[發(fā)明專利]無變壓器型混合電力濾波器及設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410394449.0
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104158513B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳崗;劉泉;何雄
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00;H02J3/01
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務(wù)所(普通合伙)43001
• 代理人: 周詠,米中業(yè)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無變壓器型混合電力濾波器及設(shè)計方法。

背景技術(shù)

高壓無源濾波器通過耦合變壓器串聯(lián)低壓有源濾波器是組成混合有源濾波器的常見結(jié)構(gòu)之一，然而，由于耦合變壓器的存在，會造成系統(tǒng)濾波特性降低的問題；而去掉耦合變壓器，又會帶來系統(tǒng)中的高、低壓模塊間電壓匹配不均衡、有源輸出開關(guān)諧波電壓沒有被隔離等影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種確保濾波特性以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的無變壓器型混合電力濾波器及設(shè)計方法。

本發(fā)明提供的這種無變壓器型混合電力濾波器，包括電網(wǎng)側(cè)電壓源、系統(tǒng)阻抗、逆變器側(cè)直流電流源、有源電壓源、無源濾波支路、無源串聯(lián)基波諧振支路和輸出濾波器，無源濾波支路和無源串聯(lián)基波諧振支路均采用LC濾波器，輸出濾波器采用帶阻尼諧振的LCL濾波電路；電網(wǎng)側(cè)電壓源的一端通過系統(tǒng)阻抗再經(jīng)由彼此串聯(lián)相接的無源濾波支路和無源串聯(lián)基波諧振支路與該電壓源的另一端連接；該電壓源的一端還通過系統(tǒng)阻抗并經(jīng)由逆變器側(cè)直流電流源后與該電壓源的另一端連接；在無源濾波支路和無源串聯(lián)基波諧振支路的相接點接入輸出濾波器；輸出濾波器接于有源電壓源兩端。

所述輸出濾波器包括LCL濾波器、RC阻尼支路和單電容支路，輸出濾波器中的LCL濾波器包括電網(wǎng)側(cè)電感、并聯(lián)電容支路和逆變器側(cè)電感，并聯(lián)電容支路包括串聯(lián)相接的并聯(lián)電容和電感；RC阻尼支路與輸出濾波器中的LCL濾波器中并聯(lián)電容支路并聯(lián)相接，單電容支路也與輸出濾波器中的LCL濾波器中并聯(lián)電容支路并聯(lián)相接。

所述兩LC濾波器的串聯(lián)相接點是接入有源濾波支路的連接點，且該點的基波電壓是電網(wǎng)基波電壓的1/10。

(1)所述逆變器側(cè)電感L₁滿足下式：

其中，I_refm是輸出峰值電流，U_dc是直流電壓，T_s是開關(guān)周期，Δi_ref是一個控制周期的參考電流變化量，取值為有源輸出電流有效值的1/5；

(2)首先逆變器側(cè)電感L₁與電網(wǎng)側(cè)電感L₂二者上的總壓降不能高于電網(wǎng)電壓的10％；同時為了保證APF的低頻控制性能和高頻濾波性能，所述輸出濾波器的諧振頻率f_res滿足10f₁<f_res<0.5f_s；f₁是基波頻率，f_s是單倍開關(guān)頻率；故該諧振頻率f_res的表達式為

所述并聯(lián)總電容的無功容量小于該混合電力濾波器無功容量的5％，結(jié)合公式和公式X_C＝1/C，獲取單相的并聯(lián)總電容C_all為：

其中，Q_C是三相中各所述并聯(lián)總電容的無功容量，V_s是IGBT開關(guān)電壓，w_s是諧振點的頻率；

(3)單電容支路中的電容C_h、RC阻尼支路中的電容C_d、輸出濾波器的并聯(lián)電容C_e滿足關(guān)系：單電容支路中的電容C_h和RC阻尼支路中的電容C_d兩個電容的和與輸出濾波器的并聯(lián)電容C_e相等，

則有RC阻尼支路中的電容C_d滿足C_d＝0.5C_all，且C_h+C_e＝0.5C_all，又由此獲取所述RC阻尼支路中的電容C_d、輸出濾波器中與并聯(lián)電容串聯(lián)的電感L_e、輸出濾波器的并聯(lián)電容C_e和單電容支路中的電容C_h；

再將獲得的單相所述輸出濾波器的并聯(lián)總電容C_all以及步驟1中獲取的逆變器側(cè)電感L₁按照f_res公式獲取電網(wǎng)側(cè)電感L₂；

(4)RC阻尼支路中的電阻R_d用于抑制所述LCL濾波器在諧振頻率點的高幅值諧振峰，取R_d≤5歐姆。

一種適用于這種無變壓器型混合電力濾波器的設(shè)計方法，該方法包括如下步驟：