CN105633969A - 一种有源滤波器电源谐波补偿***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源滤波器电源谐波补偿***，包括滤波单元、电压谐波检测单元、谐波阻抗计算单元、电压谐波补偿计算单元、负载电流谐波检测单元，综合补偿单元，所述滤波单元连接电网输出端；所述电压谐波检测单元连接电网输出端；所述谐波阻抗计算单元连接所述滤波单元输出端；所述电压谐波补偿计算单元连接所述电压谐波检测单元与所述谐波阻抗计算单元；负载电流谐波检测单元通过电流互感器连接负载；所述综合补偿单元连接所述电压谐波补偿计算单元、所述负载电流谐波检测单元。本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿***通过对滤波器自身引入的谐波电流进行计算，并综合负载侧谐波电流对电路进行补偿，使得电源滤波器滤波性能提高。

Description

一种有源滤波器电源谐波补偿***及方法
技术领域
本发明涉及滤波器电源，特别涉及一种有源滤波器电源谐波补偿***及方法。
背景技术
有源电力滤波器主要作用为补偿电力负载的谐波电流，通过安装在负载侧的电流互感器检测负载的谐波电流作为指令控制滤波器输出反向的谐波电流，进而使电网侧电流无谐波。
在进行有源电力滤波器设计时，为了减小滤波器本身输出的高频纹波，一般采用LCL输出滤波方式。由于电容滤波C的引入，在电网接入点将呈现一定的低频容抗特性，在电网加载电压时，将会导致无功电流的流入，特别是电网电压有谐波畸变时，将会引入一定的谐波电流，加深电网电流的畸变。在目前多数的工业现场，由于带载较重，现场环境电压畸变也较为严重，有源电力滤波器能够补偿负载的谐波电流；即，电源滤波器在进行滤波的时候自身也会产生谐波电流，然而现有技术均未对滤波器自身引入的谐波电流进行补偿，使得电源滤波器滤波性能较差。
发明内容
本发明在于克服现有技术的上述不足，提供一种能够对滤波器自身引入的谐波电流进行补偿，使得电源滤波器滤波性能提高的有源滤波器电源谐波补偿***及方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种有源滤波器电源谐波补偿***，包括滤波单元、电压谐波检测单元、谐波阻抗计算单元、电压谐波补偿计算单元、负载电流谐波检测单元，综合补偿单元，
所述滤波单元连接电网输出端，用于对电网输入的电压进行滤波；
所述电压谐波检测单元连接电网输出端，用于将电网输入的电压进行分解，得到基波电压与N次谐波电压；
所述谐波阻抗计算单元连接所述滤波单元输出端，用于计算所述滤波单元在谐波次数为N时的阻抗；
所述电压谐波补偿计算单元连接所述电压谐波检测单元与所述谐波阻抗计算单元，用于根据所述基波电压与N次谐波电压、所述在谐波次数为N时的阻抗，计算对应的N次谐波电流，并将所述对应的N次谐波电流的各次谐波电流合成为滤波器谐波电流；
负载电流谐波检测单元通过电流互感器连接负载，用于检测流过负载的N次谐波电流，将所述负载产生的N次谐波电流的各次谐波电流合成为负载谐波电流；
所述综合补偿单元连接所述电压谐波补偿计算单元、所述负载电流谐波检测单元，用于对所述滤波器谐波电流、所述负载谐波电流进行叠加，得到综合谐波电流，并根据所述综合谐波电流对负载进行补偿；
其中N为大于1的正整数。
进一步地，所述滤波单元包括第一电感、第二电感、电容，所述第一电感与所述第二电感串联，所述第一电感还连接电网输出端，所述电容并联与所述第一电感于所述第二电感之间。
进一步地，所述滤波单元还包括电阻，所述电阻与所述电容串联，所述谐波阻抗计算单元用于计算所述第一电感、所述电容、所述电感组成的电路在谐波次数为N时的阻抗。
