一種用于sssc和upqc串聯(lián)部分的濾波電路及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種濾波電路，具體涉及一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路及其控制方法。所述濾波電路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接；濾波電路包括LC濾波電路，π型濾波電路，LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路，LCL串并聯(lián)濾波電路以及C型濾波器。本發(fā)明采用RCL串并聯(lián)諧振方式的濾波電路用于濾去SSSC、UPQC換流器產(chǎn)生電流的高頻諧波，并抑制過(guò)大的電流變化率，提高裝置輸出精度，改善裝置性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濾波電路，具體涉及一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC(Static Synchronous Series Compensator)是不含外部電源的靜止同步無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，串聯(lián)在輸電線路產(chǎn)生與線路電流正交、幅值可控的電壓，可以改變線路電壓等級(jí)和自身投入、退出狀態(tài)，從而對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和拓?fù)錉顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整，一般不改變線路電壓等級(jí)和基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是等效的調(diào)整線路阻抗和電壓。
[0003]統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC主電路由串聯(lián)型電壓源型換流器和并聯(lián)電壓源型換流器構(gòu)成。UPQC作為功能強(qiáng)大的電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置，其串聯(lián)側(cè)具有動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器DVR、動(dòng)態(tài)不間斷電源DUPS功能，并聯(lián)側(cè)具有靜止無(wú)功發(fā)生器SVG、有源電力濾波器APF功能。它既能吸收負(fù)荷側(cè)的諧波，又能快速補(bǔ)償供電電壓中的電壓跌落、波動(dòng)和閃變、各相電壓的不平衡以及故障時(shí)的短時(shí)電壓中斷，具有對(duì)電能質(zhì)量綜合調(diào)控的功能。
[0004]濾波電路常用于濾去逆變輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流相差很大，波形中含有較大的脈動(dòng)成分，稱(chēng)為紋波。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲(chǔ)能作用的電抗性元件(如電容、電感)組成的濾波電路來(lái)濾除輸出電壓中的高頻諧波。
[0005]現(xiàn)有傳統(tǒng)SSSC、UPQC串聯(lián)部分電路常采用串接電感的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易成本較低，但是往往濾波效果不夠理想，輸出電流還含有一定的紋波。適當(dāng)?shù)倪x擇L、C、R組合的濾波電路可以更有效地解決濾波問(wèn)題。
[0006]SSSC的裝置對(duì)輸電系統(tǒng)進(jìn)行控制的基本原理是向線路注入一個(gè)與線路電流相差90度的可控電壓，以快速控制線路的有效阻抗，從而進(jìn)行有效的系統(tǒng)控制。裝置輸出側(cè)是否含有濾波器對(duì)于裝置控制性能及造價(jià)等至關(guān)重要，濾波器主要對(duì)逆變器電壓跟蹤控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)影響最大，因此在加入濾波電路情況下，需要重新考慮控制策略。而UPQC與無(wú)源濾波裝置的聯(lián)合運(yùn)行。單獨(dú)使用UPQC可以為小容量場(chǎng)合提供有效的解決方案，但是對(duì)于大容量的要求，成本壓力急劇增大，因此與無(wú)源濾波器混合構(gòu)成混合型電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器應(yīng)用于大容量場(chǎng)合成為一種高性?xún)r(jià)比的方案，串聯(lián)部分主要用于電能質(zhì)量問(wèn)題的治理，并為負(fù)荷諧波電流提供一個(gè)高阻抗通路以阻止負(fù)荷諧波電流流向系統(tǒng)。
[0007]由于SSSC與UPQC串聯(lián)部分在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上有相當(dāng)?shù)南嗨贫?，因此二者間的濾波器設(shè)計(jì)亦基本相通。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路，另一目的是提供一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路的控制方法，本發(fā)明采用RCL串并聯(lián)諧振方式的濾波電路用于濾去SSSC、UPQC換流器產(chǎn)生電流的高頻諧波，并抑制過(guò)大的電流變化率，提高裝置輸出精度，改善裝置性能。
