[發明專利]一種無電解電容并聯型有源電力濾波器系統及控制方法

在審

• 申請號: 202110382440.8
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113098013A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 周娟;徐高祥;王莉;原亞雷;釗翔坤;王梅鑫;李京澤
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18;H02M3/158;H02M1/088
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本發明公開了一種無電解電容并聯型有源電力濾波器系統及控制方法，屬于電力電子控制領域。該系統包括：三相電網、諧波負載、濾波電感、兩電平變換器和雙向Boost有源功率解耦電路。該系統的控制方法包括：步驟1：通過控制兩電平變換器，完成交直流側功率交換，以實現對負載諧波補償；步驟2：通過控制雙向Boost有源功率解耦電路，將有源電力濾波器直流側低頻波動功率轉移至輔助電容，從而抑制有源電力濾波器直流側電壓低頻紋波，這樣，在直流側電壓波動小的情況下就可以利用小容值的薄膜電容替代傳統電解電容，提高系統的可靠性。此外，省去有源電力濾波器直流側電壓控制環節的低通濾波器，提高系統的相應速度。

技術領域

本發明涉及電力電子控制領域，具體涉及一種無電解電容并聯型有源電力濾波器系統及控制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，配電系統中諸如整流器、逆變器、不間斷電源、電弧爐等眾多非線性負載不斷增加，電網諧波污染日益嚴重。諧波會導致變壓器過熱、保護設備故障、諧波諧振和通信網絡干擾等問題，另外隨著科技和工業的發展，電力系統中出現了例如大功率電機和變壓器之類的大容量無功設備，使得電網功率因數低下。功率因數低會導致線路損耗增加，電網效率降低，甚至引起電網崩潰等問題。并聯型有源電力濾波器(shuntactive power filter，SAPF)能有效解決電網諧波污染，提高電網功率因數，改善電網電能質量，并且在發生故障時很容易與電網斷開而不影響其他設備的運行，目前被廣泛應用于電力系統中。

三相對稱電網中的負載諧波主要包括6k+1(k＝1,2,…(自然數))次正序諧波和6k+5(k＝0,1,…(自然數))次負序諧波，SAPF在對這些諧波進行補償時會導致其直流側電壓存在6k(k＝1,2,…(自然數))次波動。直流側電壓波動幅值大小極大影響了SAPF輸出電流的質量，為了抑制直流側電壓波動，傳統的做法是在SAPF直流側并聯一個大容值的電解電容來減緩波動，但是電解電容存在電解液易揮發，壽命短的缺陷，尤其是在波動電壓較大的時候，波動電流對電解電容進行反復的充放電，加速電容的老化，需要頻繁更換電解電容，影響裝置的可靠性，同時，大容值的電解電容極大影響直流側電壓的響應速度。此外，為了避免直流側波動電壓對SAPF輸出電流造成影響，需要加入一個截止頻率很低的低通濾波器，這又進一步降低了系統的響應速度。

目前，一部分學者通過引入諧振控制器對SAPF直流側電壓進行波動抑制，但是效果甚微，同時還會對SAPF輸出電流產生一定的影響。本發明從拓撲結構的角度出發，基于有源功率解耦技術，將SAPF直流側波動功率轉移至輔助電容，從而實現SAPF直流側電壓的波動抑制，SAPF直流側電壓最終只含直流成分和高次諧波成分，這樣可以用一個小容值的薄膜電容替代傳統的大容值電解電容，增加裝置的可靠性；同時在直流側電壓控制環節消除低通濾波器，加快系統的響應速度。

發明內容

本發明的目的就是為了克服現有技術存在的不足，基于有源功率解耦技術，提出一種無電解電容并聯型有源電力濾波器系統及控制方法。具體技術實施方案如下：

一種無電解電容并聯型有源電力濾波器系統及控制方法，該系統具體包括：

三相電網、諧波負載、濾波電感、兩電平變換器和雙向Boost有源功率解耦電路；所述兩電平變換器直流側采用的是薄膜電容C_d；所述雙向Boost有源功率解耦電路具體包括：兩個全控型開關管T1和T2、一個解耦電感L_r及一個薄膜電容C_r；所述T1和T2串聯，T2的另一端接在直流母線負極上，T1另一端通過輔助電容C_r接在直流母線負極上，解耦電感L_r的一端接在T1和T2的中點，另外一端接在直流母線正極上構成雙向Boost電路。

進一步的，一種無電解電容并聯型有源電力濾波器系統及控制方法，其特征在于，該系統的控制方法包括以下步驟：

步驟1：通過控制兩電平變換器，完成交直流側功率交換，以實現對負載諧波補償；