本發(fā)明涉及電力諧波抑制領域，具體是一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法。

背景技術：

目前，電力電子設備廣泛應用于各行各業(yè)，這些設備的使用，給電力系統(tǒng)帶來了大量的電力諧波以及無功分量，造成電網電壓和電網電流波形畸變嚴重，致使電能質量下降，嚴重時，會造成電氣設備故障和事故。

為了抑制這些負載產生的電力諧波對電網的影響，常用的方案有3種：并聯(lián)有源濾波器(apf)、無源濾波器(ppf)及混合有源濾波器(hapf)等裝置。無源濾波器由電抗器、電容器及電阻器構成，可實現(xiàn)補償無功的同時，可抑制特定次諧波電流，其結構簡單、投資少，受電網及其他負載的影響，會使得該特定次諧波電流被放大，甚至會造成無源濾波器元件的損壞，同時，濾波器參數的變化也大大影響其性能；有源濾波器是一種可以動態(tài)補償諧波電流的裝置，可以實現(xiàn)各次諧波的動態(tài)補償并具有多種補償功能，受電力電子器件工作電壓的限制，有源濾波器不適合應用于高壓系統(tǒng)，成本較高；混合有源濾波器是由有源濾波器和無源濾波器構成，它具有無源方案低成本和有源方案快速補償無功和抑制諧波的優(yōu)點，同時可避免無源濾波器存在的問題。為了解決這一問題，專利文獻zl201110027339.7“混合電力濾波器”采用有源濾波器、輸出濾波器、耦合變壓器和無源濾波器組相串聯(lián)，利用無源濾波器組濾除船舶電網中固定次數的諧波，有源濾波器通過耦合變壓器實現(xiàn)動態(tài)補償，實現(xiàn)較小容量有源濾波器用于系統(tǒng)無功補償及其他非特征次諧波的抑制。這種方法增加了耦合變壓器，也增大了系統(tǒng)的體積和成本，同時有源濾波器在實現(xiàn)系統(tǒng)的無功補償及其他非特征次諧波的抑制中并不能真正減小系統(tǒng)內有源濾波器的容量。專利文獻201310073930.5“混合電力濾波器主電路”介紹了一種混合電力濾波器主電路，電路由無源濾波電路、有源濾波電路和測量電路等組成，其中無源濾波電路由雙調諧濾波支路與基波分壓串聯(lián)雙調諧濾波支路組成，解決了專利文獻zl201110027339.7中耦合變壓器帶來體積大和成本增高的缺陷，但在三相電路中每相采用兩條雙調諧濾波電路使系統(tǒng)結構和元件參數的選擇變得更加復雜。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法。該裝置的拓撲結構由有源濾波部分和無源濾波部分串聯(lián)組成，利用無源濾波部分承擔電網的大部分電壓，有效降低有源部分工作電壓，從而降低有源部分的容量；有源部分承擔抑制特定次諧波電流的控制。有源部分和無源部分的有機組合解決了現(xiàn)有無源濾波器電流不可控的缺陷，使系統(tǒng)具有無源方案低成本和有源方案快速補償無功和抑制諧波的優(yōu)點?？捎行Ы档拖到y(tǒng)的成本和體積和成本。

為達到上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：

一種混合型諧波抑制器，包括交流電源us及其等效阻抗ls、電感l(wèi)1、電容c1、電感l(wèi)2、電容c2、電容c、全控型逆變單元和與該諧波抑制器并聯(lián)的非線性負載，所述的電容c與全控型逆變單元直流側并聯(lián)，所述全控型逆變單元交流側①端與電感l(wèi)1①端相連，所述電感l(wèi)1②端、電容c1①端和電容c2②端相連，所述電容c1②端、全控型逆變單元交流側②端、和交流電源us的n端相連，所述電容c2①端與電感l(wèi)2②端相連，所述電感l(wèi)2①端與非線性負載相連；

優(yōu)選的，所述的混合型諧波抑制器的電容c1的容量為電容c2容量的10倍；

優(yōu)選的，所述的混合型諧波抑制器的電容c2和電感l(wèi)2構成單諧振支路，其諧振頻率與特定次諧波的頻率一致；

優(yōu)選的，所述的混合型諧波抑制器的控制方法通過以下步驟實現(xiàn)特定次諧波的控制：

第一步、根據應用場合，選定需要濾除的特定次諧波的頻率；

第二步、根據選定的頻率，按照諧振電路的工作原理，獲得l1、l2、c1、c2和c的具體參數；

第三步、獲得流過非線性負載電流的特定次諧波值、交流電源us的頻率、流過l2的電流il2和電容c1的端電壓uc1；

第四步、通過分析流過非線性負載電流的特定次諧波值和流過l2的電流il2、交流電源us的頻率和電容c1的端電壓uc1的獲得全控型逆變單元輸出電流的期望值。

第五步、采用雙閉環(huán)控制策略對全控型逆變單元進行控制，其中，根據補償電流的大小設定全控型逆變單元電壓外環(huán)的給定值，將步驟4獲得的期望值設定為全控型逆變單元電流內環(huán)的給定值。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果：

