[发明专利]一种无电解电容并联型有源电力滤波器系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种无电解电容并联型有源电力滤波器系统及控制方法，属于电力电子控制领域。该系统包括：三相电网、谐波负载、滤波电感、两电平变换器和双向Boost有源功率解耦电路。该系统的控制方法包括：步骤1：通过控制两电平变换器，完成交直流侧功率交换，以实现对负载谐波补偿；步骤2：通过控制双向Boost有源功率解耦电路，将有源电力滤波器直流侧低频波动功率转移至辅助电容，从而抑制有源电力滤波器直流侧电压低频纹波，这样，在直流侧电压波动小的情况下就可以利用小容值的薄膜电容替代传统电解电容，提高系统的可靠性。此外，省去有源电力滤波器直流侧电压控制环节的低通滤波器，提高系统的相应速度。

技术领域

本发明涉及电力电子控制领域，具体涉及一种无电解电容并联型有源电力滤波器系统及控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，配电系统中诸如整流器、逆变器、不间断电源、电弧炉等众多非线性负载不断增加，电网谐波污染日益严重。谐波会导致变压器过热、保护设备故障、谐波谐振和通信网络干扰等问题，另外随着科技和工业的发展，电力系统中出现了例如大功率电机和变压器之类的大容量无功设备，使得电网功率因数低下。功率因数低会导致线路损耗增加，电网效率降低，甚至引起电网崩溃等问题。并联型有源电力滤波器(shuntactive power filter，SAPF)能有效解决电网谐波污染，提高电网功率因数，改善电网电能质量，并且在发生故障时很容易与电网断开而不影响其他设备的运行，目前被广泛应用于电力系统中。

三相对称电网中的负载谐波主要包括6k+1(k＝1,2,…(自然数))次正序谐波和6k+5(k＝0,1,…(自然数))次负序谐波，SAPF在对这些谐波进行补偿时会导致其直流侧电压存在6k(k＝1,2,…(自然数))次波动。直流侧电压波动幅值大小极大影响了SAPF输出电流的质量，为了抑制直流侧电压波动，传统的做法是在SAPF直流侧并联一个大容值的电解电容来减缓波动，但是电解电容存在电解液易挥发，寿命短的缺陷，尤其是在波动电压较大的时候，波动电流对电解电容进行反复的充放电，加速电容的老化，需要频繁更换电解电容，影响装置的可靠性，同时，大容值的电解电容极大影响直流侧电压的响应速度。此外，为了避免直流侧波动电压对SAPF输出电流造成影响，需要加入一个截止频率很低的低通滤波器，这又进一步降低了系统的响应速度。

目前，一部分学者通过引入谐振控制器对SAPF直流侧电压进行波动抑制，但是效果甚微，同时还会对SAPF输出电流产生一定的影响。本发明从拓扑结构的角度出发，基于有源功率解耦技术，将SAPF直流侧波动功率转移至辅助电容，从而实现SAPF直流侧电压的波动抑制，SAPF直流侧电压最终只含直流成分和高次谐波成分，这样可以用一个小容值的薄膜电容替代传统的大容值电解电容，增加装置的可靠性；同时在直流侧电压控制环节消除低通滤波器，加快系统的响应速度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的不足，基于有源功率解耦技术，提出一种无电解电容并联型有源电力滤波器系统及控制方法。具体技术实施方案如下：

一种无电解电容并联型有源电力滤波器系统及控制方法，该系统具体包括：

三相电网、谐波负载、滤波电感、两电平变换器和双向Boost有源功率解耦电路；所述两电平变换器直流侧采用的是薄膜电容C_d；所述双向Boost有源功率解耦电路具体包括：两个全控型开关管T1和T2、一个解耦电感L_r及一个薄膜电容C_r；所述T1和T2串联，T2的另一端接在直流母线负极上，T1另一端通过辅助电容C_r接在直流母线负极上，解耦电感L_r的一端接在T1和T2的中点，另外一端接在直流母线正极上构成双向Boost电路。

进一步的，一种无电解电容并联型有源电力滤波器系统及控制方法，其特征在于，该系统的控制方法包括以下步骤：

步骤1：通过控制两电平变换器，完成交直流侧功率交换，以实现对负载谐波补偿；