一種諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置及其諧波電流分頻率給定算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置及其諧波電流分頻率給定算法，裝置主電路的有源部分由低開關(guān)頻率大功率逆變電路單元和高開關(guān)頻率小功率逆變電路單元組成，二者分別負(fù)責(zé)產(chǎn)生諧波參考電流中的低頻分量和高頻分量。所述諧波電流補(bǔ)償裝置的兩個(gè)逆變電路單元共用一個(gè)直流側(cè)母線電容Cdc，交流側(cè)分別與7次串聯(lián)諧振支路和13次串聯(lián)諧振支路串聯(lián)后再與濾波電容并聯(lián)后接入電網(wǎng)。所述串聯(lián)諧振支路構(gòu)成的無(wú)源部分極大地降低了有源部分的功率等級(jí)。采用一種基于滑動(dòng)DFT的諧波電流分頻率給定算法實(shí)現(xiàn)了上述參考電流低頻分量和高頻分量分開給定。上述裝置有效地解決了諧波補(bǔ)償裝置的有源部分容量、效率、開關(guān)頻率與補(bǔ)償性能間的矛盾約束關(guān)系。
【專利說(shuō)明】一種諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置及其諧波電流分頻率給定
異?古
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種諧波補(bǔ)償裝置及其諧波電流分頻率給定算法，具體涉及能夠?qū)⒅C波電流各分量和無(wú)功電流按頻率分成兩組，分別進(jìn)行補(bǔ)償?shù)母咝阅?、高效率的諧波補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中高壓非線性負(fù)載在運(yùn)行中產(chǎn)生大量的諧波電流，會(huì)給所在電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題。這些問(wèn)題集中的表現(xiàn)為負(fù)載電流的畸變以及不對(duì)稱，而過(guò)大的畸變電流甚至?xí)l(fā)接入點(diǎn)電壓的畸變，也會(huì)導(dǎo)致其他設(shè)備的額定工作點(diǎn)嚴(yán)重偏移、繼電保護(hù)誤動(dòng)作，嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)及其他設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。中高壓工況下，大幅度降低了現(xiàn)有電力諧波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果，而且補(bǔ)償設(shè)備的損耗也大幅上升，設(shè)備的可靠性降低。針對(duì)運(yùn)行在電壓電流嚴(yán)重畸變的中高壓環(huán)境下的電力諧波補(bǔ)償裝置損耗大、效率低、補(bǔ)償效果差的問(wèn)題，研究一種新的諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償?shù)碾p逆變單元補(bǔ)償裝置，能夠有效地解決上述問(wèn)題。
[0003]傳統(tǒng)的諧波電流補(bǔ)償裝置主要有無(wú)源濾波器(PF)、有源電力濾波器(APF)和由二者共同構(gòu)成的混合型有源電力濾波器(HAPF)。PF成本低，技術(shù)成熟，還可補(bǔ)償無(wú)功功率，但存在著諸如只能對(duì)特定諧波進(jìn)行濾波、濾波器參數(shù)影響濾波性能、串并聯(lián)諧振和對(duì)于諧波次數(shù)經(jīng)常變化的負(fù)載濾波效果不好等問(wèn)題。APF可以克服以上各缺點(diǎn)，但補(bǔ)償容量受到功率器件容量的限制，高開關(guān)頻率下?lián)p耗較大，且當(dāng)容量較大時(shí)補(bǔ)償性能會(huì)降低。HAPF能夠發(fā)揮以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，由無(wú)源濾波器補(bǔ)償主要次諧波，從而降低有源部分容量，有源部分負(fù)責(zé)高次諧波電流的補(bǔ)償，提高補(bǔ)償?shù)男阅堋５窃谥懈邏旱膽?yīng)用場(chǎng)合，如何進(jìn)一步處理好有源部分容量、效率、開關(guān)頻率與補(bǔ)償性能間的矛盾約束關(guān)系還是一個(gè)非常有意義的課題，本發(fā)明人正是著眼于此，以期創(chuàng)設(shè)一種新的交錯(cuò)分頻諧波補(bǔ)償方法，緩解上面所提矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有諧波補(bǔ)償裝置有源部分容量、效率、開關(guān)頻率與補(bǔ)償性能間的矛盾約束關(guān)系，特提供了一種新型的諧波補(bǔ)償裝置主電路拓?fù)浼捌渲C波電流分頻率給定算法。