[0009]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明提供一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路，所述濾波電路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接；其改進(jìn)之處在于，所述濾波電路包括LC濾波電路，π型濾波電路，LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路，LCL串并聯(lián)濾波電路以及C型濾波器；
[0011]所述濾波電路用于濾去靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC產(chǎn)生電流的高頻諧波，并抑制大的電流變化率，能夠提高靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC裝置的輸出精度，改善靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC裝置性能。
[0012]進(jìn)一步地，所述LC濾波電路為低通濾波電路，用于高頻信號(hào)的濾波，由電感L和電容器C組成，所述電感L與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)。
[0013]進(jìn)一步地，所述π型濾波電路由電感L’、電容器Cl和電容器C2組成，所述電感L’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器Cl和電容器C2均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)。
[0014]進(jìn)一步地，所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路由電感L’ ’、電容器C3以及CR串聯(lián)支路組成，所述電感L’ ’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C3以及CR串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；
[0015]所述CR串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C4和阻尼電阻R組成。
[0016]進(jìn)一步地，所述LCL串并聯(lián)濾波電路由L1Rt串聯(lián)支路、L2&串聯(lián)支路以及電容器C5組成；所述L1Rt串聯(lián)支路和L2&串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容器C5與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；
[0017]所述L1Rt串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L1和電阻Rt組成；所述LA串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L2和電阻&組成。
[0018]進(jìn)一步地，所述C型濾波器由電感L3、電感L4以及電容-諧振模塊串聯(lián)支路組成；所述電感L3和電感L4均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；
[0019]所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C6和諧振模塊組成；所述諧振模塊包括并聯(lián)的阻尼電阻R’和諧振電路；所述諧振電路由串聯(lián)的電感L5和電容器C7組成。
[0020]本發(fā)明基于另一目的提供的一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分濾波電路的控制方法，其改進(jìn)之處在于，當(dāng)所述濾波電路為L(zhǎng)C濾波電路時(shí)，所述LC濾波電路由電感L和電容器C組成，所述電感L與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；
[0021 ] 所述方法包括下述步驟:
[0022](I)由于輸入電壓升高,并聯(lián)的電容器C開(kāi)始充電,把輸入的部分能量存儲(chǔ)在電容器C中；
[0023](2)當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容器C兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，把存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)；經(jīng)過(guò)LC濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓平滑，起到平波作用。
[0024]進(jìn)一步地，當(dāng)所述濾波電路為π型濾波電路時(shí)，所述η型濾波電路由電感L’、電容器Cl和電容器C2組成，所述電感L’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器Cl和電容器C2均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述方法包括:
[0025]靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)輸出的單向脈動(dòng)性直流電壓先經(jīng)電容器Cl濾波，去掉高頻諧波成分，然后再加到電感L’和電容器C2濾波電路中；
[0026]對(duì)于紋波成分，電感L’對(duì)紋波感抗大，在電感L’上的交流電壓降加大，加到負(fù)載上輸出的交流成分與LC濾波器輸出的交流成分相比較，幅值減小一半；
[0027]對(duì)基波而言，由于電感L不呈現(xiàn)感抗，等效于通路，同時(shí)型濾波電路中的電感L采用的線徑粗，低頻基波電阻小，對(duì)基波電壓上沒(méi)有電壓降，使得輸出電壓高。
