一种高压链式结构的混合有源电力滤波器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及到高压系统中的电力滤波器领域，特指一种基于高压链式结构的 混合有源电力滤波器及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，应用于高压系统中的有源电力滤波器主要采用以下三种方式：
[0003] -是利用三相全桥变流器产生补偿谐波电流，通过变压器升压后接入高压电网， 该方式的缺点是三相全桥电路受到IGBT器件的阻断电压限制无法直接输出高电压，这导 致在大容量应用场合时，低压侧需要采用多个三相全桥电路并联，从而使低压母线电流非 常巨大。巨大的低压电流不但造成有源滤波器损耗难以控制，而且大电流引起的磁场也会 对周围设备产生不利影响。因此，该种有源电力滤波器不能胜任大容量应用场合。
[0004] 然而随着各种电力变换技术的广泛应用和非线性负荷的增加，谐波治理的需求和 容量呈现为逐年上升趋势，特别是冶炼企业、风电光伏等行业，所以这种有源电力滤波器的 结构不利用广泛应用。
[0005] 二是高压直挂式有源电力滤波器，这种形式的有源电力滤波器，通过串联变流模 块（通常是Η桥模块）获得较高的输出电压。该方式的优点是通过多个变流器模块串联， 可以采用CPS-PWM调制方式，使得输出的合成电压具有较高的等效开关频率，虽然该方式 提高了等效开关频率，但是该方式仍存在补偿的谐波次数有限的问题，这是由于各种高低 压交直交变频器和高频整流器的在工业领域应用越来越广泛，使得位于负荷中心的电网高 次谐波问题越来越严重，这些高次谐波侵入其他电路会造成严重危害，因此该形式的有源 电力滤波器也有其局限性。
[0006] 三是混合有源电力滤波器，该种有源电力滤波器又分为两种：
[0007] -种是基于三相桥式变流器和升压注入式混合有源电力滤波器，虽然减少了有源 部分的容量，但是由于采用注入式结构，变流器与无源滤波器串联。首先是串接在由于变流 器与单调谐滤波器串联在一起，单调谐滤波器对于高次谐波具有较高的阻抗，故对于高次 谐波，特别是接近变流器开关频率的高次谐波抑制能力弱；其次，由于串联在单调谐滤波器 上，同时变流器本身呢还有输出滤波器，使得变流器的控制传输特新变得非常复杂，虽然国 内外对注入式混合滤波器的控制进行了很多研究，但其控制稳定性仍有待提高，容易受到 滤波器制造水平和调谐频率精确性的影响；第三，注入式混合有源滤波器虽然可以大大降 低有源部分容量，但有源部分容量的减少，使得该型混合有源电力滤波器相当于一个稳定 的容性无功源，在仅存在谐波，或者负载无功不波动较大的场合，仍然需要动态无功补偿装 置与其配合。
[0008] 另一种是采用Η桥链式结构的注入式有源电力滤波器，该种采用链式结构多电平 变流器与无源单调谐滤波器串联为特征。虽然提高了注入式混合有源电力滤波的容量，但 也存在缺点，有源滤波器与无源滤波器并联虽然增加了谐波滤波能力，但是由于没有采用 分频补偿方式，很容易使有源滤波器与无源滤波器发生谐振。注入型混合有源滤波器虽然 提出了基于η次谐波dq坐标系的分频检测方法，但是该方法主要采用低通滤波进行滤波， 低通滤波器滤除后的谐波占主要分量，相位延迟难以较好补偿，检测实时性一般；同时虽然 某些注入式混合滤波器中也设计到了采用神经网络等方法进行谐波分频控制的方法，但是 由于检测到的谐波已经合成补偿信号，这是再进行分频控制，不但增加了计算量，同时也存 在相互干扰问题。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种结构简单紧凑、成本低廉、工作可靠性好、性能优越的基于高压链式结构的混合有源电力 滤波器及其控制方法。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0011] -种高压链式结构的混合有源电力滤波器，包括链式结构变流器、滤波电抗器和 高通滤波器；所述链式结构变流器为具有旁路的结构变流器，所述链式结构变流器采用Η 桥模块，每个直流侧电容相互独立；所述链式结构变流器通过滤波电抗器与高通滤波器并 联，然后再接入电网，分别与电网中的一相相连。
