一种有源电力滤波器前端测量滤波方法
【专利摘要】本发明公开了电力滤波领域内的一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，包括以下步骤：步骤1）电流测量：通过电流测量模块测量电源侧的电流；步骤2）分波：将步骤1）中电流进行分离，得出基波和谐波，根据谐波获得所需补偿的电流量；步骤3）补偿：将步骤2）中得到的所需补偿的电流量反极性后输送给有源电力滤波器，有源电力滤波器将反极性电流输送至电网与负载之间的电路中，完成谐波的抑制，本发明实现闭环控制，确保谐波的抑制效果，保证了电网运行的稳定性，可用于抑制电网谐波中。
【专利说明】一种有源电力滤波器前端测量滤波方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有源电力滤波器，特别涉及一种有源电力滤波器测量方法。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，越来越多的非线性负载并入到电网，由非线性负载产生的大量谐波注入到电网，降低了电能质量。目前负载多为感性负载，消耗大量的无功功率，使得设备及线路损耗的增加。
[0003]有源电力滤波器的作用是补偿谐波，最终使得电源电流成为正弦波，现有的有源电力滤波器滤波方法均为负载端测量，传统的负载端测量系统为开环系统，安装时对原有的线路有较大的破坏，模块化安装时若有一个模块损坏会对补偿效果有较大的影响，并且每一个负载均需配备一个测量电路，需要测量多个电流量，基于此可考虑电源端测量而不是负载端测量，传统的负载端测量方式进行并联直接应用于电源端测量是不可行的，故目前市场上基本没有前端测量的产品。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，抑制谐波，减少电流量的测量，安装时保护原有线路。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，包括以下步骤:
步骤1)电流测量:通过电流测量模块测量电源侧的电流；
步骤2)分波:将步骤1)中电流进行分离，得出基波和谐波，根据谐波获得所需补偿的电流量；
步骤3)补偿:将步骤2)中得到的所需补偿的电流量反极性后输送给有源电力滤波器，有源电力滤波器将反极性电流输送至电网与负载之间的电路中，完成谐波的抑制。
[0006]步骤4)并联:当需要补偿的容量超过单个模块容量时，则需要将多个模块并联补
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[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过在电源侧测量减少了电流量的测量，仅需测量一个三相电源电流，大大节省了硬件电路，缩短了控制器的控制周期，且方控制时针对测量量进行控制，实现闭环控制，确保谐波的抑制效果，保证了电网运行的稳定性。本发明可用于抑制电网谐波中。
[0008]作为本发明的改进，步骤2)中分波的具体方法为:将电网侧3相电压输入锁相环取得3相电压的相位，同时将电网侧的三相电流通过三相变两相矩阵得到两相电流，将两相电流输入与3相电压相位相应的正弦余弦矩阵得到瞬时有功电流和瞬时无功电流，再将瞬时有功电流和瞬时无功电流输入低通滤波器得到各自的直流分量，再将直流分量再次输入与3相电压相位相应的正弦余弦矩阵得到基波电流，将得到的基波电流输入二相变三相矩阵得到三相电流，并将其与电网侧的三相电流相减得到需要补偿的电流量。基于此方法检测谐波电流，即使对于被检测电流中谐波的构成和采用滤波器不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周期。对于电网最典型的三相整流器的谐波，其检测的延时约为1/6周期。该方法具有很好的实时性。即使对于电网电压畸变，三相电压、电流不对称，由于畸变的电压成分在运算中不参与，因而检测结果依然是准确的。
