[发明专利]一种有源谐波治理装置多机并联容量最优分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多机并联型大容量APF(有源电力滤波器)的容量最优利用方法以及限容策略，属于电力电子技术在电力系统中应用的技术领域。

背景技术

随着大量电力电子设备投入使用，电网谐波含量日益增大。受到可控硅器件技术的限制，单机APF很难实现大容量输出，目前较多采用多机并联结构。采用多机并联结构时，涉及到两方面问题：1)当谐波含量较小，低于整机补偿容量时，如何协调各单元投入运行，在保证补偿性能的基础上，实现对整机补偿容量的最充分利用；2)当谐波含量较大，高于整机补偿容量时，如何保证装置安全可靠运行，并且实现整机补偿能力的最大化利用。

针对第一个问题，目前广泛应用的多机并联方案优缺点分析如下：

1、多机分次方案：各个功率单元容量不同，高次谐波分配低容量、高开关频率运行，低次谐波分配高容量、低开关频率运行，从而减少开关损耗、提高补偿容量利用率。缺点：所有功率单元同时运行，当谐波含量较少时，整机补偿容量利用率低；发生单点故障时，整机补偿性能将会受到影响。

2、“级联式”方案：从负载侧开始，每个功率单元只补偿前级单元剩余谐波，靠近负载侧的功率单元补偿容量大，各个功率单元无关联，真正实现单元化运行和冗余，在线更换和维护简单。缺点：需要多个CT，成本高且采样电流同步性较差；离负载侧最近的APF长期满负荷连续运行，容易出现硬件老化；各个功率单元之间缺少配合。

3、IGBT+GTO方案：靠近负载侧功率单元的开关器件选择容量较大而开关频率较低的GTO，而靠近网侧功率单元的开关器件选择容量较小而开关频率较高的IGBT；后级功率单元(GTO)补偿低次谐波，前级功率单元(IGBT)补偿高次谐波。缺点：扩展性较差；如果后级功率单元失效，而前级补偿容量不足，容易导致前级功率单元过载运行。

4、按负载分配方案：各个功率单元容量相同，集中控制，将谐波容量平均分配给所有功率单元，通过协调各个单元的电流指令，可以成倍提高等效开关频率，提高补偿精度。缺点：当谐波容量较低时，造成资源浪费；扩展容量时，需要修改主控制器参数，单元化运行与集中控制存在矛盾；发生单点故障时，各个功率单元有可能过载运行。

针对第二个问题，实际应用中制定最优的限容策略，需要考虑在什么情况下进行限容。一般情况下应该考虑三方面因素，即装置额定补偿能力、直流侧电压有效利用范围以及主电路器件运行温度，分述如下：

1、对于装置额定补偿能力，目前有两种限容策略：1)截断限容，将指令电流峰值限制在安全运行区间，该方法实现简单，只需要在指令电流运算环节增加一级比较器即可，但是容易产生新的谐波频谱分量；2)容量比例限容，当大电流谐波负荷出现时，各次谐波输出电流等比例减小，导致整机滤波能力大幅度下降。

2、对于直流侧电压有效利用范围，三角载波调制情况下输出相电压最大值为u_dc/2(取调制比M＝1)。为了达到良好的滤波性能，APF应该有能力输出相电压瞬时分量的最大值，以a相为例，如下式所示：