[发明专利]智能电网中的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能电网中的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置，它属于一种在以新能源微型电网为主要的智能电网中使用的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置。

背景技术

在世界电力系统范围内，以新能源为主体的微型电网在智能电网中所占的位置日趋重要。而新能源中的风能、太阳能，生物质能等主要能源所呈现出的随机性、分散性、不稳定性造成微型电网与主体电网连接时出现众多亟待解决的问题，严重谐波的出现及治理即为较多突出的问题之一。有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)已被广泛应用于抑制电网谐波和补偿无功电流进而改进功率因数及电能质量，但在微型电网与主体电网连接处电压等级可高达35KV及以上，单纯的APF因为基本由绝缘栅双极三极管(IGBT)等电力电子元件组成，为达到其耐压耐流的要求，需要许多IGBT的串并联组合致使APF的IGBT的开关拓扑结构复杂而造成控制系统更为复杂。

发明内容

本发明的目的是解决现有APF存在着较难工作在35KV及以上电压电网中的技术难点，提供一种能在35KV及以上电压电网中工作的智能电网中的混合型有源电力动态滤波器的控制方法及装置。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：智能电网中的混合型有源电力动态滤波器(Hybrid Active Power Dynamic Filter，简称HAPDF)的控制方法，其将电感电容(LC)无源滤波器与有源电力滤波器(APF)串联连接起来，使用电感电容(LC)无源滤波器将电力系统中的5次和7次谐波滤掉，同时，使用有源电力滤波器(APF)将剩余的大于11次奇次谐波的高次谐波滤掉，瞬时抑制谐波并进行瞬时的无功补偿，使系统电流电压运行在超前、滞后及功率因数为1。

