[发明专利]Z源逆变并联有源电力滤波器及其控制方法

权利要求书

1.一种Z源逆变并联有源电力滤波器，包括电网、非线性负载、输出电感器，其特征在于，该滤波器还包括Z源逆变器和控制电路；Z源逆变器包括直流源、双向开关、Z源网络和逆变器，直流源通过Z源网络与逆变器连接，在所述直流源的正极端与Z源网络之间接有一个双向开关；所述逆变器的输出端串联输出电感器后接于电网与非线性负载之间；所述控制系统包括控制器、传感器单元和电源单元，传感器单元包括用于实时检测电网电压的电压传感器、用于实时检测非线性负载电流的电流传感器、用于实时检测逆变器的补偿指令电流的电流传感器和用于实时检测直流源电压的电压传感器，控制器采集上述传感器的测量信号，用于通过采集的电压值、电流值对双向开关以及逆变器进行控制。

2.根据权利要求1所述的Z源逆变并联有源电力滤波器，其特征在于，所述直流源采用储能电容器组，用于直流侧补充电容器漏电和补充谐波有功功率波动；所述直流源或采用电压不稳定的直流电源，用于实现电能的双向流动以及有功功率的并网。

3.根据权利要求1所述的Z源逆变并联有源电力滤波器，其特征在于，所述双向开关采用IGBT器件。

4.根据权利要求1所述的Z源逆变并联有源电力滤波器，其特征在于，所述Z源网络为一个二端口网络，用于为所述逆变器提供等效直流电压支撑；该Z源网络包括电感L₁、电感L₂及交叉接于电感L₁以及电感L₂之间的电容C₁和电容C₂。

5.根据权利要求1所述的Z源逆变并联有源电力滤波器，其特征在于，所述逆变器采用由若干半导体开关器件组成的三相桥式逆变电路。

6.根据权利要求5所述的Z源逆变并联有源电力滤波器，其特征在于，所述半导体开关器件采用IGBT器件，其无需短路保护，且其工作状态无需加入死区。

7.一种适用于权利要求1所述的Z源逆变并联有源电力滤波器的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

步骤1，所述控制器获取电网电压U_G、非线性负载的电流i_L、逆变器的补偿指令电流i_C和直流源电压U_DC；

步骤2，所述控制器根据所述Z源逆变器的工作模式，计算出所述逆变器在控制周期中的直通状态时间占比D；再通过所述占比D调节所述储能电容器组的电压在规定范围内，并能够保证所述Z源逆变器直流侧等效电压的稳定；

步骤3，控制器对电网电压U_G和非线性负载的电流i_L做点积得到瞬时有功功率P(t)，通过对上述二者做叉积得到瞬时无功功率Q(t)；再通过低通滤波器将时变分量滤除，得到基波正序的有功功率P和无功功率Q；将基波正序的有功功率P和无功功率Q分别除以U_G²并相加后获得负载电流中包含的基波正序电流i_f；用负载电流i_L减去所述基波正序电流i_f得到补偿指令电流i_C^*；用当前实际补偿指令电流i_C减去所述补偿指令电流i_C^*得到电网电压U_G和控制周期T之内的指令电流变化量Δi_C；再由所述指令电流变化量Δi_C根据下式计算得到所述逆变器输出指令电压U₁^*，

U1*=LΔiCT-UG]]>

式中，L为输出电感器的电感值；然后根据逆变器输出指令电压U₁^*运用S VPWM算法计算得到非零矢量的输出时间T₁；最后根据所述输出时间T₁，并结合所述直通状态时间占比D，运用SVPWM算法计算IGBT器件的开关模式S_A,B,C；

步骤3，控制器根据所述IGBT器件的开关模式S_A,B,C，对所述逆变器的各IGBT器件实时控制；控制器根据占空比对双向开关的通断进行控制。