本发明同时提供一种有源滤波器电源谐波补偿方法，包括以下步骤：
检测流过负载的电流的各次谐波电流，并对所述流过负载的电流的各次谐波电流叠加，得到负载谐波电流；
计算滤波电路产生的各次谐波电流，并对所述滤波电路产生的各次谐波电流叠加，得到滤波电路谐波电流；
将所述负载谐波电流与所述滤波器谐波电流相加得到综合谐波电流，根据所述综合谐波电流对负载进行补偿。
进一步地，所述计算滤波电路产生的各次谐波电流包括：
检测所述滤波电路输入端的各次谐波电压；
检测所述滤波电路的各次谐波电压对应的阻抗；
根据所述各次谐波电压和所述各次谐波电压对应的阻抗计算滤波电路各次谐波对应的电流。
进一步地，述滤波电路包括第一电感、第二电感、电容，所述第一电感与所述第二电感串联，所述第一电感还连接电网输出端，所述电容并联与所述第一电感于所述第二电感之间。
进一步地，所述滤波电路还包括电阻，所述电阻与所述电容串联，检测所述滤波电路的各次谐波电压对应的阻抗为，检测所述第一电感、所述电容、所述电感组成的电路在谐波次数为N时的阻抗。
进一步地，所述各次谐波电压与所述各次谐波电流采用FFT算法进行计算，谐波阻抗的计算公式为：
其中L1为所述第一电感的电感值，C为所述电容的电容值，R为所述电阻的电阻值，w为各次谐波角频率。
进一步地，当R＝0时，所述谐波阻抗的计算公式用于计算基波阻抗，并根据基波电压与所述基波阻抗计算基波无功电流，对负载进行补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿***通过对滤波器自身引入的谐波电流进行计算，并综合负载侧谐波电流对电路进行补偿，使得电源滤波器滤波性能提高。
附图说明
图1所示是本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿***模块框图。
图2所示是本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿***结构图。
图3所示是本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿方法流程框图。
图4所示是本发明的一个具体实施例中的单次谐波电压分解与谐波阻抗计算示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
图1所示是本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿***模块框图，包括滤波单元、电压谐波检测单元、谐波阻抗计算单元、电压谐波补偿计算单元、负载电流谐波检测单元，综合补偿单元，
所述滤波单元连接电网输出端，用于对电网输入的电压进行滤波；
所述电压谐波检测单元连接电网输出端，用于将电网输入的电压进行分解，得到基波电压与N次谐波电压；
所述谐波阻抗计算单元连接所述滤波单元输出端，用于计算所述滤波单元在谐波次数为N时的阻抗；
所述电压谐波补偿计算单元连接所述电压谐波检测单元与所述谐波阻抗计算单元，用于根据所述基波电压与N次谐波电压、所述在谐波次数为N时的阻抗，计算对应的N次谐波电流，并将所述对应的N次谐波电流的各次谐波电流合成为滤波器谐波电流；
负载电流谐波检测单元通过电流互感器连接负载，用于检测流过负载的N次谐波电流，将所述负载产生的N次谐波电流的各次谐波电流合成为负载谐波电流；
所述综合补偿单元连接所述电压谐波补偿计算单元、所述负载电流谐波检测单元，用于对所述滤波器谐波电流、所述负载谐波电流进行叠加，得到综合谐波电流，并根据所述综合谐波电流对负载进行补偿；
其中N为大于1的正整数。
