[實用新型]一種基于LCL濾波的多重化有源電力濾波器

有效

• 申請號: 201420104364.X
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN203774790U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 丁祖軍;劉保連;張宇林
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張慧清

技術領域

本實用新型涉及電力系統諧波抑制技術領域，尤其涉及了一種基于LCL濾波的多重化有源電力濾波器。

背景技術

近年來，隨著電力電子技術的飛速發展，特別是功率半導體器件和電力電子變流技術的發展，使得各種電力電子裝置產品層出不窮，在各行各業得到了廣泛的應用。但是電力電子裝置都是非線性負載，在其運行中給電力系統供電質量同樣也帶來了很大的危害，如諧波、電磁輻射等，不僅對公用電網造成污染，也惡化了其它用電設備的應用環境，尤其是近年來高精尖用電設備的大力增長，電能質量惡化帶來的危害已經到了不得不解決的地步。

對于諧波抑制，目前最常用的補償裝置是無源濾波器，即LC濾波器。LC濾波器本質上是一種頻域處理方法，將非正弦周期電流分解成傅里葉級數，對某些諧波進行吸收以達到諧波抑制的目的。這種補償裝置因其結構簡單，運行維護方便，初期投入成本少，即可抑制諧波又可補償無功而一直被廣泛應用，但是LC濾波器參數的設計是針對諧波的頻率，智能濾除特定次諧波，而且易于電網阻抗發生串聯諧振，因此，其詬病也是不可忽略。

迄今為止，APF發展出來多種分類，根據與電網連接的方式一般分為串聯型APF和并聯型APF，其中以并聯型APF的研究及其應用最為廣泛。隨著負載功率的增大，相應的也需要APF的容量增大，對于大容量APF，若采用常規的主電路拓撲結構，則要求電力電子器件也需相應的容量等級。目前，電力電子器件隨著容量等級的增大而容許的器件開關頻率比較低，這會直接影響APF的補償效果。因此，在將APF應用在大功率的諧波源補償時，就面臨著器件開關頻率和功率等級之間的矛盾。

為解決大容量APF所使用的開關器件在容量和開關頻率之間的矛盾，一般有以下幾種解決方法：1）采用多電平級聯的主電路結構；2）采用多重化主電路結構；3）采用多個獨立的小容量APF并聯使用；4）采用APF和無源LC濾波器組成的混合有源濾波器。

并聯型APF交流側輸出電感式連接電網和APF的橋梁，直接影響補償電流的動態性能。若電感太大，補償電流變化慢，APF的動態性能不好；過電感太小，補償電流變化快，APF的動態性能高，但對功率器件的開關頻率要求較高，且補償電流中含有大量的高次諧波。

綜上所述，針對三相四線制系統中的諧波和三相不平衡的問題，利用APF對其進行治理和補償有著重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本實用新型的目的就在于提供一種基于LCL濾波的多重化有源電力濾波器，從而解決了大容量APF所使用的開關器件在容量和開關頻率之間的矛盾。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為：一種基于LCL濾波的多重化有源電力濾波器，應用于三相電網，包括二重化的三相四橋臂變流器、三相LCL輸出濾波器和并聯電容，所述三相LCL輸出濾波器的輸出端與三相電網相連，三相LCL輸出濾波器的輸入端與三相四橋臂變流器的橋臂端口連接，所述三相四橋變流器零序橋臂通過濾波電感和三相電網零線相連接，三相四橋臂變流器的各組變流器的直流母線段分別與電容器兩端連接。

作為一種優選方案，所述有源電力濾波器的綜合控制系統包括諧波電流檢測系統和補償電流跟蹤控制系統，所述諧波電流檢測系統由電壓和電流傳感器組成；所述補償電流跟蹤控制系統由數字信號處理器TMS320F28335、隔離驅動、開關電源組成。所述諧波電流檢測系統算法采用基于改進瞬時無功率理論i_p-i_q算法的特定次諧波電流檢測算法，所述補償電流跟蹤控制系統算法采用基于電壓環和電流環的雙閉環控制算法和載波移相PWM調制方法。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果：

1、主電路采用二重化變流器，系統等效開關頻率為功率器件開關頻率的二倍；

2、采用LCL輸出濾波器，不僅能有效地濾除變流器的高頻開關紋波，而且相比較于傳統的L型濾波器大大減少了電感量，提高了系統的動態?，節約了投入成本；

3、諧波檢測采用特定次諧波電流檢測算法，能分別檢測出三相四線制系統中的指定次不對稱諧波電流的正、負、零序分量，提高了諧波電流檢車的準確性和靈活性；

4、補償電流跟蹤控制電路采用瞬時電流負反饋修正的雙閉環控制策略，不僅提高了補償電流跟蹤控制的實時性和快速性，而且解決了多重化變流器直接的環流抑制問題。

附圖說明

圖1為三相四線制并聯型多重化APF及三相四橋臂變流器拓撲結構；

圖2為APF數學模型結構圖；

圖3為三角載波移相PWM調制框圖；