[發明專利]智能電網中的混合型有源電力動態濾波器的控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201110280010.1
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102324745A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 鄭德化;孫雁卿;李彥昌;李剛菊;王世杰;楊文元;范莉平;劉麗娟;趙永強;謝蘭;張曉巍;朱蓬帥;郝建紅;韓亞楠;高晉萍
• 申請（專利權）人: 山西合創電力科技有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

技術領域

本發明涉及一種智能電網中的混合型有源電力動態濾波器的控制方法及裝置，它屬于一種在以新能源微型電網為主要的智能電網中使用的混合型有源電力動態濾波器的控制方法及裝置。

背景技術

在世界電力系統范圍內，以新能源為主體的微型電網在智能電網中所占的位置日趨重要。而新能源中的風能、太陽能，生物質能等主要能源所呈現出的隨機性、分散性、不穩定性造成微型電網與主體電網連接時出現眾多亟待解決的問題，嚴重諧波的出現及治理即為較多突出的問題之一。有源電力濾波器(Active?Power?Filter，簡稱APF)已被廣泛應用于抑制電網諧波和補償無功電流進而改進功率因數及電能質量，但在微型電網與主體電網連接處電壓等級可高達35KV及以上，單純的APF因為基本由絕緣柵雙極三極管(IGBT)等電力電子元件組成，為達到其耐壓耐流的要求，需要許多IGBT的串并聯組合致使APF的IGBT的開關拓撲結構復雜而造成控制系統更為復雜。

發明內容

本發明的目的是解決現有APF存在著較難工作在35KV及以上電壓電網中的技術難點，提供一種能在35KV及以上電壓電網中工作的智能電網中的混合型有源電力動態濾波器的控制方法及裝置。

本發明為解決上述技術問題而采用的技術方案是：智能電網中的混合型有源電力動態濾波器(Hybrid?Active?Power?Dynamic?Filter，簡稱HAPDF)的控制方法，其將電感電容(LC)無源濾波器與有源電力濾波器(APF)串聯連接起來，使用電感電容(LC)無源濾波器將電力系統中的5次和7次諧波濾掉，同時，使用有源電力濾波器(APF)將剩余的大于11次奇次諧波的高次諧波濾掉，瞬時抑制諧波并進行瞬時的無功補償，使系統電流電壓運行在超前、滯后及功率因數為1。

