本發(fā)明涉及電力諧波抑制領(lǐng)域，具體是一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前，電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，這些設(shè)備的使用，給電力系統(tǒng)帶來了大量的電力諧波以及無功分量，造成電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流波形畸變嚴(yán)重，致使電能質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成電氣設(shè)備故障和事故。

為了抑制這些負(fù)載產(chǎn)生的電力諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，常用的方案有3種：并聯(lián)有源濾波器(apf)、無源濾波器(ppf)及混合有源濾波器(hapf)等裝置。無源濾波器由電抗器、電容器及電阻器構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無功的同時(shí)，可抑制特定次諧波電流，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少，受電網(wǎng)及其他負(fù)載的影響，會(huì)使得該特定次諧波電流被放大，甚至?xí)斐蔁o源濾波器元件的損壞，同時(shí)，濾波器參數(shù)的變化也大大影響其性能；有源濾波器是一種可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償諧波電流的裝置，可以實(shí)現(xiàn)各次諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償并具有多種補(bǔ)償功能，受電力電子器件工作電壓的限制，有源濾波器不適合應(yīng)用于高壓系統(tǒng)，成本較高；混合有源濾波器是由有源濾波器和無源濾波器構(gòu)成，它具有無源方案低成本和有源方案快速補(bǔ)償無功和抑制諧波的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可避免無源濾波器存在的問題。為了解決這一問題，專利文獻(xiàn)zl201110027339.7“混合電力濾波器”采用有源濾波器、輸出濾波器、耦合變壓器和無源濾波器組相串聯(lián)，利用無源濾波器組濾除船舶電網(wǎng)中固定次數(shù)的諧波，有源濾波器通過耦合變壓器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)較小容量有源濾波器用于系統(tǒng)無功補(bǔ)償及其他非特征次諧波的抑制。這種方法增加了耦合變壓器，也增大了系統(tǒng)的體積和成本，同時(shí)有源濾波器在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償及其他非特征次諧波的抑制中并不能真正減小系統(tǒng)內(nèi)有源濾波器的容量。專利文獻(xiàn)201310073930.5“混合電力濾波器主電路”介紹了一種混合電力濾波器主電路，電路由無源濾波電路、有源濾波電路和測(cè)量電路等組成，其中無源濾波電路由雙調(diào)諧濾波支路與基波分壓串聯(lián)雙調(diào)諧濾波支路組成，解決了專利文獻(xiàn)zl201110027339.7中耦合變壓器帶來體積大和成本增高的缺陷，但在三相電路中每相采用兩條雙調(diào)諧濾波電路使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的選擇變得更加復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法。該裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由有源濾波部分和無源濾波部分串聯(lián)組成，利用無源濾波部分承擔(dān)電網(wǎng)的大部分電壓，有效降低有源部分工作電壓，從而降低有源部分的容量；有源部分承擔(dān)抑制特定次諧波電流的控制。有源部分和無源部分的有機(jī)組合解決了現(xiàn)有無源濾波器電流不可控的缺陷，使系統(tǒng)具有無源方案低成本和有源方案快速補(bǔ)償無功和抑制諧波的優(yōu)點(diǎn)。可有效降低系統(tǒng)的成本和體積和成本。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種混合型諧波抑制器，包括交流電源us及其等效阻抗ls、電感l(wèi)1、電容c1、電感l(wèi)2、電容c2、電容c、全控型逆變單元和與該諧波抑制器并聯(lián)的非線性負(fù)載，所述的電容c與全控型逆變單元直流側(cè)并聯(lián)，所述全控型逆變單元交流側(cè)①端與電感l(wèi)1①端相連，所述電感l(wèi)1②端、電容c1①端和電容c2②端相連，所述電容c1②端、全控型逆變單元交流側(cè)②端、和交流電源us的n端相連，所述電容c2①端與電感l(wèi)2②端相連，所述電感l(wèi)2①端與非線性負(fù)載相連；

優(yōu)選的，所述的混合型諧波抑制器的電容c1的容量為電容c2容量的10倍；

優(yōu)選的，所述的混合型諧波抑制器的電容c2和電感l(wèi)2構(gòu)成單諧振支路，其諧振頻率與特定次諧波的頻率一致；

優(yōu)選的，所述的混合型諧波抑制器的控制方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)特定次諧波的控制：

第一步、根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，選定需要濾除的特定次諧波的頻率；

第二步、根據(jù)選定的頻率，按照諧振電路的工作原理，獲得l1、l2、c1、c2和c的具體參數(shù)；

第三步、獲得流過非線性負(fù)載電流的特定次諧波值、交流電源us的頻率、流過l2的電流il2和電容c1的端電壓uc1；

第四步、通過分析流過非線性負(fù)載電流的特定次諧波值和流過l2的電流il2、交流電源us的頻率和電容c1的端電壓uc1的獲得全控型逆變單元輸出電流的期望值。

第五步、采用雙閉環(huán)控制策略對(duì)全控型逆變單元進(jìn)行控制，其中，根據(jù)補(bǔ)償電流的大小設(shè)定全控型逆變單元電壓外環(huán)的給定值，將步驟4獲得的期望值設(shè)定為全控型逆變單元電流內(nèi)環(huán)的給定值。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