[0028]進(jìn)一步地，當(dāng)濾波電路為L(zhǎng)CC或LCCR串并聯(lián)濾波電路時(shí)，所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路由電感L’ ’、電容器C3以及CR串聯(lián)支路組成，所述電感L’ ’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C3以及CR串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述CR串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C4和阻尼電阻R組成；所述方法包括:
[0029]所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路濾去LC濾波電路遺留下的殘余高頻率紋波；阻尼電阻R的作用是抑制濾波電感L’ ’和電容器C4之間出現(xiàn)的串連諧振。
[0030]進(jìn)一步地，當(dāng)濾波電路為L(zhǎng)CL串并聯(lián)濾波電路時(shí)，所述LCL串并聯(lián)濾波電路由L1Rt串聯(lián)支路、L2Rl串聯(lián)支路以及電容器C5組成；所述L1Rt串聯(lián)支路和L2&串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容器C5與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述L1Rt串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L1和電阻Rt組成；所述L2Rlj串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L2和電阻&組成；
[0031]所述方法包括:
[0032]LCL串并聯(lián)濾波電路中的電感L2與電容器C5對(duì)電感LI電流含有的高頻開(kāi)關(guān)紋波進(jìn)行阻抗分流，電容器C5為高頻成分提供低阻通路，減少靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC產(chǎn)生補(bǔ)償電流的高頻分量；抑制補(bǔ)償電流的過(guò)分波動(dòng)和浪涌沖擊，將開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的高頻電流成分濾除，并有電磁兼容性EMC作用。
[0033]進(jìn)一步地，當(dāng)濾波電路為C型濾波器時(shí)，所述C型濾波器由電感L3、電感L4以及電容-諧振模塊串聯(lián)支路組成；所述電感L3和電感L4均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C6和諧振模塊組成；所述諧振模塊包括并聯(lián)的阻尼電阻R’和諧振電路；所述諧振電路由串聯(lián)的電感L5和電容器C7組成；
[0034]所述方法包括:
[0035]所述C型濾波器中的電感L3與電容器C7串聯(lián)諧振使得開(kāi)關(guān)紋波電流通過(guò)諧振支路以減小流過(guò)阻尼電阻R’的電流減小損耗；
[0036]所述C型濾波器補(bǔ)償效果，將C型無(wú)源濾波器代替單調(diào)諧無(wú)源環(huán)節(jié)，利用其在基波頻率時(shí)表現(xiàn)出高阻抗，在諧波頻率時(shí)表現(xiàn)為低阻抗來(lái)承載大部分基波電壓，減小靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC和統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC串聯(lián)部分的設(shè)計(jì)容量。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0038]1.新型濾波電路可以有效濾除換流器產(chǎn)生電壓的高頻諧波，同時(shí)有效抑制電流變化率。
[0039]2.新型濾波電路有效降低了 SSSC、UPQC串聯(lián)部分的補(bǔ)償電壓諧波分量，提高了SSSC、UPQC補(bǔ)償精度，改善了 SSSC、UPQC的動(dòng)態(tài)性能。
[0040]3.新型濾波電路還可以用于其他需要串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难b置，具有較強(qiáng)的通用性。
[0041]4.改進(jìn)的LCL濾波電路(C型濾波器)不但有很好的補(bǔ)償效果，而且將C型無(wú)源濾波器代替通常的單調(diào)諧無(wú)源環(huán)節(jié)，利用其在基波頻率時(shí)表現(xiàn)出高阻抗，在諧波頻率時(shí)表現(xiàn)為低阻抗來(lái)承載大部分基波電壓，可以最大限度地減小相應(yīng)SSSC、UPQC串聯(lián)部分的設(shè)計(jì)容量，降低了成本，是一種節(jié)省投資的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能較好的補(bǔ)償裝置，具有很大的發(fā)展前景。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1是本發(fā)明提供的SSSC有濾波器情況下的控制系統(tǒng)框圖
[0043]圖2是本發(fā)明提供的LC串并聯(lián)濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3是本發(fā)明提供的型LC濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖4是本發(fā)明提供的LCC(LCCR)串并聯(lián)濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖5是本發(fā)明提供的LCL串并聯(lián)濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖6是本發(fā)明提供的改進(jìn)的LCL濾波電路(C型濾波器)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖7是本發(fā)明提供的SSSC單相(含LCL濾波器)拓?fù)鋱D；