一種實現上述智能電網中的混合型有源電力動態濾波器的控制方法的裝置，其包括電流電壓實時采樣電路1、系統電流電壓同步檢測電路2、與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器電路3、功率因數調整及瞬時無功補償數據信號處理器(DSP)控制電路4、C點與S點基波電壓比值系數β(t)值計算電路5、電流電壓比較電路6、C點電流電壓實時檢測及瞬時波形識別電路7、絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路8、5次諧波無源濾波器電路9、7次諧波無源濾波器電路10、絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11、脈寬調制(PWM)驅動電路12、絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路13、輸反相多次諧波總電流總電壓值電路14、總諧波電流和總諧波電壓計算電路15、諧波治理數據信號處理器(DSP)控制電路16、動態檢測非線性負荷總電流總電壓電路17、實時動態采集計算電流電壓信息電路18和實時計算電流電壓總諧波畸變率電路19；電流電壓實時采樣電路1與系統t時刻等效戴維南阻抗Zs(t)、系統出口電壓S點、系統電流電壓同步檢測電路2和功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4連接，將實時采樣的本裝置與系統連接點t時刻的總電流值i_sT(t)及總電壓值V_sT(t)信息傳送入系統電流電壓同步檢測電路2和功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4中；系統電流電壓同步檢測電路2與電流電壓實時采樣電路1和與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器電路3連接，實時檢測系統電流電壓值，使與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器發出與系統實時一致的同步參考電流電壓信號；與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器電路3與系統電流電壓同步檢測電路2、電流電壓比較電路6和C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7連接，其產生與系統同步且無諧波t時刻的基波正弦參考電流i_ref(t)、無諧波t時刻的基波正弦參考電壓V_ref(t)，并將基波正弦參考電流i_ref(t)、基波正弦參考電壓V_ref(t)數據傳送到電流電壓比較電路6和C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7中；功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4與電流電壓實時采樣電路1、C點與S點基波電壓比值系數β(t)值計算電路5、C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7、絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路8、PWM驅動電路12、諧波治理DSP控制電路16和電流電壓比較電路6連接，其用快速傅里葉變換(FFT)計算t時刻C點基波電流i_c1(t)，t時刻C點基波電壓V_c1(t)，t時刻從S點流入系統基波電流i_s1(t)，S點基波電壓V_s1(t)，t時刻經過無源濾波器濾波后在有源濾波器分支的第h次諧波電流分量i_h(t)，t時刻經過無源濾波器濾波后有源濾波器在C點所承受的由諧波電流源i_Lh(t)產生的第h次諧波電壓V_ch(t)，濾掉5次和7次諧波以后的總諧波電流i_hT(t)，濾掉5次和7次諧波以后的總諧波電壓V_hT(t)，并通過對PWM驅動電路的控制瞬時調整無功功率及功率因數；C點與S點基波電壓比值系數β(t)值計算電路5與功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4連接，其計算β(t)值并將數值傳送給功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4；電流電壓比較電路6與功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4、與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器電路3和諧波治理DSP控制電路16連接，其將功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4在t時刻輸出的電流值i_s1(t)、電壓值V_s1(t)，與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器電路3產生無諧波的基波正弦電流參考值i_ref(t)，無諧波的基波正弦電壓參考值V_ref(t)進行比較，將比較得出的電流增量Δi_s1(t)和電壓增量ΔV_s1(t)作為控制量送入諧波治理DSP控制電路16中；C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7與功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4、5次諧波無源濾波器電路9、7次諧波無源濾波器電路10和絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11和與系統同步且功率因數為1的正弦電流電壓發生器電路3連接，其實時檢測C點電流電壓，以達到對C點及S點的電流電壓比較，從而找出基波與各諧波的關系；絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路8與功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4和絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11連接，其將絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關運行狀態信息實時傳送給功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4，以實現功率因數調整、瞬時無功補償及快速傅里葉變換計算；5次諧波無源濾波器電路9是由電感電容LC組成的無源諧波濾波器，該電路與系統出口電壓S點和C點連接，并通過S點和C點與7次諧波無源濾波器電路10并聯連接，并在C點與C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7和絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11連接，其將濾掉5次諧波后的帶有諧波分量的電流電壓總量值傳送給C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7和絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11；7次諧波無源濾波器電路10是由電感電容LC組成的無源諧波濾波器，該電路與系統出口電壓S點和C點連接、并通過S點和C點與5次諧波無源濾波器電路9并聯連接，并在C點與C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7和絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11連接，其將濾掉7次諧波后的帶有諧波分量的電流電壓總量值傳送給C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7和絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11；絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11在C點與5次諧波無源濾波器電路9和7次諧波無源濾波器電路10連接，并在C點與C點電流電壓實時檢測瞬時波形識別電路7連接，同時與絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路8、輸反相多次諧波總電流總電壓值電路14、絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路13和PWM驅動電路12連接，其用有源濾波器(APF)將剩余的11次及以上奇次諧波的高次諧波濾掉；PWM驅動電路12與絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11、功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4和諧波治理DSP控制電路16連接，其實時接收功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4和諧波治理DSP控制電路16的操作信息，發出準確的觸發脈沖去操作絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11中的絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關以達到功率因數調整、瞬時無功補償及諧波治理；絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關信息檢測電路13與絕緣柵雙極三極管(IGBT)開關有源濾波電路11和諧波治理DSP控制電路16連接，其將IGBT開關運行狀態信息實時傳送給諧波治理DSP控制電路16，實時準確的通過PWM驅動電路12控制IGBT開關有源濾波電路11中的IGBT開關以實現諧波計算和諧波控制；輸反相多次諧波總電流總電壓值電路14與系統出口電壓S點和IGBT開關有源濾波電路11連接，其輸反相多次諧波總電流值i_h--T(t)，輸反相多次諧波總電壓值V_h--T(t)，去抵消非線性負荷產生的除基波外的總諧波電流、總諧波電壓；總諧波電流和總諧波電壓計算電路15與諧波治理DSP控制電路16連接，其計算除基波外的總諧波電流i_h--T(t)和總諧波電壓V_h--T(t)并將信息反饋給諧波治理DSP控制電路16；諧波治理DSP控制電路16與總諧波電流和總諧波電壓計算電路15、IGBT開關信息檢測電路13、PWM驅動電路12、功率因數調整及瞬時無功補償DSP控制電路4、電流電壓比較電路6、動態檢測非線性負荷總電流總電壓電路17、實時動態采集計算電流電壓信息電路18和實時計算電流電壓總諧波畸變率電路19連接，其用變量i_h--T(t)、V_h--T(t)、Δi_c1(t)、ΔV_c1(t)、Δi_s1(t)和ΔV_s1(t)為控制變量去驅動PWM電路，并控制IGBT開關，進行諧波控制并計算電流總諧波畸變率THD?i(t)和電壓總諧波畸變率THD?V(t)；動態檢測非線性負荷總電流總電壓電路17與系統出口電壓S點和諧波治理DSP控制電路16連接，其動態檢測非線性負荷電流源t時刻包括基波及所有諧波的總電流i_T(t)，t時刻非線性負荷電流源產生的包括基波及所有諧波的總電壓V_sT(t)，i_T(t)與V_sT(t)被實時送入諧波治理DSP控制電路16中；實時動態采集計算電流電壓信息電路18與諧波治理DSP控制電路16連接，其實時動態采集計算電流電壓信息流，并將信息流傳輸到智能電網的任意需求點并與本控制裝置互動；實時計算電流電壓總諧波畸變率電路19與諧波治理DSP控制電路16連接，其實時計算電流總諧波畸變率THD?i(t)，電壓總諧波畸變率THD?V(t)。