[發明專利]一種鏈式有源電力濾波器的差異化控制方法

有效

• 申請號: 201410048458.4
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103762596A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 苑雪飛
• 申請（專利權）人: 陳峻嶺
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電力系統無功補償和諧波治理技術領域，涉及一種鏈式有源電力濾波器的差異化控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，各種非線性電力電子裝置在電力系統、工業、交通、樓宇自動化及家庭中獲得了廣泛的應用，并且其裝置容量不斷增大和控制方式多樣化等，使得電網中電壓和電流波形畸變越來越嚴重，電網中的諧波污染狀況日益嚴重。有源電力濾波器(active?power?filter，APF)成為目前研究和應用的熱點。與傳統無源電力濾波器相比，APF具有以下優點和特點：

1.具有多種補償功能，不僅能夠補償各次諧波，還可以動態補償無功功率和不平衡電流等；

2.濾波性能不受電網阻抗的影響，不會與電網阻抗發生串并聯諧振；

3.諧波補償特性不受電網頻率變化的影響；

4.實現了諧波動態抑制，能夠快速響應諧波的頻率和大小發生的變化；

5.具有良好的性價比，一臺APF可以完成多次諧波治理；

6.可以對一個諧波源單獨治理，也可以同時對多個諧波源進行集中治理。

正因為APF具有很多優點和特點，越來越被用戶接受和采用。1996年，F.Z.Peng和J.S.Lai等人在“A?Multilevel?voltage-source?inverter?with?separate?DC?source?for?Static?Var?Generation(IEEE?Transactions?on?Industry?Applications，1996，32(5)：1130-1138)”文中提出了鏈式多電平逆變器的拓補結構，將這種拓撲結構應用于APF中，構成鏈式有源電力濾波器可以顯著提高APF裝置的容量和耐壓等級，具有廣闊的應用前景。對于鏈式APF，要實現諧波治理功能，對開關器件的開關頻率要求很高，如果提高所有器件的開關頻率，極大地增加了系統的開關損耗，加重了冷卻設備的負擔，加大了系統的成本；同時鏈式APF中直流電容電壓不均衡將威脅裝置的安全運行。開關損耗和直流電容電壓均衡控制是制約鏈式APF應用的瓶頸。

中國專利ZL200610113547.8和中國專利201110149521.X提供了鏈式APF直流電容電壓均衡方法，為每個鏈節單元設置專門的直流電容電壓控制算法，均壓效果受控制參數影響大，均壓過程容易出現超調和振蕩。中國專利201010257367.3和中國專利200910238798.2提供了利用額外電路來實現鏈式APF的直流電容電壓均衡，增加了系統成本和體積，同時也增加了控制復雜性。這些專利中沒有涉及到開關器件采用不同開關頻率。中國專利200810226449.4提出了一種差異化配置的電壓質量綜合調節裝置，其主電路結構采用差異化配置的拓撲結構，需要對主電路中高頻模塊和低頻模塊進行分別設計。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種鏈式有源電力濾波器的差異化控制方法，可顯著降低系統的開關損耗，保證各鏈節單元直流電容電壓均衡，同時不影響系統的補償效果。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種鏈式有源電力濾波器的差異化控制方法，將鏈式多電平逆變器級聯的鏈節單元按照開關頻率分為低頻模塊和高頻模塊；在每個控制周期內，控制器都會計算出鏈式多電平逆變器需要輸出的電壓；將鏈式多電平逆變器需要輸出的基波電壓作為低頻模塊的輸出目標，控制器為低頻模塊生成相應脈沖組合；將鏈式多電平逆變器需要輸出不包含低頻模塊輸出基波電壓的電壓作為高頻模塊的輸出目標，控制器為高頻模塊生成相應脈沖組合。

進一步地，按照周期循環方式，從鏈式多電平逆變器級聯的鏈節單元中選取沒有被選為高頻模塊時間較久的鏈節單元作為高頻模塊的鏈節單元，其余鏈節單元作為低頻模塊的鏈節單元。

進一步地，在控制周期內找出鏈式多電平逆變器中直流電容電壓最高和直流電容電壓最低的鏈節單元以及當前脈沖組合對鏈節單元直流電容放電最多和充電最多的鏈節單元，將直流電容電壓最高的鏈節單元脈沖和對直流電容放電最多的鏈節單元脈沖對調，將直流電容電壓最低的鏈節單元脈沖和對直流電容充電最多的鏈節單元脈沖對調，最后將調整后的脈沖組合送給各個級聯鏈節單元，去驅動相應的開關器件。

本發明的有益效果是：

1)采用低頻模塊輸出鏈式多電平逆變器需要輸出的基波電壓；采用高頻模塊輸出不包含低頻模塊輸出基波電壓的電壓；低頻模塊和高頻模塊共同輸出鏈式多電平逆變器需要輸出的控制電壓。因此該方法不影響系統的補償效果。