[0009]作为本发明的改进，步骤3)中补偿的具体方法为:将需要补充的电流量输入脉冲宽度调节波形发生器，脉冲宽度调节波形发生器将电流量转换成脉冲信号发送给有源电力滤波模块，所述有源电力滤波模块包括串联在一起的补偿电感、三相桥式电路以及直流电容，所述脉冲信号包含两部分，一是发送给三相桥式电路，将直流电容上所需补充的电压转换成需要补充的电流量经补偿电感器上传至电网与负载之间的线路中，完成对电容电压的稳定。二是发送给三相桥式电路，将电网所需要补偿的电流量，由直流电容提供能量经三相桥式电路，再经过补偿电感变成电网所需要补偿的电流量上传至电网与负载之间的线路中完成对电网谐波的补偿。对大小和频率都变化的谐波进行补偿，克服了传统电力滤波器不能动态补偿的缺点。
[0010]作为本发明的改进，步骤4)中并联的具体方法为:当单个模块容量不足时，需要多个模块进行并联，将步骤3)中脉冲宽度调节波形发生器将电流量转换成的脉冲信号，同时发送给多个有源电力滤波器模块，所述有源电力滤波模块包括串联在一起的补偿电感、三相桥式电路以及直流电容，所述脉冲信号包含两部分，一是发送给三相桥式电路，仅仅将第一个有源电力滤波器模块的直流电容上所需补充的电压转换成需要补充的电流量经补偿电感器上传至电网与负载之间的线路中，完成对电容电压的稳定；二是发送给三相桥式电路，将电网所需要补偿的电流量，由直流电容提供能量经三相桥式电路，再经过补偿电感变成电网所需要补偿的电流量上传至电网与负载之间的线路中完成对电网谐波的补偿；由于电力系统中主要的谐波源如各种大型整流装置的容量很大，则相应的要求有源电力滤波器的容量很大，然而增加单个容量则会带来很多问题，例如对功率器件的耐压要求变高，对直流电容容量要求也变高，还有散热，控制算法复杂等问题。基于此方法的模块化并联，仅需要增加模块的数量，不对功率管有特殊的要求，并且对于模块的控制方便，结构简单，性价比高。
[0011]为了进一步提高本发明的抑制效果，所述有源电力滤波模块设置有多个，且并联在一起，所述脉冲信号分别发送给两个有源电力滤波模块内的三相桥式电路中。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1本发明中有源电力滤波器前端测量示意图。
[0013]图2本发明中前端测量模式生成指令电流的结构图。
[0014]图3本发明中有源电力滤波器安装连接图。
[0015]图4本发明中有源电力滤波器脉冲生成原理图。
[0016]图5本发明中单个有源电力滤波模块内部连接图。
[0017]图6本发明中两个有源电力滤波模块连接图。
[0018]图7非线性负载波形，其中横坐标为时间，单位为秒(8),纵坐标为电流，单位为安培(八)。
[0019]图8非线性负载波形的傅里叶分析，其中横坐标为谐波次数，纵坐标为电流，单位为安培(八兄
[0020]图9通过前端测量方式有源电力滤波器之后的波形，其中横坐标为时间，单位为秒(8 )，纵坐标为电流，单位为安培(八)。
[0021]图10通过前端测量方式有源电力滤波器之后波形的傅里叶分析，其中横坐标为谐波次数，纵坐标为电流，单位为安培(八
[0022]图11通过前端测量方式有源电力滤波器两个模块之后的波形，其中横坐标为时间，单位为秒(8 )，纵坐标为电流，单位为安培(八)。
[0023]图12通过前端测量方式有源电力滤波器两个模块之后波形的傅里叶分析，其中横坐标为谐波次数，纵坐标为电流，单位为安培(八
【具体实施方式】
[0024]如图1-5所示的一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，包括以下步骤:
步骤1)电流测量:通过电流测量模块302测量电源侧的电流；
步骤2)分波:将步骤1)中电流进行分离，得出基波和谐波，将电网侧3相电压输入锁相环201取得3相电压的相位，同时将电网侧的三相电流13、、、1。通过三相变两相矩阵202得到两相电流1。、10，将两相电流1。、10输入与3相电压相位相应的正弦余弦矩阵205得到瞬时有功电流和瞬时无功电流、，再将瞬时有功电流和瞬时无功电流、输入低通滤波器204得到各自的直流分量，再将直流分量再次输入与3相电压相位相应的正弦余弦矩阵205得到基波电流1。010,,将得到的基波电流输入二相变三相矩阵203得到三相电流
1、I，并将其与电网侧的三相电流丨3、10相减得到需要补偿的电流量1&、1^ ；步骤3)补偿:将步骤2)中得到的需要补充的电流量1吣1吣输入脉冲宽度调节波形发生器401，脉冲宽度调节波形发生器401将电流量转换成脉冲信号501发送给并联的有源电力滤波模块，所述有源电力滤波模块包括串联在一起的补偿电感502、三相桥式电路503以及直流电容504，所述脉冲信号501发送给三相桥式电路503将直流电容504上的电压转换成需要补充的电流量经补偿电感器502上传至电网301与负载303之间的线路中，完成对谐波的抑制；