一种实现上述智能电网中的混合型有源电力动态滤波器的控制方法的装置，其包括电流电压实时采样电路1、系统电流电压同步检测电路2、与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3、功率因数调整及瞬时无功补偿数据信号处理器(DSP)控制电路4、C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路5、电流电压比较电路6、C点电流电压实时检测及瞬时波形识别电路7、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路8、5次谐波无源滤波器电路9、7次谐波无源滤波器电路10、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11、脉宽调制(PWM)驱动电路12、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路13、输反相多次谐波总电流总电压值电路14、总谐波电流和总谐波电压计算电路15、谐波治理数据信号处理器(DSP)控制电路16、动态检测非线性负荷总电流总电压电路17、实时动态采集计算电流电压信息电路18和实时计算电流电压总谐波畸变率电路19；电流电压实时采样电路1与系统t时刻等效戴维南阻抗Zs(t)、系统出口电压S点、系统电流电压同步检测电路2和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4连接，将实时采样的本装置与系统连接点t时刻的总电流值i_sT(t)及总电压值V_sT(t)信息传送入系统电流电压同步检测电路2和功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4中；系统电流电压同步检测电路2与电流电压实时采样电路1和与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3连接，实时检测系统电流电压值，使与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器发出与系统实时一致的同步参考电流电压信号；与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3与系统电流电压同步检测电路2、电流电压比较电路6和C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7连接，其产生与系统同步且无谐波t时刻的基波正弦参考电流i_ref(t)、无谐波t时刻的基波正弦参考电压V_ref(t)，并将基波正弦参考电流i_ref(t)、基波正弦参考电压V_ref(t)数据传送到电流电压比较电路6和C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7中；功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4与电流电压实时采样电路1、C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路5、C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路8、PWM驱动电路12、谐波治理DSP控制电路16和电流电压比较电路6连接，其用快速傅里叶变换(FFT)计算t时刻C点基波电流i_c1(t)，t时刻C点基波电压V_c1(t)，t时刻从S点流入系统基波电流i_s1(t)，S点基波电压V_s1(t)，t时刻经过无源滤波器滤波后在有源滤波器分支的第h次谐波电流分量i_h(t)，t时刻经过无源滤波器滤波后有源滤波器在C点所承受的由谐波电流源i_Lh(t)产生的第h次谐波电压V_ch(t)，滤掉5次和7次谐波以后的总谐波电流i_hT(t)，滤掉5次和7次谐波以后的总谐波电压V_hT(t)，并通过对PWM驱动电路的控制瞬时调整无功功率及功率因数；C点与S点基波电压比值系数β(t)值计算电路5与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4连接，其计算β(t)值并将数值传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4；电流电压比较电路6与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4、与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3和谐波治理DSP控制电路16连接，其将功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4在t时刻输出的电流值i_s1(t)、电压值V_s1(t)，与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3产生无谐波的基波正弦电流参考值i_ref(t)，无谐波的基波正弦电压参考值V_ref(t)进行比较，将比较得出的电流增量Δi_s1(t)和电压增量ΔV_s1(t)作为控制量送入谐波治理DSP控制电路16中；C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4、5次谐波无源滤波器电路9、7次谐波无源滤波器电路10和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11和与系统同步且功率因数为1的正弦电流电压发生器电路3连接，其实时检测C点电流电压，以达到对C点及S点的电流电压比较，从而找出基波与各谐波的关系；绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路8与功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11连接，其将绝缘栅双极三极管(IGBT)开关运行状态信息实时传送给功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4，以实现功率因数调整、瞬时无功补偿及快速傅里叶变换计算；5次谐波无源滤波器电路9是由电感电容LC组成的无源谐波滤波器，该电路与系统出口电压S点和C点连接，并通过S点和C点与7次谐波无源滤波器电路10并联连接，并在C点与C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11连接，其将滤掉5次谐波后的带有谐波分量的电流电压总量值传送给C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11；7次谐波无源滤波器电路10是由电感电容LC组成的无源谐波滤波器，该电路与系统出口电压S点和C点连接、并通过S点和C点与5次谐波无源滤波器电路9并联连接，并在C点与C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11连接，其将滤掉7次谐波后的带有谐波分量的电流电压总量值传送给C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7和绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11；绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11在C点与5次谐波无源滤波器电路9和7次谐波无源滤波器电路10连接，并在C点与C点电流电压实时检测瞬时波形识别电路7连接，同时与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路8、输反相多次谐波总电流总电压值电路14、绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路13和PWM驱动电路12连接，其用有源滤波器(APF)将剩余的11次及以上奇次谐波的高次谐波滤掉；PWM驱动电路12与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11、功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4和谐波治理DSP控制电路16连接，其实时接收功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4和谐波治理DSP控制电路16的操作信息，发出准确的触发脉冲去操作绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11中的绝缘栅双极三极管(IGBT)开关以达到功率因数调整、瞬时无功补偿及谐波治理；绝缘栅双极三极管(IGBT)开关信息检测电路13与绝缘栅双极三极管(IGBT)开关有源滤波电路11和谐波治理DSP控制电路16连接，其将IGBT开关运行状态信息实时传送给谐波治理DSP控制电路16，实时准确的通过PWM驱动电路12控制IGBT开关有源滤波电路11中的IGBT开关以实现谐波计算和谐波控制；输反相多次谐波总电流总电压值电路14与系统出口电压S点和IGBT开关有源滤波电路11连接，其输反相多次谐波总电流值i_h--T(t)，输反相多次谐波总电压值V_h--T(t)，去抵消非线性负荷产生的除基波外的总谐波电流、总谐波电压；总谐波电流和总谐波电压计算电路15与谐波治理DSP控制电路16连接，其计算除基波外的总谐波电流i_h--T(t)和总谐波电压V_h--T(t)并将信息反馈给谐波治理DSP控制电路16；谐波治理DSP控制电路16与总谐波电流和总谐波电压计算电路15、IGBT开关信息检测电路13、PWM驱动电路12、功率因数调整及瞬时无功补偿DSP控制电路4、电流电压比较电路6、动态检测非线性负荷总电流总电压电路17、实时动态采集计算电流电压信息电路18和实时计算电流电压总谐波畸变率电路19连接，其用变量i_h--T(t)、V_h--T(t)、Δi_c1(t)、ΔV_c1(t)、Δi_s1(t)和ΔV_s1(t)为控制变量去驱动PWM电路，并控制IGBT开关，进行谐波控制并计算电流总谐波畸变率THD i(t)和电压总谐波畸变率THD V(t)；动态检测非线性负荷总电流总电压电路17与系统出口电压S点和谐波治理DSP控制电路16连接，其动态检测非线性负荷电流源t时刻包括基波及所有谐波的总电流i_T(t)，t时刻非线性负荷电流源产生的包括基波及所有谐波的总电压V_sT(t)，i_T(t)与V_sT(t)被实时送入谐波治理DSP控制电路16中；实时动态采集计算电流电压信息电路18与谐波治理DSP控制电路16连接，其实时动态采集计算电流电压信息流，并将信息流传输到智能电网的任意需求点并与本控制装置互动；实时计算电流电压总谐波畸变率电路19与谐波治理DSP控制电路16连接，其实时计算电流总谐波畸变率THD i(t)，电压总谐波畸变率THD V(t)。