[发明专利]并联型有源电力滤波器的补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及并联型有源电力滤波器的补偿系统。

背景技术

随着经济的飞速发展，电网中整流器、变频调速装置、电弧炉以及各种电力电子设备的应用不断增加，它们将产生的大量谐波和无功注入电网，对供电质量造成了严重污染，已成为影响电能质量的重要原因。有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，具有同时补偿谐波和无功、动态响应快、不容易与电网阻抗发生谐振、补偿性能不受电网频率变化的影响等优点，成为谐波治理和无功治理的一种重要手段。

有源电力滤波器的拓扑结构可分为串联型与并联型两种，其中并联型的应用最为广泛。图1是并联型有源电力滤波器典型系统的组成图，如图1所示，三相功率变换器与负载并联。并联型有源电力滤波器系统的工作原理为：首先，从补偿对象中检测出谐波电流与无功电流，将其求和并反极性得到补偿电流的指令。其后，有源电力滤波器根据该指令发出补偿电流，注入到该系统中。因补偿电流和谐波电流与无功电流之和大小相等、极性相反，两者相互抵消。最终，电源电流中只含有基波分量，电能质量因而得到提高。图2是现有的一种并联型有源电力滤波器的补偿系统的控制框图。以下结合图1详细说明，该系统由母线控制环100、谐波分析与综合环节400和补偿电流控制环300三者构成。其中，补偿电流控制环300是补偿系统的核心和执行者，作用是实现补偿电流良好跟踪给定。补偿电流控制环300中的补偿电流控制器Gc的输出连接至调制模块PWM，由调制模块PWM所发出的控制脉冲驱动图1中的三相功率变换器。作为控制内环，补偿电流控制环300的给定由两部分组成，分别为母线控制环100的输出和谐波分析与综合环节400的输出。其中，母线控制环100为有源电力滤波器提供稳定的直流环节，母线控制环100中母线控制器Gv的输出分别与每一相电源电压u_sa/u_sb/u_sc相乘，乘积作为补偿电流控制环300给定的第一部分，从而保证母线所需的输入电流是与电源电压同相的三相基波电流，没有引入谐波和无功。而谐波分析与综合环节400则尤为重要，谐波分析与综合环节400包括谐波分析模块Alysp和综合模块∑p。谐波分析模块Alysp分别对三相负载电流i_la/i_lb/i_lc进行分析，提取出各次谐波与无功电流，然后由综合模块∑p求和产生综合补偿指令i_ha/i_hb/i_hc，所产生的综合补偿指令作为补偿电流控制环给定的第二部分，并与母线控制环100的输出共同作为内环的给定。

然而，该方案以负载电流i_la/i_lb/i_lc为补偿对象，从本质上讲属于开环控制策略，对电源不具抗扰性，补偿性能较差。另外，在待补偿容量超出有源电力滤波器的补偿能力时，一般采取补偿电流大于阀值则硬件限流的措施，这将导致补偿电流削顶，反而对电源注入更加丰富的谐波。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术对电源不具抗扰性、性能较差的缺陷，提供一种并联型有源电力滤波器的补偿系统，实现谐波与无功电流的良好补偿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种并联型有源电力滤波器的补偿系统，包括：母线控制环和补偿电流控制环，其中，母线控制环用于为有源电力滤波器提供稳定直流，其特征在于，还包括谐波控制环，且所述母线控制环的输出和所述谐波控制环的输出共同作为所述补偿电流控制环的给定，所述谐波控制环包括：

谐波分析模块，用于对三相电源电流进行分析，提取出所需补偿的各次谐波和无功电流；

谐波控制器，用于对所述各次谐波和无功电流进行调节；

综合模块，用于对各次谐波和无功电流的调节量求和以产生综合补偿指令，所述综合补偿指令输出至所述补偿电流控制环。

在本发明所述的并联型有源电力滤波器的补偿系统中，所述谐波控制器包括用于积分调节的积分控制器。

在本发明所述的并联型有源电力滤波器的补偿系统中，所述谐波控制器包括对特定次谐波电流和无功电流进行第一比例调节的第一比例控制器，且该第一比例调节的比例系数小于1。