[0049]圖8是本發(fā)明提供的UPQC基本拓?fù)鋱D；
[0050]圖9是本發(fā)明提供的UPQC串聯(lián)部分(LCL型濾波電路)結(jié)構(gòu)圖；
[0051]圖10是本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(單L濾波電路)圖；
[0052]圖11是本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(LC濾波電路)圖；
[0053]圖12是本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(型濾波電路)圖；
[0054]圖13是本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(LCC濾波電路)圖；
[0055]圖14是本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(LCL濾波電路)圖；
[0056]圖15是本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(改進(jìn)的LCL濾波電路)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。[0058]由于SSSC、UPQC串聯(lián)部分的輸出阻抗控制是最基本的控制方式。此種控制方式一般為開(kāi)環(huán)控制，考慮到耦合變壓器的壓降及逆變器輸出的誤差，加入逆變器跟蹤控制環(huán)節(jié)后，可有效提高控制精度。輸出側(cè)是否含有新型濾波器對(duì)于裝置控制性能及造價(jià)等至關(guān)重要，濾波器主要對(duì)逆變器電壓跟蹤控制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)影響較大。因此，在加入新型濾波電路之前，需先考慮含新型濾波電路SSSC、UPQC串聯(lián)部分的控制方案。
[0059]以SSSC為例，在加入新型濾波器后，SSSC有濾波器情況下的控制系統(tǒng)框，如附圖1所示，圖中Cf為濾波電容，Lf為濾波電感，Il為逆變器側(cè)輸出電流。對(duì)于主回路采用濾波器情況下，控制系統(tǒng)中V。在整個(gè)控制系統(tǒng)中的體現(xiàn)較為直接，其反饋量可不采用低通濾波器。實(shí)際應(yīng)用中，可用耦合變壓器的漏抗替代濾波電感。本控制方案對(duì)UPQC串聯(lián)部分含有新型濾波電路的輸出阻抗控制同樣適用。
[0060]本發(fā)明提供的濾波電路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接；所述濾波電路包括LC濾波電路，型濾波電路，LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路，LCL串并聯(lián)濾波電路以及C型濾波器。
[0061]一、LC串并聯(lián)濾波電路:
[0062]本發(fā)明提供的LC串并聯(lián)濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，LC濾波器適用于高頻信號(hào)的濾波，根據(jù)電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，由電容C及電感L所組成的濾波電路的基本形式附圖2所示。LC濾波電路由電感L和電容器C組成，所述電感L與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)。
[0063]由于感抗隨頻率增加而增加，而容抗隨頻率增加而減小，因此,LC低通濾波器的串臂接電感，并臂接電容。并聯(lián)的電容器C在輸入電壓升高時(shí)，給電容器充電，可把部分能量存儲(chǔ)在電容器中。而當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)。經(jīng)過(guò)濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。若采用電感濾波，當(dāng)輸入電壓增高時(shí)，與負(fù)載串聯(lián)的電感L中的電流增加，因此電感L將存儲(chǔ)部分磁場(chǎng)能量，當(dāng)電流減小時(shí)，又將能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流變得平滑。與L濾波器相比，LC濾波器在負(fù)載回路了并聯(lián)了電容C，增加了高頻量通路，使輸出電流波形更為平滑。本發(fā)明提供的SSSC電壓輸出波形(LC濾波電路)圖如圖11所示。
[0064]二、Ji型濾波電路:與31型LC濾波電路(附圖3)
[0065]本發(fā)明提供的型LC濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，所述型濾波電路由電感L’、電容器Cl和電容器C2組成，所述電感L’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器Cl和電容器C2均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)。
[0066]對(duì)于Ji型LC濾波電路原理，逆變電路輸出的單向脈動(dòng)性直流電壓先經(jīng)電容Cl濾波，去掉大部分高頻諧波成分，然后再加到L’和C2濾波電路中。對(duì)于紋波成分而言，L’對(duì)它的感抗很大，這樣在L’上的交流電壓降大，加到負(fù)載上的交流成分小。對(duì)基波而言，由于L’不呈現(xiàn)感抗，相當(dāng)于通路，同時(shí)π型LC濾波電路波電感采用的線徑較粗，低頻基波電阻很小，這樣對(duì)基波電壓基本上沒(méi)有電壓降，所以輸出電壓較高。
[0067]三、LCC(LCCR)濾波電路(附圖4)
