[发明专利]一种基于LCL滤波的三相有源电力滤波器及其控制方法

说明书

本发明属于三相有源电力滤波器技术领域，尤其涉及一种基于LCL滤波的三相有源电力滤波器及其控制方法。基于LCL滤波的三相有源电力滤波器包括三相逆变器、输出滤波器以及控制系统；所述三相逆变器为电压型逆变器，储能原件为直流电容；所述输出滤波器为三阶滤波器，包含逆变器侧滤波电感，滤波电容，电网侧滤波电感；所述控制系统为电网电流检测、逆变器侧电流反馈的电流双闭环控制。本发明通过电网电流闭环控制方式直接对电网电流谐波分量进行控制，避免了传统的负载电流检测方法存在的检测延迟和赋值相位偏移；通过逆变器侧电流反馈引入虚拟阻尼抑制LCL滤波器的谐振尖峰。

技术领域

本发明属于三相有源电力滤波器技术领域，尤其涉及一种基于LCL滤波的三相有源电力滤波器及其控制方法。

背景技术

随着电力电子变流装置的广泛应用，电能得到了更加充分的利用，但大量非线性负载装置在电网中的广泛使用，使得电网中的谐波污染问题日益严峻，谐波治理受到人们越来越多的重视。有源电力滤波器(Act ive Power Fi lter，APF)与传统的由电感、电容以及电阻组成的无源电力滤波器相比，具有滤波特性好、可控性高、响应速度快、应用灵活等特点。随着半导体器件成本的降低，APF逐渐成为国内外供电系统谐波抑制的研究热点和发展方向。

APF常用的电流控制方法主要有滞环电流控制、重复控制和PI控制。滞环电流控制具有实现简单、鲁棒性好的优点，但不能实现无静差控制，而且开关频率不确定，给输出滤波器的设计带来困难；重复控制能够对复杂周期信号实现零稳态误差跟踪，但其动态性能较差，不能对扰动进行实时反应，通常会产生一个参考周期的延迟。PI控制是最为经典、应用最为广泛的控制方法。其结构简单，易于设计，可以实现无静差跟踪，但由于APF指令信号中含有多个频率正弦信号，而PI控制方法对较高频率的周期指令信号的控制效果并不理想，难以实现零稳态误差跟踪。此外，广义积分控制、滑模控制以及多种控制方法的复合控制越来越受到学者的广泛关注。

随着半导体技术的不断发展，其容量不断提高，价格逐步降低，使得APF逐渐朝着大容量、高功率密度的方向发展，为了抑制APF开关频率电流谐波，输出滤波器的选择尤为重要。传统的L型滤波器滤除开关纹波效果较差，在大功率应用场合下需要较大的电感值才能满足相应需求，这不仅使输出的补偿电流变化率下降，系统动态性能降低，而且导致整个系统体积大，成本高，功率损耗大。近年来LCL滤波器成为人们的研究热点，其相对前者的突出优点是以较小的总电感量即可实现较理想的高频谐波衰减以及开关纹波抑制，在大功率应用场合，成本优势明显，同时也提高了系统的动态性能，但需要加入阻尼控制以抑制谐振尖峰。目前有无源阻尼和有源阻尼两种方法，无源阻尼简单可靠，但在高压大功率场合下损耗严重。有源阻尼通过控制算法来避免谐振问题，主要有前向通路附加数字滤波器的有源阻尼法、基于模型降阶的有源阻尼方法、和基于状态变量反馈的有源阻尼法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种基于LCL滤波的三相有源电力滤波器及其控制方法，避免了传统的负载电流检测方法存在的检测延迟和幅值相位偏移的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于LCL滤波的三相有源电力滤波器，其包括三相逆变器、输出滤波器以及控制系统；

所述三相逆变器为电压型逆变器，储能原件为直流电容；

所述输出滤波器为三阶滤波器，包含逆变器侧滤波电感，滤波电容，电网侧滤波电感；

所述控制系统为电网电流检测、逆变器侧电流反馈的电流双闭环控制。

优选的，所述三相有源电力滤波器的逆变器为三相电压型逆变器。

优选的，所述三相有源电力滤波器的输出滤波器采用LCL型滤波器。