[0012] 作为本发明的进一步改进：所述高通滤波器为二阶高通滤波器，所述高通滤波器 中的滤波电感与吸收电阻并联后，再与滤波电容串联。
[0013] 本发明还提供一种高压链式结构的混合有源电力滤波器，包括链式结构变流器、 升压变压器和高通滤波器；所述链式结构变流器采用Η桥模块，每个直流侧电容相互独立； 所述链式结构变流器通过升压变压器与高通滤波器并联，然后再接入电网。
[0014] 作为本发明的进一步改进：所述高通滤波器为二阶高通滤波器，所述高通滤波器 中的滤波电感与吸收电阻并联后，再与滤波电容串联。
[0015] 作为本发明的进一步改进：所述链式结构变流器（2)为具有旁路的结构变流器。
[0016] 本发明还进一步提供一种基于上述混合有源电力滤波器的控制方法，包括谐波分 频检测，谐波分频检测的步骤为：
[0017] (1. 1)首先取系统侧电流ΙΑ、ΙΒ、Ιε，利用公式（1)，对于第j次谐波则使用时，变换 矩阵为Cj，可以将j次谐波转换到j次dq坐标系中，此时低于j次及其以上谐波幅值为idj 和相位为iqj;
[0018]
[0019] (1. 2)将id]通过高通滤波，滤除后的交流分量并通过相位补偿得到比j次更高次 的d轴交流分量& ,再将$与id]比较后得到第j次谐波在j次dq坐标系下的d轴直流信 号，其为j次谐波幅值信息在j次dq坐标系中的映射；将iqj经高通滤波滤波后的交流 分量并通过相位补偿得到比j次更高次的q轴交流分量^，再将ζ与iqj比较后得到第j 次谐波在j次dq坐标系下q轴直流分量信号，其为j次谐波相位信息在j次dq坐标系 中的映射。
[0020] 本发明还进一步提供一种基于上述混合有源电力滤波器的控制方法，包括有源电 力滤波器谐波闭环控制，有源电力滤波器谐波闭环控制的步骤为：
[0021] (2. 1)利用下式（2)，对于j次谐波则使用变换矩降C；1，将分频检测得到的第j次 谐波d轴直流分量&和q轴直流分量:?通过j次变换矩阵后经过如下式（3)所示的
第j次谐波的PI调节器PI,，得到在abc坐标系下的需要吸收第j次电流所需要输出的电 压uhj ;
[0022]
[0023]
[0024] 其中：KP]为第j次谐波比例系数，Ki,第j次谐波积分系数；
[0025] (2. 2)将uhj、uhj+r"uhn与系统电压参考值usr级联相减，混合有源滤波器输出电压 参考信号uhr。
[0026] 本发明还进一步提供一种基于上述混合有源电力滤波器的控制方法，包括无功补 偿与APF平均直流电压控制，无功补偿与APF平均直流电压控制的步骤为：
[0027] (3. 1)分别检测三相高压链式结构变流器的各相变流器模块的直流电容电压，其 中公式⑷中，N为链式结构变流器的串联数，uAdy为A相第i个链节模块的直流电压，uB< i为B相第i个链节模块的直流电压，为C相第i个链节模块的直流电压，udyV为其中 三相相变流器的模块平均电压，^通过CPS-PWM调制可以得到各级模块的电压控制信号；
[0028]
[0029](3. 2)将平均直流电压反馈值udyV与期望的直流电压值ud"进行比较，经PI控制 器得到变流器输出电压的d分量U&，将链式有源滤波器的输出电流在dq坐标系下的基波 无功分量iqfb与基准无功电流分量进行比较，经PI控制器得到变流器输出电压的q分 量lq，再通过间接电流控制可以得到abc坐标系下无功和有功控制指