[发明专利]一种双交流母线并网变换器的电路结构及其谐波补偿方法

说明书

本发明公开一种双交流母线并网变换器的电路结构及其谐波补偿方法，电路结构包括上层功率单元和下层功率单元及其各自的滤波器组成；其中上层和下层功率单元包括级联H桥和分布式电源；滤波器包括LCL或者LC滤波器；每个滤波器上安装有检测装置，检测LCL或者LC滤波器中电感的电流和电容上的电压；还涉及上述电路的谐波补偿方法：处于较低电压等级的下层功率单元变换器工作在电压控制模式(VCM)，以供电给本地的关键负荷，降低电压谐波含量。同时，处于较高电压等级的上层功率单元变换器置于主电网和下层单元之间，工作在电流控制模式(CCM)下，抑制本地非线性负载中的谐波电流。

技术领域

本发明涉及谐波补偿的电能质量技术领域，具体涉及一种在低压和中压双交流母线中，采用改进的级联H桥作为并网变换器对供电电压和电网电流谐波补偿的电路及方法，用来改善电能质量。

背景技术

如今，分布式能源的大量使用已被整合到现代配电系统中。为了更好地操作多个分布式能源，通过对接口变换器系统的调节从而控制微电网的技术已迅速发展。近年来，通过并网接口变换器的调节，利用多端口变换器集成多个分布式能源，从而进一步发挥了系统的灵活性并降低成本。

然而，随着分布式发电单元的大量接入，电能质量问题日益严峻。以往分布式发电(DG)中的多功能功率变换器主要集中在本地负载谐波电流补偿，类似于常规有源电力滤波器的运行。但是负载谐波电流的提取会增加控制器的计算负担。另外针对供电中存在的电压谐波问题，通常采用电压控制并联DG机组直接降低供电电压谐波。然而，当电网电压发生畸变时，会产生更多的电网电流谐波。以往使用特定的统一电能质量调节器(UPQC)同时进行谐波电压和电流补偿是一种有效的解决方案。但是，UPQC的功能很难集成到并联DG单元中。而且对常规UPQC来说，必须同时提取电网电压和负载电流谐波分量，对于计算能力有限的低成本控制器来说，这无疑是一个负担。

多端口变换器应用在在互连分布更广的电源方面正被广泛研究。采用级联H桥(CHB)互连多个低压光伏阵列，每个电源单元的最大功率点独立跟踪由集中式控制器实现。如果电源单元的直流母线电压足够高，则采用较高的电压器件或大量串联的串级电源单元——CHB变换器就可以直接集成到6kV或10kV等中压配电系统中。以往对三相级联变换器应用在分布式电源的研究主要集中在功率控制方面，利用这种变换器作为一种有源功率调节装置来同时解决电压和电流谐波问题很少有人讨论。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出了一种应用于中低压网络的改进级联H桥作为并网变换器的电路拓扑，提出了同步补偿谐波电压和电流控制方法。在本发明提出的变换器系统中的下层功率单元配备了LC输出滤波器，它们用于提供低压网络下本地负荷供电电压质量的改善。上层功率单元用LCL滤波器与较高的电网电压相连接，上层单元作为谐波电流补偿器，可以有效地提高电网电流质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双交流母线并网变换器的电路结构，由上层功率单元和下层功率单元及其各自的滤波器组成；其中上层功率单元放置在高压交流母线和低压交流母线之间，上层功率单元的一侧连接上层功率单元滤波器的输入侧，另一侧连接下层功率单元滤波器的输出侧；下层功率单元连接下层功率单元滤波器的输入侧；上层功率单元滤波器的输出侧连接6kV/10kV电网；下层功率单元滤波器的输出侧作为低压交流母线，低压交流母线上带有本地负载；每个滤波器上均安装有检测装置，用于检测滤波器中电感的电流和电容上的电压；

进一步的，所述的上层功率单元和下层功率单元均由级联H桥组成；每个H桥的直流母线连接到分布式电源或负载上，相邻两个H桥单元的输出侧串联连接。

进一步的，下层功率单元滤波器是LC滤波器，LC滤波器的电感和电容为L₁和C₁。