[发明专利]基于无功功率最小化的双闭环混合型有源滤波器及方法

说明书

发明涉及一种基于无功功率最小化的双闭环混合型有源滤波器，包括谐波提取模块、有源滤波部模块、无源滤波模块、预充电模块；所述谐波提取模块、有源滤波部模块和预充电模块依次相连；所述预充电模块还分别与无源滤波模块和三相整流负载相连接。本发明控制策略简单，系统稳定性好，不会降低系统功率因数，同时组合了有源滤波器和无源滤波器的优点，有较好的电流补偿作用。

技术领域

本发明涉及电能质量及电力谐波治理领域，具体涉及一种基于无功功率最小化的双闭环混合型有源滤波器的控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力电子器件的使用也越来越频繁，也有越来越多的非线性的器件，比如整流器，变频电动机，起重机等接入电网，伴随着这些非线性的器件的使用，同时有着大量的谐波注入电网，过高的谐波有十分巨大的危害，不仅仅对用户侧的器件的使用，电能的稳定有影响，也对电网侧的保护装置有显著的影响，关于对非线性负载所产生的谐波滤除的滤除，是电力电子工程师们重点关注解决的问题。

目前关于谐波的治理，有两个方向，第一个是从用户角度出发，研制出低谐波量的装置，通过改进硬件结构，控制算法等，减少用户侧使用的设备所产生的谐波对电网电流的污染。另一个是在电路中增加滤波器，对谐波进行定向的补偿，从而减少谐波对电网的污染。关于现在使用的滤波器，可分为两种，分别是有源滤波器和无源滤波器。无源滤波器结构简单，稳定性高，便于维护，使用十分广泛，但是补偿精度低，灵活性差，难以应付多变的负载结构；有源滤波器是采用可控的开关器件，定向检测谐波电流，对谐波电流进行补偿，充当一个可控电流源的作用，有较高的补偿效果，且响应速度十分快，但是结构较为复杂，成本高，且受控于开关器件的频率特性，也难以实现对谐波的全部补偿。因此目前混合型的滤波器应用较为广泛。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于无功功率最小化的双闭环混合型有源滤波器的控制方法，使用双闭环的PI控制，定向跟踪谐波电流，对其定向补偿，之后通过设计无源滤波器，辅助有源滤波器补偿高次谐波，并吸收系统无功功率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无功功率最小化的双闭环混合型有源滤波器，包括谐波提取模块、有源滤波部模块、无源滤波模块、预充电模块；所述谐波提取模块、有源滤波部模块和预充电模块依次相连；所述预充电模块还分别与无源滤波模块和三相整流负载相连接。

进一步的，所述有源滤波部模块主体结构采用NPC型三电平结构。

进一步的，所述预充电模块由接触器和预充电电阻组成，用于测量电容电压，当达到预设要求时，短路掉预充电电阻。

进一步的，所述无源滤波器由滤波电感和滤波电容组成。

一种基于无功功率最小化的双闭环混合型有源滤波器的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:通过谐波电流检测模块采用ip-iq获取需要滤波器补偿的谐波电流；

步骤S2:启动有源滤波模块，通过预充电模块，给电容充电，并采用PI控制器控制电电容电压稳定；

步骤S3:通过PI控制器控制电流，对谐波电流进行跟踪，生成与谐波电流相反的补偿电流，将其注入电网，实现对谐波电流的初步补偿；

步骤S4:分析补偿电流特性，在补偿谐波电流的同时，根据电路无功功率最小化原则，设定无源滤波模块参数，定向补偿受于APF功能限制，所未补偿的高次谐波部分。

进一步的，所述步骤S1具体为:在三相电流i_a、i_b、i_c均由基波和谐波组成，表达式为