[發明專利]基于光纖串行控制的角型鏈式有源電力濾波器及控制方法

有效

• 申請號: 202010191302.7
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111293695B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張金斗;遲恩先;王德濤;申志廣;曹里程;鞠洪兵;董寶金;楊軍;陳杰;劉建業
• 申請（專利權）人: 山東華天電氣有限公司;山東華天科技集團股份有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18;H02J3/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種基于光纖串行控制的角型鏈式有源電力濾波器及控制方法，涉及有源電力濾波器技術領域。主控制器與各個功率單元控制器依次光纖串行連接；所述主控制器根據得到的各相負載電流或者源電流進行電流變換得到各鏈節指令電流，進行電流閉環控制，并根據系統狀態實現無功、諧波和三相不平衡的協調控制；根據各單元控制器采樣得到的各功率單元電壓信號，進行各相直流母線電壓的閉環控制和各功率單元電壓的均衡控制；所述單元控制器根據接收到的指令電流生成晶體管的控制指令，進而控制單元控制器所在的功率單元生成需要的輸出電流，進而實現了無功功率、諧波電流以及三相不平衡補償的功能。

技術領域

本公開涉及有源電力濾波器技術領域，特別涉及一種基于光纖串行控制的角型鏈式有源電力濾波器及控制方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

隨著大功率高電壓電力電子設備的應用，造成電力系統中諧波含量、無功功率大幅度增加，大大增加了電力系統的負擔，也增加了企業的用電費用。除此之外電力系統中的大量諧波會造成繼電保護誤動作，電力系統諧振以及通信干擾，大大影響了電力系統的可靠性。為了響應國家節能環保的號召以及提高系統可靠性。有源電力濾波器(Active PowerFilter，簡稱APF)以其快速的響應速度、精確的補償、占地面積小等優點已成為電網濾波的主流產品。其中在高壓電力系統濾波領域鏈式有源電力濾波器相比于其他產品具有諧波含量低、維護方便、成本低等優點。

鏈式有源電力濾波器主要采用H橋電路串聯的方式，市面上相關產品的控制方式均采用光纖并行通信控制技術，由主控制器下發控制指令，并采用分控制器下發到所有到各個功率單元。分控制器與單元模塊采用光纖通信，并行通信光纖數量眾多為單元個數的2倍、4倍甚至8倍，在更高電壓等級(35kv以上)成本高、無法進行拓展且光纖長度不一，對現場維護影響很大。此外并行通信設備由于各模塊之間電壓差受系統電壓影響，光纖上可能會感應出高壓，有可能造成觸電的危險，此外電磁干擾也相對較大。

傳統的高壓鏈式有源電力濾波器產品主要以星型(Y接)有源電力濾波器為主，原因在于角型的控制系統相比于星型控制系統更為復雜；彼時大功率三相不平衡負載較少；電弧爐等快速變換的負載應用范圍較少。而隨著三相不平衡負載的大量出現，星型有源電力濾波器系統并不能很好的適應市場，在補償三相不平衡的場合應用上，設備容量需大于單相最大不平衡容量，大大增加了設備成本，經濟性大大下降。

本公開發明人發現，傳統的電流控制策略有滯環比較控制策略、兩相坐標系控制策略與模塊循環導通PWM控制策略。滯環比較控制策略精度低、響應慢、開關頻率不穩定；傳統有源電力濾波器控制系統的兩相坐標系的控制策略不利于三相不平衡的系統，對中間相的補償效果差，在發生掉相或缺相時，對系統的穩定性也有不利的影響。模塊循環導通PWM控制策略采用循環控制，利用電壓閉環不斷調整開通關斷的模塊，實現模塊循環控制，進而實現設備長時間單模塊等效平均電壓相等，但是該方法在單個控制周期內電壓平均效果不明顯，各模塊之間電壓差明顯。其輸出波形差，諧波含量高，響應速度慢，應對復雜工況適應性差?，F場需求容量大，設備成本大幅度提高且并不能很好的適應現場三相不平衡和突變型負載的工況。此外現有控制算法在補償控制策略中一般將無功功率、諧波、三相不平衡進行分別控制，無法實現無功、諧波、三相不平衡的優化控制。

綜上所述，現有的鏈式有源電力濾波器的結構存在一定的使用限制，在更高電壓等級的應用上受到制約與限制，系統的穩定性略有欠缺，在控制策略上仍需優化。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種基于光纖串行控制的角型鏈式有源電力濾波器及控制方法，提高了電力系統的安全性與抗干擾能力，采用底層模塊載波移相和優化控制策略保證了系統濾波效果和穩定性，采用優化控制算法，保證系統運行對無功、諧波和三相不平衡的補償優化。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種基于光纖串行控制的角型鏈式有源電力濾波器。