步骤4)并联:当需要补偿的容量超过单个模块容量时，则需要将多个模块并联补偿，所述有源电力滤波模块设置有多个，且并联在一起，所述脉冲信号分别发送给两个有源电力滤波模块内的三相桥式电路中。
[0025]下面结合具体数据对本发明作出进一步说明:
实验条件:三相电源相电压为220伏⑴’频率为50赫兹(匕)，非线性负载为可控整流桥整流触发角为30。，补偿感抗器为2毫亨(此)。
[0026]运用矩阵实验室(嫩II仙)软件，按照以上方法搭出系统，图3为本发明安装连接图，三相电源301与非线性负载303相联，电流测量模块302测量三相电源301端的电流，有源电力滤波器304并入其中；图4为有源电力滤波器的脉冲宽度调节(911)模块内部结构，其由图2获得，图5为有源电力滤波器内部结构，主要由变流器组成，当需要补偿时则为变频器，当需要对电容充电时则为整流器，故称之为变流器；图6为两个模块并联运行的情况，只需要将两个变流器模块并联，仅需要一个脉冲控制即可。
[0027]由于负载有可控整流桥则会产生大量的谐波，而且基本都为奇次谐波，其具体波形与傅里叶分析如图7、8所示，则可知其畸变率报0为28.04% ；通过前端测量方式的有源电力滤波器补偿之后，其波形如图9所示，由图7和图9比较可得出，通过补偿前端电流具有很好的正弦性，并且由图10知其畸变率仅为3.28%，比未补偿前的28.04%大大的减小，因此具有很好的效果；通过如图6所示的两个有源电力滤波模块对电网谐波进行抑制时，其波形如图11所示，由图9和图11可以得出，两个有源电力滤波模块在补偿前端电流时具有更好的正弦性，并且由图12知其畸变率仅为2.03%，其效果更好。
[0028]本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I)电流测量:通过电流测量模块测量电源侧的电流； 步骤2)分波:将步骤I)中电流进行分离，得出基波和谐波，根据谐波获得所需补偿的电流量； 步骤3)补偿:将步骤2)中得到的所需补偿的电流量反极性后输送给有源电力滤波器，有源电力滤波器将反极性电流输送至电网与负载之间的电路中，完成谐波的抑制。
2.步骤4)并联:当需要补偿的容量超过单个模块容量时，则需要将多个模块并联补m\-ΖΧ ο
3.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，其特征在于，步骤2)中分波的具体方法为:将电网侧a相电压输入锁相环取得a相电压的相位，同时将电网侦_三相电流通过三相变两相矩阵得到两相电流，将两相电流输入与a相电压相位相应的正弦余弦矩阵得到瞬时有功电流和瞬时无功电流，再将瞬时有功电流和瞬时无功电流输入低通滤波器得到各自的直流分量，再将直流分量再次输入与a相电压相位相应的正弦余弦矩阵得到基波电流，将得到的基波电流输入二相变三相矩阵得到三相电流，并将其与电网侧的三相电流相减得到需要补偿的电流量。
4.根据权利要求1或2所述的一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，其特征在于，步骤3)中补偿的具体方法为:将需要补充的电流量输入脉冲宽度调节波形发生器，脉冲宽度调节波形发生器将电流量转换成脉冲信号发送给有源电力滤波模块，所述有源电力滤波模块包括串联在一起的补偿电感、三相桥式电路以及直流电容，所述脉冲信号发送给三相桥式电路将直流电容上的电压转换成需要补充的电流量经补偿电感器上传至电网与负载之间的线路中，完成对谐波的抑制。
5.根据权利要求3所述的一种有源电力滤波器前端测量滤波方法，其特征在于，步骤4中)所述有源电力滤波模块设置有多个，且并联在一起，所述脉冲信号分别发送给两个有源电力滤波模块内的三相桥式电路中。
【文档编号】H02J3/01GK104362635SQ201410678389
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】郭志波, 孙前双, 林少帅 申请人:扬州大学