[发明专利]一种适用于多工况补偿投切有源电力滤波器及其投切方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于多工况补偿投切有源电力滤波器及其投切方法，属于电能存储技术领域。

背景技术

近年来，电力电子装置逐渐被广泛应用，随之而来的谐波危害问题也引起了社会关注。对用电质量的更高需求，直接促使加快实现“绿色电网”的步伐。作为传统的补偿谐波无功装置，LC滤波器因其结构简单，运行可靠，费用低而被广泛应用。但LC滤波器只能滤除固定次数的谐波，并受系统阻抗，频率变化影响严重，在负载波动时，负载增加可能引起无源滤波器因超载而损坏，不能实现动态补偿各次谐波。

APF，即有源电力滤波器作为补偿谐波与无功的新有效途径，因其不受负载变化影响，可实现各次谐波动态补偿，已经逐渐取代LC滤波器的主导地位。

现阶段，常用有源电力滤波器中，以并联型APF拓扑结构应用最为广泛。在实际应用中，单一有源电力滤波器只能针对某一确定特性负载进行补偿，定制的APF若切换补偿对象后，会极大地降低补偿效果，甚至会引入谐波含量。随电力电子技术进一步的发展，谐波负载的将会向更加多样性变化，及补偿对象的工作环境会更加复杂。因此，单一有源电力滤波器，适应多种补偿对象，适应多种工作环境将成为一种发展趋势。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于多工况补偿投切有源电力滤波器及其投切方法，对非线性负载谐波电流分析判断后自动选择补偿单元进行补偿，提高补偿效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于多工况补偿投切有源电力滤波器，包括整流单元和多个补偿单元，交流电网、等效线路阻抗以及非线性负载构成了补偿目标设备的主回路，整流单元与交流电网的母线连接，补偿单元的上母线端子与下母线端子分别与整流单元的上母线端子与下母线端子相连，通过投切开关后并入交流电网；在非线性负载进线侧安装电流传感器，电流传感器与补偿单元电连接。

进一步的，补偿单元由控制器和主功率电路组成，控制器和主功率电路电连接，主功率电路由IPM模块构成，控制器包括数字信号处理模块、用于分析电流传感器采集到的三相电流信号的采样分析模块、用于设定阀值的阀值设定模块和用于控制投切开关开闭的投切控制模块，采样分析模块、阀值设定模块和投切控制模块均与数字信号处理模块电连接，电流传感器与补偿单元中的采样分析模块电连接。

一种适用于多工况补偿投切有源电力滤波器的投切方法，包括以下步骤：

a．利用电流传感器采集非线性负载abc三相电流；

b．采集的abc三相电流信号传输到采样分析模块中，各补偿单元分别经坐标变换后，由三相静止abc坐标系变换到两相dq旋转坐标系；

c．abc三相电流利用特征次谐波锁相角正弦和余弦值经变换后分离出有功分量id和无功分量iq；

d．有功分量id和无功分量iq经过低通滤波器后，将低频分量保留，将高频分量剔除；

e．经低通滤波器后的有功分量id和无功分量iq再利用特征次谐波锁相角正弦和余弦值反变换成三相静止abc坐标下的电流，便得出目标补偿的特征次谐波电流；

f．得出的特征次谐波电流与在阀值设定模块中事先设定好的阀值比较，阀值为非线性负载电流基波成分的百分比重，如果特征次谐波电流大于阀值，则需要对该次谐波进行补偿，即通过对应的补偿单元补偿；如果特征次谐波电流不大于阀值，则由投切控制模块控制对应补偿单元的投切开关断开，不需要通过该补偿单元补偿。

进一步的，步骤c和e中所述的特征次谐波锁相角正弦和余弦值计算方法为：

a．采集交流电网eabc三相电压；

b．经锁相环得出锁相角；

c．锁相角倍频后得出特征次谐波锁相角；

d．得出特征次谐波锁相角的正弦和余弦值。

本发明的有益效果是：采用多补偿单元结构，不仅可以实现指定次谐波补偿，也可实现完全补偿，能实现多种负载特性，多工况补偿的目的；采用智能投切，系统对对非线性负载谐波电流分析判断后自动选择补偿单元进行补偿，提高了补偿效果。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明投切方法流程图；

图3为实施例中有源电力滤波器投入11、13次补偿单元后的直流母线电压波形、负载电流波形、电网侧电流波形以及APF输出补偿电流波形图；

图4为图3中APF输出补偿电流波形图的局部放大图；

图5为APF补偿前电网电流的谐波畸变率分析图；

图6为APF补偿后电网电流的谐波畸变率分析图。