一种有源电力滤波器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力滤波器技术领域，尤其涉及一种串联混合型的有源电力滤波器及 其控制方法。
【背景技术】
[0002] 电力电子装置和非线性负载的广泛应用产生了大量的谐波，降低了电力系统的供 电质量。现有的解决谐波问题有两种方案:一种是主动型方案，即对电力电子装置本身进行 改造，使其不产生谐波；另一种属于被动型方案，通过装设谐波补偿装置来补偿谐波，这就 是通常所说的电力滤波器，电力滤波器一般分为无源电力滤波器和有源电力滤波器，其中 无源电力滤波器是目前使用最为广泛和成熟的谐波抑制手段，但是无源电力滤波器存在一 些固有缺点:可能导致谐振现象、系统的阻抗严重地影响滤波特性、无法对变化的谐波进行 实时补偿等。有源电力滤波器就是为了解决无源电力滤波器的问题而提出的。有源电力滤 波器主要分为以下几类：1)单独使用的并联型和串联型有源电力滤波器；2)混合型有源电 力滤波器，主要包括并联无源和并联有源电力滤波器相结合的方案、并联无源和串联有源 电力滤波器相结合的方案以及无源和有源电力滤波器串联联接的方案;3)统一电能质量控 制器。
[0003] 在这些有源电力滤波器中，串联混合型有源电力滤波器采用并联无源滤波器和较 小容量的有源电力滤波器结合完成大容量的滤波任务，可以降低成本，具有很高的性价比， 因此应用较广泛，但是现有的串联混合型有源电力滤波器的无源支路较多，且容易受谐波 干扰电压的影响而大大降低滤波器的滤波效果。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提出一种有源电力滤波器及其控制方法，无需多条 无源支路，改善了受谐波电压干扰而使得谐波等效阻抗减小的问题，具有更好的滤波效果。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明公开了一种单相制的有源电力滤波器，应用于单相制电力系统，所述单相 制电力系统包括接入电网和谐波源负载，所述单相制的有源电力滤波器包括电流检测单 元、控制单元、串联变压器单元和无源滤波器单元，其中：所述电流检测单元包括第一电流 互感器，所述第一电流互感器连接在所述串联变压器单元的一次侧和所述控制单元之间， 所述第一电流互感器检测所述串联变压器单元的一次侧电流，并将所述一次侧电流输出至 所述控制单元;所述控制单元包括第一电流处理电路和电流发生电路，所述第一电流处理 电路的输入端和所述第一电流互感器连接，所述第一电流处理电路的输出端与所述电流发 生电路的输入端连接，所述电流发生电路的输出端与所述串联变压器单元的二次侧两端连 接，所述第一电流处理电路接收到所述一次侧电流后提取所述一次侧电流的基波分量和谐 波分量，并将所述一次侧电流的基波分量和谐波分量分别转换为与所述一次侧电流的基波 分量相位相反、大小相同的电流基波指令信号和与所述一次侧电流的谐波分量相位相同、 大小为所述一次侧电流的谐波分量的K倍的电流谐波指令信号，再将所述电流基波指令信 号和所述电流谐波指令信号输出给所述电流发生电路，所述电流发生电路根据所述电流基 波指令信号和所述电流谐波指令信号产生相应电流，并将该电流输出至所述串联变压器单 元的二次侧，其中1<κ<20;所述串联变压器单元的一次侧两端串联在所述接入电网和所 述谐波源负载之间;所述无源滤波器单元是设置在所述串联变压器单元和所述谐波源负载 之间的支路电路。
[0007] 优选地，所述电流检测单元还包括第二电流互感器，所述第二电流互感器连接在 所述串联变压器单元的二次侧和所述控制单元之间，所述第二电流互感器检测所述串联变 压器单元的二次侧电流，并将所述二次侧电流输出至所述控制单元;所述控制单元还包括 第二电流处理电路，所述第二电流处理电路的输入端和所述第二电流互感器连接，所述第 二电流处理电路的输出端与所述电流发生电路的输入端连接，所述第二电流处理电路接收 到所述二次侧电流后提取所述二次侧电流的基波分量和谐波分量，并将所述二次侧电流的 基波分量和谐波分量转换为电流基波反馈信号和电流谐波反馈信号，再将所述电流基波反 馈信号和所述电流谐波反馈信号输出给所述电流发生电路，所述电流发生电路根据所述电 流基波反馈信号和所述电流谐波反馈信号进行闭环控制。
[0008] 优选地，所述电流发生电路采用逆变器。
[0009] 本发明还公开了一种三相制的有源电力滤波器，应用于三相制电力系统，所述三 相制电力系统包括接入电网和谐波源负载，所述三相制的有源电力滤波器包括三组如上所 述的单相制的有源滤波器，其中三组所述单相制的有源电力滤波器相互独立。
[0010]本发明还公开了一种三相制的有源电力滤波器，应用于三相制电力系统，所述三 相制电力系统包括接入电网和谐波源负载，所述三相制的有源电力滤波器包括三组如上所 述的单相制的有源滤波器，其中的三组所述电流发生电路合并采用三相逆变器实现，三组 所述第一电流互感器、所述第一电流处理电路、所述串联变压器单元和所述无源滤波器单 元相互独立。
[0011]本发明还公开了一种三相制的有源电力滤波器，应用于三相制电力系统，所述三 相制电力系统包括接入电网和谐波源负载，所述三相制的有源电力滤波器包括三组如上所 述的单相制的有源滤波器，其中的三组所述电流发生电路合并采用三相逆变器实现，三组 所述第一电流互感器、所述第一电流处理电路、所述第二电流互感器、所述第二电流处理电 路、所述串联变压器单元和所述无源滤波器单元相互独立。
[0012] 本发明另外还公开了一种有源电力滤波器的控制方法，所述有源电力滤波器包括 电流检测单元、控制单元、串联变压器单元和无源滤波器单元，控制方法包括以下步骤:所 述电流检测单元检测所述串联变压器单元的一次侧电流后将所述一次侧电流输出给所述 控制单元;所述控制单元接收所述一次侧电流后提取所述一次侧电流的基波分量和谐波分 量，然后将所述一次侧电流的基波分量和谐波分量分别转换为与所述一次侧电流的基波分 量相位相反、大小相同的电流基波指令信号和与所述一次侧电流的谐波分量相位相同、大 小为所述一次侧电流的谐波分量的K倍的电流谐波指令信号;所述控制单元生成与所述电 流基波指令信号和所述电流谐波指令信号成比例的相应电流，并将该电流输出至所述串联 变压器单元的二次侧，其中I <Κ<20;所述无源滤波器单元接收谐波源负载的谐波电流。
[0013] 优选地，控制方法还包括以下步骤:所述电流检测单元检测所述串联变压器单元 的二次侧电流后将所述二次侧电流输出给所述控制单元;所述控制单元接收所述二次侧电 流后提取所述二次侧电流的基波分量和谐波分量，然后将所述二次侧电流的基波分量和谐 波分量分别转换为电流基波反馈信号和电流谐波反馈信号，所述控制单元根据所述电流基 波反馈信号和所述电流谐波反馈信号进行闭环控制。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明的有源电力滤波器及其控制方 法，通过控制系统将串联变压器的一次侧电流的基波分量和谐波分量分别进行处理成对应 的指令信号并生成相