本發(fā)明一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法的優(yōu)點和積極效果是：由有源濾波部分和無源濾波部分相串聯(lián)構成的串聯(lián)構成的混合型諧波抑制器，結構簡單，實施成本低；利用無源濾波部分承擔電網的大部分電壓，有效降低有源部分元器件的工作電壓，從而大大降低了有源部分的工作容量，大大降低了系統(tǒng)的成本他體積；利用有源部分承擔抑制特定次諧波電流的控制，實現(xiàn)動態(tài)補償，解決了現(xiàn)有無源濾波器電流不可控的缺陷，使系統(tǒng)具有無源方案低成本和有源方案快速補償無功和抑制諧波的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法所采用的主回路結構圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法中獲取sinωst、cosωst、sin5ωst和cos5ωst的方法；

圖3為本發(fā)明提出的一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法所采用的控制結構框圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種混合型諧波抑制器的結構及其控制方法，實現(xiàn)對非線性負載產生的電力諧波對電網影響的有效抑制。

為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。按照圖1連接方式構成一種混合型諧波抑制器，系統(tǒng)主要包括有源濾波和無源濾波兩部分。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。在這里以抑制5次諧波為例介紹具體實施方法：

(1)根據應用場合，選定需要濾除的特定次諧波頻率為電源us頻率ωs的5倍即5次諧波；

(2)根據選定的頻率，按照電路諧振條件和電容c2耐壓值，設計出電感l(wèi)2和電容c2的具體參數；

(3)根據全控型逆變單元輸出電流所允許的最大變化率，設計電感l(wèi)1的具體參數；

(4)根據補償諧波容量和電容c1端電壓設計電容c的具體參數；

(5)如圖2所示，交流電源us經pll可獲得交流電源us的角相位ωst，進而得到sinωst、cosωst、sin5ωst和cos5ωst；

(6)將負載電流il延遲1/4周期，形成與負載電流il相正交的虛擬電流分量i′l，同時將流過電感l(wèi)2電流il2延遲1/4周期形成與il2相正交的虛擬電流分量i′l2；

(7)如圖3所示，圖中相應變量參數檢測和計算方法如下：

(8)由電壓鎖相環(huán)電路得到sin5ωst和cos5ωst，根據公式(1)(2)得到將電流il及其虛擬電流分量i′l和電流il2及其虛擬電流分量i′l2分別進行5倍頻的旋轉坐標變換，獲得電流il的d5軸和q5軸分量ild5和ilq5，及電流il2的d5軸和q5軸分量il2d5和il2q5；

(9)由電壓鎖相環(huán)電路得到sinωst和cosωst，根據公式(3)得到電流il2及其虛擬電流分量i′l2分別進行旋轉坐標變換，獲得電流il的d1軸和q1軸分量i′l2d1和i′l2q1；

(10)再通過低通濾波器lpf，可得電流il的d5軸和q5軸分量ild5和ilq5的直流分量和電流il2的d5軸和q5軸分量il2d5和il2q5的直流分量和及電流il2的d1軸和q1軸分量il2d1和il2q1的直流分量和

(11)將有源濾波部分的直流側電壓期望值與直流側電壓的實際值udc相減后的差值通過pi調節(jié)器，獲得電壓環(huán)的基頻的旋轉坐標d1軸的電流指令值

(12)把圖3中的與和與相減后的差值通過pi調節(jié)器，分別獲得控制有源濾波部分的直流側電壓的旋轉坐標d1軸的電壓分量urd1和q1軸的電壓分量urq1，再由式(4)：

urn1＝urd1cosωst-urq1sinωst(4)

得到控制有源濾波部分的直流側電壓的控制量urn1；

(12)把圖3中的與和與相減后的差值通過pi調節(jié)器，分別獲得控制特定次諧波(5次諧波)的在旋轉坐標d5軸的電壓分量urd5和q5軸的電壓分量urq5，再由式(5)：

urn5＝urd5cos5ωst-urq5sin5ωst(5)

得到控制特定次諧波(5次諧波)的控制量urn5；

(13)將控制5次諧波電流的電壓控制量urn5和控制有源濾波部分的直流側電壓的控制量urn1進行疊加，得到圖1中逆變器交流側輸出的總控制電壓urn。

上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計方案前提下，本領域中普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。