[0005]所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置應(yīng)用于三相三線的信號(hào)連接結(jié)構(gòu)如圖2所示，鎖相環(huán)PLL模塊對(duì)相電壓進(jìn)行鎖相產(chǎn)生的相角信號(hào)，加上對(duì)負(fù)載電流ip低頻逆變單元補(bǔ)償電流和直流側(cè)電容電壓ud。的采樣信號(hào)提供給參考電流給定模塊，計(jì)算得出補(bǔ)償參考電流低頻分量&和補(bǔ)償參考電流高頻分量“，再通過(guò)對(duì)兩個(gè)逆變單元實(shí)際的諧波補(bǔ)償電流和icB進(jìn)行采樣，由電流跟蹤控制算法模塊產(chǎn)生兩個(gè)輸出平均電壓信號(hào)V。-和V_H，通過(guò)PWM調(diào)制與驅(qū)動(dòng)電路模塊產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)作用到主電路開關(guān)器件，主電路產(chǎn)生的電流通過(guò)無(wú)源濾波支路注入到電網(wǎng)，進(jìn)而對(duì)負(fù)載產(chǎn)生的無(wú)功電流和諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。
[0006]所述的主電路拓?fù)涫侵?有源部分包括低頻大功率逆變電路單元和高頻小功率逆變電路單元，二者共用直流側(cè)母線電容，分別與7次串聯(lián)諧振無(wú)源濾波支路和13次串聯(lián)諧振無(wú)源濾波支路串聯(lián)后接入電網(wǎng)。
[0007]所述的補(bǔ)償方法是指，低頻逆變電路單元由大功率GTO器件構(gòu)成，采用較低的驅(qū)動(dòng)頻率主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償無(wú)功電流、5次、7次和11次諧波電流等低頻待補(bǔ)償電流分量，還負(fù)責(zé)直流側(cè)電壓的維持；高頻逆變電路單元由小功率IGBT器件構(gòu)成，采用較高的驅(qū)動(dòng)頻率，主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償剩余的高次諧波電流分量。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供了一種能夠?qū)⒀a(bǔ)償電流參考信號(hào)分頻率給定的方法，為此，采用滑動(dòng)DFT諧波電流檢測(cè)方法得到無(wú)功電流、5次、7次和11次諧波電流再加上通過(guò)PI調(diào)節(jié)算法給定的有功損耗電流作為補(bǔ)償參考電流低頻分量，而高頻參考電流的給定是通過(guò)負(fù)載電流，減掉負(fù)載有功電流，再減掉低頻單元補(bǔ)償?shù)碾娏?，加上有源損耗有功參考電流得到。
[0009]有益效果:
[0010]低頻串聯(lián)諧振支路和高頻串聯(lián)諧振支路分別補(bǔ)償兩組頻率分量中的含量最大的5次和13次諧波電流，充分發(fā)揮無(wú)源濾波支路補(bǔ)償容量大的優(yōu)點(diǎn)降低的有源部分的補(bǔ)償容量；低頻逆變單元負(fù)責(zé)低頻待補(bǔ)償電流的補(bǔ)償，采用較低的采樣頻率，降低了開關(guān)損耗，提高了效率，充分發(fā)揮了 GTO的效能；高頻逆變單元承擔(dān)高次剩余的高次待補(bǔ)償分量，容量可以較小，但可以采用較高的采樣頻率，有利于補(bǔ)償性能的提高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明中諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置的主電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3為本發(fā)明中諧波電流分頻率給定算法結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖4為本發(fā)明中參考電流跟蹤控制和PWM調(diào)制與驅(qū)動(dòng)框圖；
[0015]圖5為本發(fā)明應(yīng)用于三相整流橋加阻感負(fù)載的諧波治理的補(bǔ)償結(jié)果；其包括圖5(a)_ 圖 5 (e)，其中，
[0016]圖5(a)是電網(wǎng)電壓曲線；
[0017]圖5(b)是非線性負(fù)載產(chǎn)生的三相電流曲線；
[0018]圖5(c)是諧波補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的電流曲線；
[0019]圖5(d)是補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流曲線；
[0020]圖5 (e)是直流側(cè)電壓曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本裝置用于三相整流橋加阻感負(fù)載的諧波治理的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，電源是50Hz三相380V交流電，負(fù)載是三相二極管整流橋加阻感型負(fù)載構(gòu)成的非線性負(fù)載，電阻電感分別是26 Ω和10mH。諧波治理裝置由鎖相環(huán)(PLL)模塊、電流電壓傳感器、參考電流分頻給定模塊、電流跟蹤控制算 法模塊、PWM&驅(qū)動(dòng)電流模塊和雙逆變單元主電路構(gòu)成。PLL模塊以74HC4046為核心，加上一片累加計(jì)數(shù)器⑶4040和低通濾波器組成。參考電流分頻給定模塊如圖3所示，^是補(bǔ)償參考電流低頻分量，主要由采用滑動(dòng)DFT諧波電流檢測(cè)方法得到無(wú)功電流、5次、7次和11次諧波電流再加上通過(guò)PI調(diào)節(jié)算法得到的有功損耗電流構(gòu)成。！