[0068]本發(fā)明提供的LCC(LCCR)串并聯(lián)濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路由電感L’ ’、電容器C3以及CR串聯(lián)支路組成，所述電感L’，與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C3以及CR串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述CR串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C4和阻尼電阻R組成；
[0069]LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路可以更有效地濾去LC濾波電路后留下的殘余的高頻率紋波。在補(bǔ)償期間，會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)一個(gè)周波時(shí)間的高頻振蕩分量，會(huì)影響輸出電壓的效果，因此需要采取限制措施。
[0070]新型濾波器的接線基本上和普通LC濾波一樣。阻尼電阻R的作用是抑制濾波電感L’’和濾波電容C4之間可能出現(xiàn)的串連諧振。和常規(guī)的LC濾波相比較，該接線方式基本上保持了 LC濾波器的二階濾波特性，同時(shí)也阻尼了 LC之間的串聯(lián)諧振，因此其性能優(yōu)于普通LC濾波器。
[0071 ] 四、LCL濾波電路(附圖5 )
[0072]本發(fā)明提供的LCL串并聯(lián)濾波電路結(jié)構(gòu)7]^意圖如圖5所不，LCL串并聯(lián)濾波電路由L1Rt串聯(lián)支路、L2&串聯(lián)支路以及電容器C5組成；所述L1Rt串聯(lián)支路和L2&串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容器C5與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述L1Rt串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L1和電阻Rt組成；所述L2Rlj串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L2和電阻&組成；其基本原理是L2與C5對(duì)L1電流含有的高頻開(kāi)關(guān)紋波進(jìn)行阻抗分流，電容C為高頻成分提供低阻通路 ，這樣有效地減少了電流(裝置的產(chǎn)生的補(bǔ)償電流)的高頻分量。LCL濾波器具有比單電感濾波更好的性能，能兼顧高低頻增益和高頻端衰減。與L濾波器相比，LCL濾波器增加了濾波電感L2和濾波電容C5，作為三階系統(tǒng)，其可以更好得抑制電流的過(guò)分波動(dòng)和浪涌沖擊，將開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的高頻電流成分濾除，并有一定的EMC作用。
[0073]五、改進(jìn)的LCL濾波電路(附圖6 )
[0074]本發(fā)明提供的改進(jìn)的LCL濾波電路(C型濾波器)結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示，由于LCL濾波器存在諧振峰，需要無(wú)源阻尼來(lái)抑制諧振峰，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定。無(wú)源阻尼就是在LCL濾波器電感或電容上串聯(lián)或并聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。因其方法簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。但在大功率SSSC和UPQC串聯(lián)部分中，特別是當(dāng)功率達(dá)到幾百千瓦時(shí)，阻尼電阻將帶來(lái)很大損耗，嚴(yán)重影響系統(tǒng)效率。因此，需對(duì)原有的LCL濾波電路進(jìn)行改進(jìn)。
[0075]如附圖6所示，
[0076]濾波電路通過(guò)在阻尼電阻兩端并聯(lián)一個(gè)LC諧振電路，即C型濾波器。C型濾波器由電感L3、電感L4以及電容-諧振模塊串聯(lián)支路組成；所述電感L3和電感L4均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C6和諧振模塊組成；所述諧振模塊包括并聯(lián)的阻尼電阻R’和諧振電路；所述諧振電路由串聯(lián)的電感L5和電容器C7組成。
[0077]C型濾波器的主要特征是在基波附近電抗器L與電容器C1串聯(lián)諧振使得開(kāi)關(guān)紋波電流都通過(guò)諧振支路以減小流過(guò)阻尼電阻的電流達(dá)到減小損耗的目的，諧振條件是公式Z1=r+j (Xl-Xc1)中的虛部為零。在工頻下電阻器R基本被短接。C型濾波器的基波無(wú)功輸出Qfi = u2/xc2 = W1C2U2,式中U為母線實(shí)際電壓。同時(shí)由于諧振電路的存在可以起到很好的濾波效果，但是存在失諧的風(fēng)險(xiǎn)。
[0078]在圖6中，C型濾波器的阻抗最小值對(duì)應(yīng)的諧波次數(shù)取決于比值C1ZU而C的值由
系統(tǒng)所需的補(bǔ)償?shù)幕o(wú)功功率決定，在條件</^； = I的限定下，C1不承擔(dān)補(bǔ)償作用。所以
容量的選擇充分考慮綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，不宜太大。C型濾波器的最小阻抗決定于(Ci+C)CR2，當(dāng)截止頻率確定后僅取決于CR的值，實(shí)際中常用R來(lái)調(diào)整最小阻抗值，以滿足補(bǔ)償需要。
