到sin5ωst和cos5ωst,根據(jù)公式(1)(2)得到將電流il及其虛擬電流分量i′l和電流il2及其虛擬電流分量i′l2分別進(jìn)行5倍頻的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,獲得電流il的d5軸和q5軸分量ild5和ilq5,及電流il2的d5軸和q5軸分量il2d5和il2q5;

      (9)由電壓鎖相環(huán)電路得到sinωst和cosωst,根據(jù)公式(3)得到電流il2及其虛擬電流分量i′l2分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,獲得電流il的d1軸和q1軸分量i′l2d1和i′l2q1;

      (10)再通過低通濾波器lpf,可得電流il的d5軸和q5軸分量ild5和ilq5的直流分量電流il2的d5軸和q5軸分量il2d5和il2q5的直流分量及電流il2的d1軸和q1軸分量il2d1和il2q1的直流分量

      (11)將有源濾波部分的直流側(cè)電壓期望值與直流側(cè)電壓的實(shí)際值udc相減后的差值通過pi調(diào)節(jié)器,獲得電壓環(huán)的基頻的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d1軸的電流指令值

      (12)把圖3中的相減后的差值通過pi調(diào)節(jié)器,分別獲得控制有源濾波部分的直流側(cè)電壓的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d1軸的電壓分量urd1和q1軸的電壓分量urq1,再由式(4):

      urn1=urd1cosωst-urq1sinωst(4)

      得到控制有源濾波部分的直流側(cè)電壓的控制量urn1;

      (12)把圖3中的相減后的差值通過pi調(diào)節(jié)器,分別獲得控制特定次諧波(5次諧波)的在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d5軸的電壓分量urd5和q5軸的電壓分量urq5,再由式(5):

      urn5=urd5cos5ωst-urq5sin5ωst(5)

      得到控制特定次諧波(5次諧波)的控制量urn5;

      (13)將控制5次諧波電流的電壓控制量urn5和控制有源濾波部分的直流側(cè)電壓的控制量urn1進(jìn)行疊加,得到圖1中逆變器交流側(cè)輸出的總控制電壓urn。

      上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述,并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定,在不脫離本發(fā)明設(shè)計方案前提下,本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn),均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍,本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容,已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。

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