本发明的一种有源滤波器电源谐波补偿***通过对滤波器自身引入的谐波电流进行计算，并综合负载侧谐波电流对电路进行补偿，使得电源滤波器滤波性能提高。
在一个具体实施例中参看图2，所述滤波单元包括第一电感、第二电感、电容，所述第一电感与所述第二电感串联，所述第一电感还连接电网输出端，所述电容并联与所述第一电感于所述第二电感之间。
所述滤波单元还包括电阻，所述电阻与所述电容串联，所述谐波阻抗计算单元用于计算所述第一电感、所述电容、所述电感组成的电路在谐波次数为N时的阻抗。
有源电力滤波器采用LCL滤波方式，汇入电力***总线后，将不会因为工业现场电网电压的畸变而引入谐波电流，补偿效果更好。
本发明同时提供一种有源滤波器电源谐波补偿方法，包括以下步骤：
检测流过负载的电流的各次谐波电流，并对所述流过负载的电流的各次谐波电流叠加，得到负载谐波电流；
计算滤波电路产生的各次谐波电流，并对所述滤波电路产生的各次谐波电流叠加，得到滤波电路谐波电流；
将所述负载谐波电流与所述滤波器谐波电流相加得到综合谐波电流，根据所述综合谐波电流对负载进行补偿。
进一步地，所述计算滤波电路产生的各次谐波电流包括：
检测所述滤波电路输入端的各次谐波电压；
检测所述滤波电路的各次谐波电压对应的阻抗；
根据所述各次谐波电压和所述各次谐波电压对应的阻抗计算滤波电路各次谐波对应的电流。
进一步地，述滤波电路包括第一电感、第二电感、电容，所述第一电感与所述第二电感串联，所述第一电感还连接电网输出端，所述电容并联与所述第一电感于所述第二电感之间。
进一步地，所述滤波电路还包括电阻，所述电阻与所述电容串联，检测所述滤波电路的各次谐波电压对应的阻抗为，检测所述第一电感、所述电容、所述电感组成的电路在谐波次数为N时的阻抗。
进一步地，所述各次谐波电压与所述各次谐波电流采用FFT算法进行计算，谐波阻抗的计算公式为：
其中L1为所述第一电感的电感值，C为所述电容的电容值，R为所述电阻的电阻值，w为各次谐波角频率。
进一步地，当R＝0时，所述谐波阻抗的计算公式用于计算基波阻抗，并根据基波电压与所述基波阻抗计算基波无功电流，对负载进行补偿。
实施例1：
本实施例示出了对于50Hz频率的电网，有源电力滤波器将引入的5次谐波电流的计算，具体的参看图4，图4为分解出的基波电压V1n＝1和五次谐波电压
V2n＝5。谐波阻抗回路由L1、C和R组成,其阻抗为对于有源电力滤波器而言，L1，C和R都是固定设计参数，可以直接用于计算其对于每次谐波的阻抗参数值。w为各次谐波角频率,因此w＝2πf，f为谐波频率。
5次谐波电流计算方法为：
谐波阻抗带入滤波器设计的L1、C和R参数将得到5次谐波阻抗Z5，由此将可以计算出5次的谐波电流给定将此次谐波电流给定与负载侧电流互感器检测的5次谐波电流综合，就是加入有源电力滤波器后整个电力***总共的5次谐波电流。以此类推，有源电力滤波器引入的各次谐波电流都可以以此方式计算并综合。
通过这种补偿方法，有源电力滤波器采用LCL滤波方式，汇入电力***总线后，将不会因为工业现场电网电压的畸变而引入谐波电流，有效的解决负载侧电流检测时有源电力滤波器电源引入的谐波电流的补偿问题，补偿效果更好，且没有增加任何硬件成本。
不仅仅针对谐波电流，本方法也可以计算有源电力滤波器引入的基波无功，由于***设计时L1和R都较小，因此有源电力滤波器LCL回路对于基波主要呈现大的容抗，在进行基波计算时可忽略流入的有功电流，也就是忽略R(R＝0)，则通过电压谐波检测模块，使用FFT计算出基波电压，最终由基波电压与基波阻抗Z1计算出基波无功电流i1，将基波无功电流i1送给闭环控制器补偿有源电力滤器引入的基波无功电流。
本发明不仅能够补偿引入的谐波污染，同时也可以补偿吸收的容性无功电流。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (9)