^是補(bǔ)償參考電流高頻分量，由負(fù)載電流，減掉負(fù)載有功電流，再減掉低頻單元補(bǔ)償?shù)碾娏?，力口上有源損耗有功參考電流得到。電流跟蹤控制模塊和PWM&驅(qū)動(dòng)電流模塊由圖4所示，低頻和高頻通道的控制算法均采用PI算法，輸出分別用低頻載波和高頻載波進(jìn)行調(diào)制，得到空占比可變的門級(jí)信號(hào)，在通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生互補(bǔ)的門級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出到主電路相應(yīng)的開關(guān)器件的門級(jí)。雙逆變單元主電路如圖1所示，直流母線電壓設(shè)定為120V，該電壓遠(yuǎn)小于電網(wǎng)的相電壓，DSP采樣頻率為12.8KHz時(shí)裝置穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的補(bǔ)償結(jié)果如圖5所示。可見(jiàn)，補(bǔ)償后電網(wǎng)電流基本上是正弦的，直流母線電壓維持在120V，波動(dòng)很小。電流諧波畸變率由補(bǔ)償前的23%左右，下降到3%左右，能夠有效的補(bǔ)償該非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。
[0022]最后應(yīng)說(shuō)明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本申請(qǐng)型的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，包括有源部分和無(wú)源部分，其特征在于:有源部分由低頻大功率逆變電路單元和高頻小功率逆變電路單元構(gòu)成，所述兩個(gè)逆變電路單元共用一個(gè)直流側(cè)母線電容Cd。，二者分別與7次串聯(lián)諧振支路和13次串聯(lián)諧振支路串聯(lián)后，再與濾波電容并聯(lián)后接入電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述低頻逆變電路單元由大功率GTO器件構(gòu)成的三相橋式逆變電路構(gòu)成，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率為1-2KHZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述高頻逆變電路單元由小功率IGBT器件構(gòu)成的三相橋式逆變電路構(gòu)成，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率為10-30KHZ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述7次串聯(lián)諧振支路的諧振頻率是7次電網(wǎng)諧波頻率，13次串聯(lián)諧振支路的諧振頻率是13次電網(wǎng)諧波頻率，兩個(gè)諧振支路中的串聯(lián)電容Cfi和Cf2承受至少90%以上的電網(wǎng)基波電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述低頻逆變電路單元負(fù)責(zé)由無(wú)功電流分量、低次諧波電流分量和直流側(cè)電壓維持所需有功電流共同構(gòu)成的補(bǔ)償參考電流低頻分量的產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述高頻逆變電路單元負(fù)責(zé)補(bǔ)償?shù)皖l逆變電路單元補(bǔ)償后剩余的所有諧波電流，統(tǒng)稱為補(bǔ)償參考電流高頻分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述直流側(cè)母線電容Cd。的電壓參考值采用小于電網(wǎng)側(cè)電壓的值，根據(jù)功率器件功率等級(jí)限制和待補(bǔ)償諧波電流值和諧波諧振支路參數(shù)確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的諧波電流分頻交錯(cuò)補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的補(bǔ)償參考電流低頻分量或所述的補(bǔ)償參考電流高頻分量的給定通過(guò)諧波電流分頻率給定算法實(shí)現(xiàn)，低頻逆變單元和高頻逆變單元的補(bǔ)償參考電流的計(jì)算采用基于滑動(dòng)DFT諧波電流檢測(cè)方法，其中，補(bǔ)償參考電流低頻分量由非線性負(fù)載產(chǎn)生的無(wú)功電流、5次、7次和11次諧波電流再加上通過(guò)PI調(diào)節(jié)算法得到的裝置有功損耗電流構(gòu)成。
9.一種權(quán)利要求8所述補(bǔ)償裝置的諧波電流分頻給定算法，其特征在于:補(bǔ)償參考電流高頻分量由負(fù)載電流，減掉負(fù)載有功電流，再減掉低頻單元補(bǔ)償?shù)碾娏?，加上有源損耗有功參考電流得到。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK103872685SQ201410087030
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】韓偉, 周立麗 申請(qǐng)人:韓偉