[0079]此種改進(jìn)的LCL濾波電路不但有很好的補(bǔ)償效果，而且將C型無(wú)源濾波器代替通常的單調(diào)諧無(wú)源環(huán)節(jié)，利用其在基波頻率時(shí)表現(xiàn)出高阻抗，在諧波頻率時(shí)表現(xiàn)為低阻抗來(lái)承載大部分基波電壓，可以最大限度地減小相應(yīng)SSSC、UPQC串聯(lián)部分的設(shè)計(jì)容量，降低了成本，是一種節(jié)省投資的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能較好的補(bǔ)償裝置，具有很大的發(fā)展前景。
[0080]圖7是SSSC裝置中單相回路的拓?fù)鋱D，包含有改進(jìn)型的LCL濾波器。其中單相回路的逆變側(cè)以單個(gè)H橋的模塊串聯(lián)連接，再連接改進(jìn)型的LCL濾波器輸出。
[0081 ] 圖8是UPQC裝置基本拓?fù)鋱D，其中裝置內(nèi)部包含有串聯(lián)補(bǔ)償器和并聯(lián)補(bǔ)償器。圖9是UPQC裝置中的串聯(lián)補(bǔ)償器的拓?fù)鋱D，其中串聯(lián)變流側(cè)以三相半橋拓?fù)?，再接上改進(jìn)型的LCL濾波器輸出。濾波效果與圖7的SSSC裝置濾波效果一致。
[0082]根據(jù)圖7的SSSC裝置的拓?fù)浠芈罚M(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證濾波效果。
[0083]圖10至圖15是波形的效果圖，觀察得出如下結(jié)論:改進(jìn)型的LCL濾波器，濾除高頻成分的電流能力最佳。
`[0084]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分的濾波電路，所述濾波電路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)的串聯(lián)部分連接；其特征在于，所述濾波電路包括LC濾波電路，π型濾波電路，LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路，LCL串并聯(lián)濾波電路以及C型濾波器； 所述濾波電路用于濾去靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC產(chǎn)生電流的高頻諧波，并抑制大的電流變化率，能夠提高靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC裝置的輸出精度，改善靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC裝置性能。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述LC濾波電路為低通濾波電路，用于高頻信號(hào)的濾波，由電感L和電容器C組成，所述電感L與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述η型濾波電路由電感L’、電容器Cl和電容器C2組成，所述電感L’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器Cl和電容器C2均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路由電感L’ ’、電容器C3以及CR串聯(lián)支路組成，所述電感L’ ’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C3以及CR串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)； 所述CR串聯(lián)支路由串聯(lián)的電 容器C4和阻尼電阻R組成。
5.如權(quán)利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述LCL串并聯(lián)濾波電路由L1Rt串聯(lián)支路、L2Rl串聯(lián)支路以及電容器C5組成；所述L1Rt串聯(lián)支路和L2&串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容器C5與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)； 所述L1Rt串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L1和電阻Rt組成；所述L2Rlj串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L2和電阻&組成。
6.如權(quán)利要求1所述的濾波電路，其特征在于，所述C型濾波器由電感L3、電感L4以及電容-諧振模塊串聯(lián)支路組成；所述電感L3和電感L4均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)； 所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C6和諧振模塊組成；所述諧振模塊包括并聯(lián)的阻尼電阻R’和諧振電路；所述諧振電路由串聯(lián)的電感L5和電容器C7組成。
7.一種用于SSSC和UPQC串聯(lián)部分濾波電路的控制方法，其特征在于，當(dāng)所述濾波電路為L(zhǎng)C濾波電路時(shí)，所述LC濾波電路由電感L和電容器C組成，所述電感L與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)； 所述方法包括下述步驟: (I)由于輸入電壓升高，并聯(lián)的電容器C開(kāi)始充電,把輸入的部分能量存儲(chǔ)在電容器C中； (2)當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，電容器C兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，把存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)；經(jīng)過(guò)LC濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓平滑，起到平波作用。
