本實(shí)用新型屬于電力濾波設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，特別涉及一種有源濾波器。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種非線性裝置應(yīng)用日益廣泛，但其產(chǎn)生的諧波、無功功率對(duì)電網(wǎng)造成了很大危害。有源濾波器(Active Power Filter，簡(jiǎn)稱APF)作為一種新型的諧波、無功綜合補(bǔ)償裝置，受到越來越廣泛的關(guān)注。通常，對(duì)有源濾波器補(bǔ)償電流的檢測(cè)采用基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的諧波和無功檢測(cè)，但當(dāng)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱和出現(xiàn)畸變時(shí)，此種檢測(cè)不能對(duì)基波正序有功和無功電流進(jìn)行準(zhǔn)確分離，造成補(bǔ)償電流檢測(cè)的較大誤差，威脅到有源濾波器的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種有源濾波器，以解決當(dāng)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱和出現(xiàn)畸變時(shí)，準(zhǔn)確分離基波正序有功和無功電流的問題，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償后的電流中只含有基波正序有功電流。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型所述有源濾波器包括主電路，且主電路是H橋級(jí)聯(lián)的三相星形連接結(jié)構(gòu)，還包括：

電壓相位鎖定單元，用于鎖定電網(wǎng)基波正序電壓的相位；

電流采集單元，用于采集非線性負(fù)載電流信號(hào)；

電流檢測(cè)單元，與電壓相位鎖定單元及電流采集單元連接，用于接收非線性負(fù)載電流信號(hào)，并輸出非線性負(fù)載電流的直流分量；

直流側(cè)電壓控制單元，與電流檢測(cè)單元連接，設(shè)置有PI控制器，用于輸出有源濾波器從電網(wǎng)吸收的基波正序有功電流；

諧波計(jì)算單元，與電流檢測(cè)單元及直流側(cè)電壓控制單元連接，用于對(duì)電流檢測(cè)單元及直流側(cè)電壓控制單元的輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并輸出電流信號(hào)作為有源濾波器的參考電流信號(hào)；

電流跟蹤控制單元，與諧波計(jì)算單元連接，用于控制有源濾波器的輸出電流跟蹤參考電流信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償后的電流中只含有基波正序有功電流；

驅(qū)動(dòng)單元，與電流跟蹤控制單元連接，用于驅(qū)動(dòng)主電路中的功率器件。

優(yōu)選的，電壓相位鎖定單元包括鎖相環(huán)，用于得到與電壓信號(hào)同步的信號(hào)，且在鎖相環(huán)內(nèi)部設(shè)置有低通濾波器，其中，低通濾波器用于提取電壓的直流分量。

優(yōu)選的，直流側(cè)電壓控制單元包括逆變器，在逆變器中的直流電容兩端并聯(lián)有一個(gè)由放電功率開關(guān)和放電電阻串聯(lián)組成的電路。通過控制發(fā)電功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)并聯(lián)于直流電容兩端的放電電阻值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各橋式電容電壓的均衡控制。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述有源濾波器還包括比較調(diào)節(jié)單元，與電流跟蹤控制單元和驅(qū)動(dòng)單元連接，用于接收電流跟蹤控制單元的輸出信號(hào)，比較有源濾波器的輸出電流和參考電流的偏差，并經(jīng)過PI控制器處理之后對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，并輸出信號(hào)至驅(qū)動(dòng)單元。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

一、在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱和出現(xiàn)畸變時(shí)，準(zhǔn)確分離基波正序有功電流和無功電流；

二、通過在直流電容兩端并聯(lián)放電功率開關(guān)和放電電阻，實(shí)現(xiàn)了各橋式電容電壓的均衡控制，避免了有源濾波器因電壓不平衡造成的安全隱患。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型所述有源濾波器結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2是本實(shí)用新型所述有源濾波器控制原理圖；

圖3是直流側(cè)電壓控制單元中逆變器電路圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，以便于本實(shí)用新型更加清楚和易于理解。

圖1和圖2分別是本實(shí)用新型所述有源濾波器的結(jié)構(gòu)示意框圖和控制原理圖。如圖1和圖2所示，有源濾波器包括主電路，且主電路是H橋級(jí)聯(lián)的三相星形連接結(jié)構(gòu)，還包括：

電壓相位鎖定單元1，用于鎖定電網(wǎng)基波正序電壓的相位，得到初相位θ₁；

其中，電壓相位鎖定單元1包括鎖相環(huán)PLL，用于得到與電壓信號(hào)u_a同步的信號(hào)ωt，從而可以得到sinωt和cosωt，且在鎖相環(huán)PLL內(nèi)部設(shè)置有低通濾波器，其中，低通濾波器用于提取電壓的直流分量。

當(dāng)三相電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且有畸變時(shí)，電網(wǎng)電壓基波正序分量的初相位θ₁不為零，這時(shí)電網(wǎng)電壓基波正序分量為sin(ωt+θ₁)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)基波正序電壓相位鎖定。

電流采集單元3，用于采集非線性負(fù)載電流信號(hào)i_La、i_Lb、i_Lc；

電流檢測(cè)單元4，與電壓相位鎖定單元1及電流采集單元3連接，用于接收非線性負(fù)載電流信號(hào)i_La、i_Lb、i_Lc，并輸出非線性負(fù)載電流的直流分量；

直流側(cè)電壓控制單元2，與電流檢測(cè)單元4連接，設(shè)置有PI控制器，用于輸出有源濾波器從電網(wǎng)吸收的基波正序有功電流；

諧波計(jì)算單元5，與電流檢測(cè)單元4及直流側(cè)電壓控制單元2連接，用于對(duì)電流檢測(cè)單元4及直流側(cè)電壓控制單元2的輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并輸出電流信號(hào)作為有源濾波器的參考電流信號(hào)；

