[发明专利]有源电力滤波器的保护方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种有源电力滤波器的保护方法。

背景技术

电力电子技术的日益发展成熟和电力自动化设备的广泛应用在推进工业生产力发展和电气自动化水平提高的同时，也引起了严重的电网谐波污染问题，有源电力滤波器(APF)应运而生。

有源电力滤波器(APF)通过包括主电路(变流器)、驱动电路和控制系统。其补偿过程为先通过电压互感器(PT)、电流互感器(CT)获取系统电压和非线性负载的电流信号，控制系统对获取的电压和电流信号进行处理，计算出需要补偿的各次谐波对应的指令电流，再根据该指令电流，生成用于驱动变流器的驱动脉冲，实时快速的控制主电路中开关器件(功率器件)的通断，输出实际需要补偿电流，该补偿电流与负载电流中需要补偿的各次谐波进行抵消，最终得到期望的正弦化的电网电流，从而改善了电网的电能质量。

作为一个电网谐波和无功的动态补偿装置，APF不仅需要有良好的稳态补偿性能和动态响应速度，最主要的是要保证能稳定可靠的运行。APF稳定运行的前提是其补偿容量不能超过自身的额定容量，因为其变流器中功率单元对瞬时过流和过压非常敏感，短时的过流和过压也可能会导致开关管的损坏，所以要尽量避免APF的过容运行。

正常情况下，可能造成APF过容运行的情况有两种：(1)接入公用电网的非线性负载突增；(2)接入公用电网的负载发生短路或断路等故障，造成系统不对称分量突增。这两种情况如果造成APF过容运行，其根本原因是负载电流谐波分量的突增导致指令电流的突增。所以要限制APF的过容运行，最关键的是要限制指令电流在自身补偿容量范围之内。

杨振宇等人在题为并联型有源电力滤波器限流补偿策略研究(电力自动化设备.2006,26(3):21-25)一文中提出一种软件限流控制策略，只对参考电流进行处理，控制实现简单，并取得了较好的限流效果。但它存在一个最关键的问题尚未解决：指令电流最大绝对值i_refmax和系统最大允许补偿电流值i_max的定义。传统的截断限流和比例限流策略对于指令电流最大绝对值i_refmax的定义就是指令电流峰值的绝对值，而系统最大允许补偿电流值i_max则根据系统容量被定义为一个固定的值。

实际上，对于一个能够补偿0～2.5kHz以内任意次谐波的APF系统来说，指令电流最大绝对值i_refmax绝不能简单的定义为指令电流峰值的绝对值。除了要考虑补偿全频段谐波时指令电流的有效值达到系统额定容量时的峰值，还要考虑补偿低次或单次谐波时指令电流的有效值达到系统额定容量时的峰值。通常APF的额定容量是以每相能够补偿的额定谐波电流有效值来定义的。结合实际情况，当APF需要补偿全频段谐波时，若系统的补偿电流有效值达到额定值，此时指令电流的峰值往往要比APF系统只补偿低次或单次谐波而补偿电流有效值达到额定值时的指令电流峰值高得多。所以，若简单的将指令电流最大值i_refmax定义为峰值，那么可能出现下面两种情况：

(1)若按APF补偿全频段谐波时有效值达到额定值时指令电流的峰值定义为系统最大允许补偿电流峰值i_peak，那么当APF补偿低次或单次谐波时，即使补偿电流的有效值超过了额定值，由于此时指令电流的峰值未达到系统设定的最大允许补偿电流峰值i_peak，指令电流会继续增大，直到峰值达到设定的i_peak，而此时指令电流的有效值已远远超过额定有效值，从而造成APF过流。

(2)若按APF补偿低次或单次谐波时有效值达到额定值时指令电流的峰值定义为系统最大允许补偿电流峰值i_peak(即最大允许电流)，那么当APF补偿全频段谐波时，由于当指令电流的峰值达到设定的i_peak时，指令电流的有效值还远远未达到系统额定值，从而造成APF利用率不高。

同时，获得用于比例限流环节的指令电流有效值及实现APF的选择性谐波补偿需要采用一种有效的谐波检测方法。张树全等人在题为多同步旋转坐标系下指定次谐波电流控制(中国电机工程学报.2010(03):55-62)提出一种基于同步旋转坐标变换的选择性谐波电流检测算法，但是该方法需要经过多次旋转坐标变换，计算量大，并且需要设计一个低通或带通滤波器，谐波分量的检测精度取决于滤波器的设计，滤波器的参数设计不当会直接影响检测精度。