[發明專利]一種有源電力濾波器架構及控制方法

在審

• 申請號: 202210802685.6
• 申請日: 2022-07-07
• 公開（公告）號: CN115133545A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 黃琛;臧濤;楊斌;華成超;楊鵬
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01;G06N3/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;張宇

本發明公開了一種有源電力濾波器架構及控制方法，屬于電力系統電磁兼容技術領域，有源電力濾波器包括功率輸出模塊、加法器模塊、可變增益放大模塊、正交信號生成模塊、搜索算法模塊、諧波抑制效果量化指標計算模塊等，有源電力濾波器與電網連接的補償電流注入點后布置電流傳感器，用于有源電力濾波器開始工作前鑒別電網中的諧波頻率成分，和將補償之后的電流信號作為反饋量輸入諧波抑制效果量化指標計算模塊，該模塊的輸出作為搜索算法模塊調整控制參數的依據，本發明將諧波抑制效果量化值作為控制器的反饋輸入，使用搜索算法調整輸出電流控制參數，實現控制參數自動調整，因使用了反饋控制方法，諧波抑制效果較傳統前饋開環控制方法有較大提升。

技術領域

本發明屬于電力系統電磁兼容技術領域，更具體地，涉及一種有源電力濾波器架構及其控制方法。

背景技術

有源電力濾波器已在電力系統諧波治理領域獲得了越來越廣泛的應用。有源電力濾波器通常由布置于電網上的電流/電壓傳感器、控制器，功率輸出部分等組成，其基本原理為：電流/電壓傳感器對電網的電流或電壓進行實時監測，控制器以實時監測數據為輸入，計算諧波電流或電壓目標量，輸入到功率輸出模塊，使其輸出與干擾電流幅值相同、相位相反的補償電流，從而達到削弱諧波干擾的目的。出于提升有源電力濾波器諧波抑制效果、拓展工作頻段、提升系統對外部擾動的魯棒性等目的，有源電力濾波器的控制方法一直是該領域的關鍵技術和研究熱點。

以應用較為廣泛的三相交流電力系統使用的前饋式有源電力濾波器為例，主要基于三相電流瞬時無功功率理論，生成目標量信號驅動功率輸出模塊輸出補償信號抑制電網諧波，但前饋式控制方式本質上是開環控制系統，當控制器中信號處理過程存在較大延時或功率輸出模塊的相位特性非線性嚴重時，其諧波抑制效果將大打折扣。常用的方法是在有源電力濾波器調試階段通過實驗，反復調整控制參數，補償其諧波監測-目標量計算-功率輸出全過程的幅度、相位影響，可以一定程度提高諧波抑制效果并且防止振蕩產生，但這種方法存在參數整定困難的問題。

有源電力濾波器的基本工作原理是將監測到的電網電流中的基頻分量濾除，得到諧波分量，其控制器模塊以諧波分量作為輸入，生成目標量，再以目標量作為有源電力濾波器內部功率輸出模塊的輸入，使功率輸出模塊產生與諧波分量幅值相等，相位相反的補償電流注入電網，達到抑制諧波的目的，常見的前饋式有源電力濾波器基本工作原理框圖如圖1所示。干擾源產生干擾電流I₁，有源電力濾波器內控制器模塊對I₁的實時監測信號進行分析，并且驅動功率輸出模塊產生補償電流I₂，當I₂＝-I₁時，則電流注入點之后的支路上的干擾電流I₃＝I₁+I₂＝0。前饋式有源電力濾波器內的控制器模塊，為了調整補償電流I₂，其控制方法主要包括：

(1)使用模擬或數字濾波器對電流傳感器送來的電流時域監測信號進行處理，篩選出基頻分量以外的諧波信號；

(2)使用傅里葉變換對電流傳感器送來的電流時域監測信號進行處理，直接得到各次諧波分量的幅值。

以上兩種方法均存在適用性有限的問題。若使用模擬或數字濾波器濾除基波成分，則濾波器自身相移特性會造成計算結果與實際諧波信號相位存在偏差，因此需要對濾波器的選頻特性與相位特性進行折衷設計，難度很大；若使用傅里葉變換方法，則需要采集一定時間長度的數據再進行分析，存在實時性差的問題。