8.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)所述濾波電路為π型濾波電路時(shí)，所述η型濾波電路由電感L’、電容器Cl和電容器C2組成，所述電感L’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器Cl和電容器C2均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述方法包括: 靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)輸出的單向脈動(dòng)性直流電壓先經(jīng)電容器Cl濾波，去掉高頻諧波成分，然后再加到電感L’和電容器C2濾波電路中； 對(duì)于紋波成分，電感L’對(duì)紋波感抗大，在電感L’上的交流電壓降加大，加到負(fù)載上輸出的交流成分與LC濾波器輸出的交流成分相比較，幅值減小一半； 對(duì)基波而言，由于電感L不呈現(xiàn)感抗，等效于通路，同時(shí)π型濾波電路中的電感L采用的線徑粗，低頻基波電阻小，對(duì)基波電壓上沒(méi)有電壓降，使得輸出電壓高。
9.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)濾波電路為L(zhǎng)CC或LCCR串并聯(lián)濾波電路時(shí)，所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電路由電感L’ ’、電容器C3以及CR串聯(lián)支路組成，所述電感L’ ’與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)，所述電容器C3以及CR串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述CR串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C4和阻尼電阻R組成；所述方法包括: 所述LCC或LCCR串并聯(lián)濾波電`路濾去LC濾波電路遺留下的殘余高頻率紋波；阻尼電阻R的作用是抑制濾波電感L’ ’和電容器C4之間出現(xiàn)的串連諧振。
10.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)濾波電路為L(zhǎng)CL串并聯(lián)濾波電路時(shí)，所述LCL串并聯(lián)濾波電路由L1Rt串聯(lián)支路、L2Rl串聯(lián)支路以及電容器C5組成；所述L1Rt串聯(lián)支路和L2&串聯(lián)支路均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容器C5與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述L1Rt串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L1和電阻Rt組成；所述LA串聯(lián)支路由串聯(lián)的電感L2和電阻Rlj組成； 所述方法包括: LCL串并聯(lián)濾波電路中的電感L2與電容器C5對(duì)電感LI電流含有的高頻開(kāi)關(guān)紋波進(jìn)行阻抗分流，電容器C5為高頻成分提供低阻通路，減少靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC或統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC產(chǎn)生補(bǔ)償電流的高頻分量；抑制補(bǔ)償電流的過(guò)分波動(dòng)和浪涌沖擊，將開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的高頻電流成分濾除，并有電磁兼容性EMC作用。
11.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)濾波電路為C型濾波器時(shí)，所述C型濾波器由電感L3、電感L4以及電容-諧振模塊串聯(lián)支路組成；所述電感L3和電感L4均與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)串聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路與靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC的逆變側(cè)或與統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC的逆變側(cè)并聯(lián)；所述電容-諧振模塊串聯(lián)支路由串聯(lián)的電容器C6和諧振模塊組成；所述諧振模塊包括并聯(lián)的阻尼電阻R’和諧振電路；所述諧振電路由串聯(lián)的電感L5和電容器C7組成； 所述方法包括: 所述C型濾波器中的電感L3與電容器C7串聯(lián)諧振使得開(kāi)關(guān)紋波電流通過(guò)諧振支路以減小流過(guò)阻尼電阻R’的電流減小損耗； 所述C型濾波器補(bǔ)償效果，將C型無(wú)源濾波器代替單調(diào)諧無(wú)源環(huán)節(jié)，利用其在基波頻率時(shí)表現(xiàn)出高阻抗， 在諧波頻率時(shí)表現(xiàn)為低阻抗來(lái)承載大部分基波電壓，減小靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC和統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器UPQC串聯(lián)部分的設(shè)計(jì)容量。
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK103618439SQ201310681450
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】賁寶強(qiáng), 燕翚, 葉衛(wèi)華, 訾振寧, 許瀟 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞科技有限公司