[发明专利]一种抑制二次纹波的有源滤波器

说明书

一种抑制二次纹波的有源滤波器。所述有源滤波器由单相电压源型换流器(VSC)交流侧串联电感构成，在使用时将其直流侧接在需要抑制二次纹波的直流母线上。本发明与原有技术相比的主要技术特点是，通过控制所提有源滤波器交流侧电压的幅值和相位，使直流母线上原有的交流负载输出功率带来的功率纹波由本文所提出的有源滤波器提供，确保直流电源输入功率不含有输出功率中脉动分量，为恒定值，从而达到抑制直流输入侧二次纹波的效果。

技术领域

本发明涉及一种抑制二次纹波的有源滤波器。

背景技术

随着以光伏为代表的直流微源的大量出现，以及直流负荷的增加，直流微电网快速发展。当直流微网通过单相逆变器给交流负荷供电时，交流输出功率中含有的两倍频功率脉动反馈到直流输入侧会导致直流母线电压出现二次纹波分量，该二次电压纹波对直流侧与交流侧均会造成不利，影响其电能质量，系统的稳定性，以及设备的寿命等。例如，对于直流侧并联有光伏电池板或蓄电池的系统而言，它们的直流侧设备具有低阻抗特性，该二次纹波电压会降低光伏系统的效率，大大缩短光伏电池板的使用寿命，由于在电池中引入了低频纹波电流纹波，蓄电池会严重发热、其温度会升高，从而大大缩短了蓄电池的使用寿命。因此解决直流微网母线电压二次纹波问题已刻不容缓。解决直流母线电压二次纹波的思路通常有无源滤波和有源滤波方法2种，其中无源滤波方法是在直流母线侧并联足够大的电容或者LC谐振电路来抑制电压纹波，但要滤除低频纹波所需的电感和电容体积都比较大，降低了系统的可靠性和功率密度。一般有源滤波方法是通过直流有源电力滤波器(DC-APF)来消除纹波电压，DC-APF能跟踪直流负载中的谐波分量，并产生与之幅值相等但方向相反的补偿电流，从而抵消由单相逆变器产生的谐波电流以实现DC-APF的直流电压纹波抑制目标。本文提出一种基于单相电压源型换流器(VSC)的有源滤波器，能够向直流母线注入与原两倍频脉动功率幅值相同、频率相同的功率以实现抑制二次纹波的目的。

发明内容

针对直流母线电压存在二次纹波的问题，本文提出一种基于单相电压源型换流器(VSC)的有源滤波器，能够向直流母线注入与原两倍频脉动功率大小相同，极性相反的两倍频脉动功率，从而抑制直流母线电压二次纹波。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

所述有源滤波器由VSC交流侧串联电感构成，在使用时将其直流侧接在需要抑制二次纹波的直流电源出口处。所述有源滤波器的工作原理包括以下步骤：

步骤1：数据采集：在直流电源出口安装电压、电流互感器和谐波分析仪，采集直流侧电压、电流，进而求得直流电源输出的瞬时功率，再采用谐波分析仪得到其二倍频脉动功率p_2f：

其中，P为二倍频脉动功率的幅值，ω₁为基频角速度，为初相角；

步骤2：比较当前直流侧二次谐波含量THD₂与二次谐波整定值THD_2.set，若THD₂大于THD_2.set，则所提有源滤波器启动以下步骤，否则滤波器不动作；

步骤3：通过控制所提有源滤波器交流侧输出电压u_L以构造补偿功率：结合下列式子说明如何构造补偿功率；

式中，u_L、i_L分别为所述有源滤波器交流侧电压和电流的瞬时值，U、I分别为所述有源滤波器交流侧电压和电流的有效值，ω₂为有源滤波器交流侧工作频率，为电压的初相角，p_L为所述有源滤波器交流侧输出的瞬时功率；

若忽略逆变器的损耗，则有源滤波器向直流母线注入的瞬时功率为：

根据上述式子，可得当时，p_S＝p_2f，即所述有源滤波器能够补偿直流电源输出的二倍频脉动功率；