[發明專利]一種基于LCL濾波的三相有源電力濾波器及其控制方法

有效

• 申請號: 201811216125.2
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109066684B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉震;潘楠;王大志;張春艷
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明屬于三相有源電力濾波器技術領域，尤其涉及一種基于LCL濾波的三相有源電力濾波器及其控制方法。基于LCL濾波的三相有源電力濾波器包括三相逆變器、輸出濾波器以及控制系統；所述三相逆變器為電壓型逆變器，儲能原件為直流電容；所述輸出濾波器為三階濾波器，包含逆變器側濾波電感，濾波電容，電網側濾波電感；所述控制系統為電網電流檢測、逆變器側電流反饋的電流雙閉環控制。本發明通過電網電流閉環控制方式直接對電網電流諧波分量進行控制，避免了傳統的負載電流檢測方法存在的檢測延遲和賦值相位偏移；通過逆變器側電流反饋引入虛擬阻尼抑制LCL濾波器的諧振尖峰。

技術領域

本發明屬于三相有源電力濾波器技術領域，尤其涉及一種基于LCL濾波的三相有源電力濾波器及其控制方法。

背景技術

隨著電力電子變流裝置的廣泛應用，電能得到了更加充分的利用，但大量非線性負載裝置在電網中的廣泛使用，使得電網中的諧波污染問題日益嚴峻，諧波治理受到人們越來越多的重視。有源電力濾波器(Act ive Power Fi lter，APF)與傳統的由電感、電容以及電阻組成的無源電力濾波器相比，具有濾波特性好、可控性高、響應速度快、應用靈活等特點。隨著半導體器件成本的降低，APF逐漸成為國內外供電系統諧波抑制的研究熱點和發展方向。

APF常用的電流控制方法主要有滯環電流控制、重復控制和PI控制。滯環電流控制具有實現簡單、魯棒性好的優點，但不能實現無靜差控制，而且開關頻率不確定，給輸出濾波器的設計帶來困難；重復控制能夠對復雜周期信號實現零穩態誤差跟蹤，但其動態性能較差，不能對擾動進行實時反應，通常會產生一個參考周期的延遲。PI控制是最為經典、應用最為廣泛的控制方法。其結構簡單，易于設計，可以實現無靜差跟蹤，但由于APF指令信號中含有多個頻率正弦信號，而PI控制方法對較高頻率的周期指令信號的控制效果并不理想，難以實現零穩態誤差跟蹤。此外，廣義積分控制、滑模控制以及多種控制方法的復合控制越來越受到學者的廣泛關注。

隨著半導體技術的不斷發展，其容量不斷提高，價格逐步降低，使得APF逐漸朝著大容量、高功率密度的方向發展，為了抑制APF開關頻率電流諧波，輸出濾波器的選擇尤為重要。傳統的L型濾波器濾除開關紋波效果較差，在大功率應用場合下需要較大的電感值才能滿足相應需求，這不僅使輸出的補償電流變化率下降，系統動態性能降低，而且導致整個系統體積大，成本高，功率損耗大。近年來LCL濾波器成為人們的研究熱點，其相對前者的突出優點是以較小的總電感量即可實現較理想的高頻諧波衰減以及開關紋波抑制，在大功率應用場合，成本優勢明顯，同時也提高了系統的動態性能，但需要加入阻尼控制以抑制諧振尖峰。目前有無源阻尼和有源阻尼兩種方法，無源阻尼簡單可靠，但在高壓大功率場合下損耗嚴重。有源阻尼通過控制算法來避免諧振問題，主要有前向通路附加數字濾波器的有源阻尼法、基于模型降階的有源阻尼方法、和基于狀態變量反饋的有源阻尼法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有存在的技術問題，本發明提供一種基于LCL濾波的三相有源電力濾波器及其控制方法，避免了傳統的負載電流檢測方法存在的檢測延遲和幅值相位偏移的問題。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種基于LCL濾波的三相有源電力濾波器，其包括三相逆變器、輸出濾波器以及控制系統；

所述三相逆變器為電壓型逆變器，儲能原件為直流電容；

所述輸出濾波器為三階濾波器，包含逆變器側濾波電感，濾波電容，電網側濾波電感；

所述控制系統為電網電流檢測、逆變器側電流反饋的電流雙閉環控制。

優選的，所述三相有源電力濾波器的逆變器為三相電壓型逆變器。

優選的，所述三相有源電力濾波器的輸出濾波器采用LCL型濾波器。