一种有源电力滤波器及其智能限幅控制方法与流程

本发明涉及一种有源电力滤波器及其智能限幅控制方法，属于有源电力滤波器。

背景技术：

1、目前，电力电子设备正朝着集成化、大容量、高频化、高效率的方向发展，被广泛应用于各个领域，但是电力电子设备在使用的过程中由于其工作在高频开关状态且具有非线性特征，因此工作时会产生大量的谐波及无功分量，从而对电网造成严重的污染，导致电能质量下降，严重时会造成继电保护装置误动、电气设备故障和事故。为了降低电网谐波污染造成的危害，常用无源电力滤波器和有源电力滤波器，无源电力滤波器由电抗器、电容器和电阻器构成，在实现补偿无功的同时，往往兼顾着抑制特定次谐波电流的功能，虽然该无源电力滤波器结构简单成本低，但是由于受电网频率波动和其他负载的影响较大，会导致滤波器失谐，大大影响其性能的技术问题；有源电力滤波器是一种动态补偿谐波电流的装置，可以补偿所有的谐波电流也补偿特定次谐波电流，但是有源电力滤波器传统限幅策略为对基波调制度、谐波调制度和总调制度进行固定限幅，该方法在有源电力滤波器装置基波出力能力小的情况下，无法充分发挥装置谐波出力能力，同时，在装置其他次谐波不出力的情况下，无法提高装置特定次谐波出力能力，限制了装置利用率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种有源电力滤波器及其智能限幅控制方法，用以解决传统滤波器在基波出力小时无法充分发挥有源电力滤波器谐波出力能力，同时在其他谐波不出力时，无法提高装置特定次谐波出力能力，限制了装置利用率的问题。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案和相应方案的有益效果包括：

3、本发明的一种有源电力滤波器智能限幅控制方法，依据调度命令发出的无功需求和控制模式，生成基波无功电流指令，根据基波无功电流指令计算得到基波调制度幅值a并与基波裕度δa相加，得到最终基波调制度限幅值a′；利用总调制度限幅值c减去a得到谐波调制度限幅值，并将其与谐波裕度相加，得到最终谐波调制度限幅值；将基波控制与谐波控制相结合，利用a′和最终谐波调制度限幅值分别对基波调制波和谐波调制波进行限幅后相加，得到总调制波并利用c对总调制波进行限幅，以实现限幅后的调制波对有源电力滤波器进行调制。

4、上述技术方案的有益效果为：在总调制波限幅值c不变的情况下，将基波控制与谐波控制相结合，分别利用基波限幅值与谐波限幅值对基波调制波与谐波调制波进行限幅，通过调制度限幅的动态调节，有源电力滤波器基波出力小时，提高装置谐波出力能力，使得有装置能力得到充分发挥。

5、作为方法的进一步改进，若进行特定次谐波补偿，则计算谐波调制波的步骤包括：

6、1)依据谐波控制中的谐波电流指令分别计算出各特定次谐波的谐波调制度幅值mnh；

7、2)将mnh与对应的各特定次谐波裕度δmnh相加，得到各特定次谐波调制度限幅值e′n，利用e′n对各特定次谐波调制波进行限幅，得到限幅后的各特定次谐波调制波；

8、3)将限幅后的各特定次谐波调制波相加，得到所述谐波调制波。

9、上述技术方案的有益效果为：对于特定次谐波，通过计算每一个特定次谐波调制度限幅值并利用此值对相应的特定次谐波调制波进行限幅后，将各个限幅后的特定次谐波调制波相加，得到总的特定次谐波调制波并对其进行限幅，以实现有源电力滤波器在其他次谐波不出力或基波出力小，通过提高特定次谐波出力能力，提高装置利用率。

10、作为方法的进一步改进，若进行单次谐波补偿，则所述谐波调制波为根据需要补偿的单次谐波得到的调制波；若进行全谐波补偿，则所述谐波调制波为根据需要补偿的全谐波得到的调制波。

11、作为方法的进一步改进，mnh的计算公式为：

12、

13、unh＝nωlinh

14、其中，inh为第n次谐波电流指令值，unh为第n次谐波对应电感上形成的压降，ω为基波角频率，l为桥臂总电抗，n为功率单元个数。

15、作为方法的进一步改进，所述基波控制用于将基波外环控制生成的值作为电流内环控制的指令值，利用基波控制器对内环电流环控制的指令值与反馈值的差值进行控制后，再与电网电压前馈值相加以输出基波调制波，所述电流内环控制的反馈值为采集的有源电力滤波器输出电流经滤波器滤波后的值。