本發(fā)明一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：由有源濾波部分和無源濾波部分相串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)構(gòu)成的混合型諧波抑制器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施成本低；利用無源濾波部分承擔(dān)電網(wǎng)的大部分電壓，有效降低有源部分元器件的工作電壓，從而大大降低了有源部分的工作容量，大大降低了系統(tǒng)的成本他體積；利用有源部分承擔(dān)抑制特定次諧波電流的控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，解決了現(xiàn)有無源濾波器電流不可控的缺陷，使系統(tǒng)具有無源方案低成本和有源方案快速補(bǔ)償無功和抑制諧波的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法所采用的主回路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法中獲取sinωst、cosωst、sin5ωst和cos5ωst的方法；

圖3為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法所采用的控制結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種混合型諧波抑制器的結(jié)構(gòu)及其控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的電力諧波對(duì)電網(wǎng)影響的有效抑制。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。按照?qǐng)D1連接方式構(gòu)成一種混合型諧波抑制器，系統(tǒng)主要包括有源濾波和無源濾波兩部分。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。在這里以抑制5次諧波為例介紹具體實(shí)施方法：

(1)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，選定需要濾除的特定次諧波頻率為電源us頻率ωs的5倍即5次諧波；

(2)根據(jù)選定的頻率，按照電路諧振條件和電容c2耐壓值，設(shè)計(jì)出電感l(wèi)2和電容c2的具體參數(shù)；

(3)根據(jù)全控型逆變單元輸出電流所允許的最大變化率，設(shè)計(jì)電感l(wèi)1的具體參數(shù)；

(4)根據(jù)補(bǔ)償諧波容量和電容c1端電壓設(shè)計(jì)電容c的具體參數(shù)；

(5)如圖2所示，交流電源us經(jīng)pll可獲得交流電源us的角相位ωst，進(jìn)而得到sinωst、cosωst、sin5ωst和cos5ωst；

(6)將負(fù)載電流il延遲1/4周期，形成與負(fù)載電流il相正交的虛擬電流分量i′l，同時(shí)將流過電感l(wèi)2電流il2延遲1/4周期形成與il2相正交的虛擬電流分量i′l2；

(7)如圖3所示，圖中相應(yīng)變量參數(shù)檢測(cè)和計(jì)算方法如下：

(8)由電壓鎖相環(huán)電路得到sin5ωst和cos5ωst，根據(jù)公式(1)(2)得到將電流il及其虛擬電流分量i′l和電流il2及其虛擬電流分量i′l2分別進(jìn)行5倍頻的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，獲得電流il的d5軸和q5軸分量ild5和ilq5，及電流il2的d5軸和q5軸分量il2d5和il2q5；

(9)由電壓鎖相環(huán)電路得到sinωst和cosωst，根據(jù)公式(3)得到電流il2及其虛擬電流分量i′l2分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，獲得電流il的d1軸和q1軸分量i′l2d1和i′l2q1；

(10)再通過低通濾波器lpf，可得電流il的d5軸和q5軸分量ild5和ilq5的直流分量和電流il2的d5軸和q5軸分量il2d5和il2q5的直流分量和及電流il2的d1軸和q1軸分量il2d1和il2q1的直流分量和

(11)將有源濾波部分的直流側(cè)電壓期望值與直流側(cè)電壓的實(shí)際值udc相減后的差值通過pi調(diào)節(jié)器，獲得電壓環(huán)的基頻的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d1軸的電流指令值

(12)把圖3中的與和與相減后的差值通過pi調(diào)節(jié)器，分別獲得控制有源濾波部分的直流側(cè)電壓的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d1軸的電壓分量urd1和q1軸的電壓分量urq1，再由式(4)：

urn1＝urd1cosωst-urq1sinωst(4)

得到控制有源濾波部分的直流側(cè)電壓的控制量urn1；

(12)把圖3中的與和與相減后的差值通過pi調(diào)節(jié)器，分別獲得控制特定次諧波(5次諧波)的在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d5軸的電壓分量urd5和q5軸的電壓分量urq5，再由式(5)：

urn5＝urd5cos5ωst-urq5sin5ωst(5)

得到控制特定次諧波(5次諧波)的控制量urn5；

(13)將控制5次諧波電流的電壓控制量urn5和控制有源濾波部分的直流側(cè)電壓的控制量urn1進(jìn)行疊加，得到圖1中逆變器交流側(cè)輸出的總控制電壓urn。

上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。