電流跟蹤控制單元6，與諧波計(jì)算單元5連接，用于控制有源濾波器的輸出電流跟蹤參考電流信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償后的電流中只含有基波正序有功電流；

比較調(diào)節(jié)單元，與電流跟蹤控制單元6和驅(qū)動(dòng)單元7連接，用于接收電流跟蹤控制單元6的輸出信號(hào)，比較有源濾波器的輸出電流和參考電流的偏差，并經(jīng)過PI控制器處理之后對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，并輸出信號(hào)至驅(qū)動(dòng)單元7。

驅(qū)動(dòng)單元7，與電流跟蹤控制單元6連接，用于驅(qū)動(dòng)主電路中的功率器件。

圖3是直流側(cè)電壓控制單元中逆變器電路圖。如圖3所示，直流側(cè)電壓控制單元2包括逆變器，在逆變器中的直流電容21兩端并聯(lián)有一個(gè)由放電功率開關(guān)22和放電電阻23串聯(lián)組成的電路。通過控制發(fā)電功率開關(guān)22的導(dǎo)通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)并聯(lián)于直流電容21兩端的放電電阻23的值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各橋式電容電壓的均衡控制。

圖2中的u_a、u_b、u_c分別為a、b、c三相電網(wǎng)電壓，將a相電壓通過鎖相環(huán)PLL，可以得到與u_a同步的信號(hào)ωt，從而可以得到sinωt和cosωt，對(duì)三相電網(wǎng)電壓u_a、u_b、u_c進(jìn)行dq變換，求出u_d，u_q

在鎖相環(huán)PLL內(nèi)部設(shè)置低通濾波器,用于提取u_d，u_q的直流量和其中，對(duì)應(yīng)于基波正序有功電壓，對(duì)應(yīng)于基波正序無功電壓。由電壓基波正序分量在dq坐標(biāo)系中的數(shù)值關(guān)系，其初相位θ₁可以由下式求?。?/p>

當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)，

當(dāng)三相電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且有畸變時(shí)，不為零，則電網(wǎng)電壓基波正序分量的初相角不為零，這時(shí)電網(wǎng)電壓基波正序分量為sin(ωt+θ₁)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)基波正序電壓相位鎖定。

由電流采集單元3采集非線性負(fù)載電流信號(hào)i_La、i_Lb、i_Lc，并將信號(hào)輸送至電流檢測(cè)單元4。電流檢測(cè)單元4接收非線性負(fù)載電流信號(hào)i_La、i_Lb、i_Lc以及電壓相位鎖定單元1輸出的電網(wǎng)電壓基波正序分量sin(ωt+θ₁)，通過設(shè)置的低通濾波器之后，輸出非線性負(fù)載電流的直流分量。其中，電流采集單元3為模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的采樣電路，電流檢測(cè)單元4包括控制器，實(shí)現(xiàn)基于基波正序電壓相位鎖定的電流檢測(cè)。

首先，由電網(wǎng)基波正序電壓相位鎖定可求出其對(duì)應(yīng)的變換矩陣C₁

由C₁可求出三相負(fù)載電流的dq變換矩陣D

其中，

則三相負(fù)載電流i_La、i_Lb、i_Lc的dq變換為：

輸出三相非線性負(fù)載的直流量其對(duì)應(yīng)于負(fù)載電流基波正序有功電流，且的值設(shè)置為零。

圖2中為直流電壓的給定值，u_di為某一個(gè)H橋的直流側(cè)電容電壓。在直流側(cè)電壓控制單元2中將直流電壓的給定值與APF三相直流側(cè)電容電壓之和的平均值相減，并由PI控制器對(duì)其差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)控制，輸出有源濾波器從電網(wǎng)吸收的基波正序有功電流量Δi_d。其中，直流側(cè)電壓控制單元2包括直流電壓控制器。

在諧波計(jì)算單元5中，對(duì)電流檢測(cè)單元4輸出的三相非線性負(fù)載的直流量以及直流側(cè)電壓控制單元2輸出有源濾波器從電網(wǎng)吸收的基波正序有功電流量Δi_d進(jìn)行計(jì)算，得出有源濾波器的參考電流信號(hào)，如下：

對(duì)進(jìn)行dq反變換，dq反變換矩陣為D^-1。

的dq反變換對(duì)應(yīng)值為i_fa、i_fb和i_fc。

則APF的參考電流和為：

電流跟蹤控制單元6包括電流跟蹤控制器，使APF輸出的電流i_ca、i_cb、i_cc實(shí)時(shí)跟蹤參考電流和的信號(hào)變化，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償后的電流中只含有基波正序有功電流，準(zhǔn)確分離基波正序有功電流和無功電流。

此外，在電流跟蹤控制單元6與驅(qū)動(dòng)單元7之間設(shè)置連接有比較調(diào)節(jié)單元8，其中，驅(qū)動(dòng)單元7包括功率模塊IGBT管的驅(qū)動(dòng)板，比較調(diào)節(jié)單元8包括PI控制器，由PI控制器處理APF的輸出電流信號(hào)與參考電流之間的偏差之后，再與一個(gè)固定頻率的三角載波信號(hào)相比較。如果APF的參考電流大于APF的輸出電流信號(hào)，則誤差信號(hào)為正，經(jīng)過調(diào)制后，使實(shí)際電流增加；反之，則使實(shí)際電流減小。輸出值經(jīng)過載波移相脈寬調(diào)制得到各級(jí)聯(lián)H橋功率器件的觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)而由驅(qū)動(dòng)單元7驅(qū)動(dòng)主電路中的各個(gè)功率器件，使有源濾波器安全運(yùn)行。

以上，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。