16、上述技术方案的有益效果为：通过基波控制得到基波调制度，利用基波调制度限幅值进行动态限幅，装置基波出力小的情况下，提高谐波出力能力。

17、作为方法的进一步改进，所述谐波控制用于利用谐波控制器对谐波电流指令值与反馈值的差值进行控制，以输出谐波调制波；所述谐波控制环指令值为负载电流提取的谐波电流指令值，或公共并网点电压提取的谐波电压指令经控制器后得到的谐波电流指令值；所述反馈值为采集的有源电力滤波器输出电流经谐波检测环节后的值。

18、上述技术方案的有益效果为：将负载电流采样补偿提取的谐波电流与谐波电压采样补偿提取的谐波电压经控制器得到的谐波电流值经谐波控制环节处理后，利用谐波调制度限幅值进行限幅，以提高谐波出力能力。

19、作为方法的进一步改进，所述a的计算公式为：

20、

21、u1＝ωlib1

22、其中，ib1为基波无功电流指令值，ω为基波角频率，l为桥臂总电抗，ug为电网电压有效值，n为功率单元个数，udc为直流电容电压。

23、上述技术方案的有益效果为：通过计算基波调制度幅值，在此基础上叠加基波裕度，以实现对基波调制波的动态限幅。

24、作为方法的进一步改进，基波控制外环包括稳态定无功控制、稳态定电压控制、自动无功补偿控制、恒功率因数控制、电压无功综合控制。

25、本发明的一种有源电力滤波器，所述有源电力滤波器用于并联接入电网和负载之间的公共连接点，其特征在于，还包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现上述所述的滤波器智能限幅控制方法。

26、上述技术方案的有益效果为：一种有源电力滤波器，通过采用将基波控制与谐波控制相结合，分别利用基波限幅值与谐波限幅值对基波调制波与谐波调制波进行限幅的限幅方法，实现调制度限幅的动态调节，当装置基波出力小时，提高谐波出力能力，同时，装置其他次谐波不出力的情况下，提高装置特定次谐波出力能力，使得有源电力滤波器装置能力得到充分发挥。

技术特征：

1.一种有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，依据调度命令发出的无功需求和控制模式，生成基波无功电流指令，根据基波无功电流指令计算得到基波调制度幅值a并与基波裕度δa相加，得到最终基波调制度限幅值a′；利用总调制度限幅值c减去a得到谐波调制度限幅值，并将其与谐波裕度相加，得到最终谐波调制度限幅值；将基波控制与谐波控制相结合，利用a′和最终谐波调制度限幅值分别对基波调制波和谐波调制波进行限幅后相加，得到总调制波并利用c对总调制波进行限幅，以实现限幅后的调制波对有源电力滤波器进行调制。

2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，若进行特定次谐波补偿，则计算谐波调制波的步骤包括：

3.根据权利要求1所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，若进行单次谐波补偿，则所述谐波调制波为根据需要补偿的单次谐波得到的调制波；若进行全谐波补偿，则所述谐波调制波为根据需要补偿的全谐波得到的调制波。

4.根据权利要求2所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，mnh的计算公式为：

5.根据权利要求1-4任一项所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，所述基波控制用于将基波外环控制生成的值作为电流内环控制的指令值，利用基波控制器对内环电流环控制的指令值与反馈值的差值进行控制后，再与电网电压前馈值相加以输出基波调制波，所述电流内环控制的反馈值为采集的有源电力滤波器输出电流经滤波器滤波后的值。

6.根据权利要求1-4任一项所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，所述谐波控制用于利用谐波控制器对谐波电流指令值与反馈值的差值进行控制，以输出谐波调制波；所述谐波控制环指令值为负载电流提取的谐波电流指令值，或公共并网点电压提取的谐波电压指令经控制器后得到的谐波电流指令值；所述反馈值为采集的有源电力滤波器输出电流经谐波检测环节后的值。

7.根据权利要求1所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，所述a的计算公式为：

8.根据权利要求5所述的有源电力滤波器智能限幅控制方法，其特征在于，基波控制外环包括稳态定无功控制、稳态定电压控制、自动无功补偿控制、恒功率因数控制、电压无功综合控制。

9.一种有源电力滤波器，所述有源电力滤波器用于并联接入电网和负载之间的公共连接点，其特征在于，还包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如权利要求1-8任一项所述的滤波器智能限幅控制方法。

技术总结
本发明涉及一种有源电力滤波器及其智能限幅控制方法，属于有源电力滤波器技术领域。本发明通过计算出的基波调制度限幅值和谐波调制度限幅值分别对基波控制生成的基波调制波和谐波控制生成的谐波调制波进行限幅，再将限幅后的基波调制波与谐波调制波相结合以得到总调制波并利用总调制波调制度限幅值对其进行限幅，以实现限幅后的调制波对有源电力滤波器的控制,使得在有源电力滤波器装置基波出力小时，提高装置谐波出力能力，同时在装置其他次谐波不出力时，提高装置特定次谐波出力能力。

技术研发人员：宋晓梅,李道洋,王先为,韩坤,刘路路,杨美娟,梁佩佩,李政,李少帅
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15