1.一种有源滤波器电源谐波补偿***，其特征在于，包括滤波单元、电压谐波检测单元、谐波阻抗计算单元、电压谐波补偿计算单元、负载电流谐波检测单元，综合补偿单元，
所述滤波单元连接电网输出端，用于对电网输入的电压进行滤波；
所述电压谐波检测单元连接电网输出端，用于将电网输入的电压进行分解，得到基波电压与N次谐波电压；
所述谐波阻抗计算单元连接所述滤波单元输出端，用于计算所述滤波单元在谐波次数为N时的阻抗；
所述电压谐波补偿计算单元连接所述电压谐波检测单元与所述谐波阻抗计算单元，用于根据所述基波电压与N次谐波电压、所述在谐波次数为N时的阻抗，计算对应的N次谐波电流，并将所述对应的N次谐波电流的各次谐波电流合成为滤波器谐波电流；
负载电流谐波检测单元通过电流互感器连接负载，用于检测流过负载的N次谐波电流，将所述负载产生的N次谐波电流的各次谐波电流合成为负载谐波电流；
所述综合补偿单元连接所述电压谐波补偿计算单元、所述负载电流谐波检测单元，用于对所述滤波器谐波电流、所述负载谐波电流进行叠加，得到综合谐波电流，并根据所述综合谐波电流对负载进行补偿；
其中N为大于1的正整数。
2.根据权利要求1所述一种有源滤波器电源谐波补偿***，其特征在于，所述滤波单元包括第一电感、第二电感、电容，所述第一电感与所述第二电感串联，所述第一电感还连接电网输出端，所述电容并联与所述第一电感于所述第二电感之间。
3.根据权利要求1所述一种有源滤波器电源谐波补偿***，其特征在于，所述滤波单元还包括电阻，所述电阻与所述电容串联，所述谐波阻抗计算单元用于计算所述第一电感、所述电容、所述电感组成的电路在谐波次数为N时的阻抗。
4.一种有源滤波器电源谐波补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测流过负载的电流的各次谐波电流，并对所述流过负载的电流的各次谐波电流叠加，得到负载谐波电流；
计算滤波电路产生的各次谐波电流，并对所述滤波电路产生的各次谐波电流叠加，得到滤波电路谐波电流；
将所述负载谐波电流与所述滤波器谐波电流相加得到综合谐波电流，根据所述综合谐波电流对负载进行补偿。
5.根据权利要求1所述的一种有源滤波器电源谐波补偿方法，其特征在于，所述计算滤波电路产生的各次谐波电流包括：
检测所述滤波电路输入端的各次谐波电压；
检测所述滤波电路的各次谐波电压对应的阻抗；
根据所述各次谐波电压和所述各次谐波电压对应的阻抗计算滤波电路各次谐波对应的电流。
6.根据权利要求5所述的一种有源滤波器电源谐波补偿方法，其特征在于，述滤波电路包括第一电感、第二电感、电容，所述第一电感与所述第二电感串联，所述第一电感还连接电网输出端，所述电容并联于所述第一电感与所述第二电感之间。
7.根据权利要求6所述一种有源滤波器电源谐波补偿方法，其特征在于，所述滤波电路还包括电阻，所述电阻与所述电容串联；
所述检测所述滤波电路的各次谐波电压对应的阻抗为，检测所述第一电感、所述电容、所述电感组成的电路在谐波次数为N时的阻抗。
8.根据权利要求7所述的一种有源滤波器电源谐波补偿方法，其特征在于，
所述各次谐波电压与所述各次谐波电流采用FFT算法进行计算，谐波阻抗的计算公式为：
其中L1为所述第一电感的电感值，C为所述电容的电容值，R为所述电阻的电阻值，w为各次谐波角频率。
9.根据权利要求8所述的一种有源滤波器电源谐波补偿方法，其特征在于，当R＝0时，所述谐波阻抗的计算公式用于计算基波阻抗，并根据基波电压与所述基波阻抗计算基波无功电流，对负载进行补偿。
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