[发明专利]Z源逆变并联有源电力滤波器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Z源逆变并联有源电力滤波器及其控制方法。

背景技术

如图1所示，现有的并联有源电力滤波器是采用基于VSI逆变器的主电路，VSI逆变器与电网间通过输出滤波电路和阻抗电感连接，直流侧由电容器组构成。

如图2所示，现有并联有源滤波器的控制电路能够实时的检测、计算负载电流中的谐波电流、无功电流、三相不平衡和负序电流，并根据补偿模式确定输出补偿电流的指令值i_C^*。直流侧电容器组在VSI逆变器中主要是起电压支撑作用，其电压V_C必须维持相对稳定，因此在控制电路在确定补偿电流指令时，为了控制电容器组电压V_C的稳定而加入有功电流i_P^*。总的输出指令电流与当前实际补偿电流i_C之间的差值Δi_C。该并联有源电滤波器的控制电路再根据上述差值Δi_C、电网电压U_G、阻抗电感值L确定VSI逆变器的输出电压指令U₁^*，使得在一个开关周期T内的电流变化增量与Δi_C相同，即满足下式：

ΔiC=∫0TUG-U1*Ldt.]]>

这就导致现有方案存在以下几点不足：

（1）采用电容器组作为直流侧电压支撑的VSI逆变器，其上下桥臂的开关器件不能同时导通，否则会造成电容器两极短路，烧坏开关器件和电容器。为了防止上下桥臂直通，控制系统在确定开关器件的开关状态时，必须加入死区时间，这必然会导致输出波形偏离控制目标，恶化补偿效果；即便加入死区，控制系统仍然必须加入对直通故障的检测、保护功能，增加了控制系统复杂度。

（2）现有并联有源电滤波器输出的补偿谐波电流会造成有功功率波动，电容器组的漏电流、均压电阻也会造成一定的有功功率损耗，所以直流侧电容器电压控制复杂，必须在补偿指令电流中加入有功电流分量，才能够保证直流侧电压的稳定，致使直流电压控制与输出补偿电流控制不能解耦；有功电流加入到补偿指令电流中也恶化了补偿效果。为了降低电压控制难度，直流侧电容器往往采取增大容量的办法，但提高了成本。

（3）为了保证控制周期内的电流变化量达标，VSI逆变器的输出电压U₁的幅值、相位都需要高度可控，必要时该电压U₁比电网电压U_G高得多。控制电路采用任何输出控制算法，对直流电压的利用率都低于1，也就是说VSI逆变器的直流侧电压必须要比U_G峰值高很多并且该电压要保持稳定才能够保证补偿效果。直流电容器组恒定的电压水平导致并联有源电滤波器应用灵活性降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠的Z源逆变并联有源电力滤波器及其控制方法。

本发明提供的这种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、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。