一种新型的混合有源滤波器及控制方法

摘要

本发明涉及一种新型的混合有源滤波器及控制方法。所述系统包括无源滤波模块和有源滤波模块两部分，所述新型电池系统由无源滤波模块和有源滤波模块直接串联构成。通过无源滤波模块来承担电网的基波电压，通过有源滤波模块来补偿谐波电流，能够解决传统无滤波器占地面积大、容易与交流系统阻抗引发谐振曲线的缺陷问题，从而大幅提升有源滤波装置适用的电压等级。

说明书

技术领域

本发明涉及新型电池设计领域，特别是涉及一种新型的混合有源滤波器及控制方法。

背景技术

直流系统作为交流电网中重要的谐波源，换流阀一般采用的是12脉动阀组，由于换流阀工作过程中伴随着开关阀的快速转换，因此，将伴随产生大量的谐波，这对于供电的质量影响重大。换流器的功能决定了换流的过程中将会产生大量的谐波，注入交流系统，引起交流电网畸变。目前治理LCC-HVDC系统产生的注入交流电网的谐波的常规方式是在换流站交流母线处加装无源滤波器，该方案虽能在较大程度上解决谐波注入电网的问题，但无源滤波器有其固有缺陷：滤波设备及无功补偿装置的占地面积约占换流站总面积的1/3，是换流站中最主要的占地成本之一；无源滤波器的滤波效果与交流系统的阻抗特性关系紧密，可能会在某些频率下引发谐振，加重交流系统的谐波污染；同时，无源滤波器的元件设备参数会随时间发生变化，导致调谐点偏移，影响滤波效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的混合有源滤波器及控制方法，能够解决传统无滤波器占地面积大、容易与交流系统阻抗引发谐振曲线的缺陷问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种新型的混合有源滤波器，包括：有源滤波模块和无源滤波模块，所述有源滤波模块和无源滤波模块串联连接。

可选的，所述有源滤波模块基于级联H桥结构，所述有源滤波模块包括n个级联子系统，各所述级联子系统包括一个电感和一个与所述电感串联的级联子模块。

可选的，各所述级联子模块包括4个IGBT，每两个所述IGBT通过串联形成一个桥臂，所述IGBT的集电极和另一个所述IGBT的发射极相连，所述级联子模块的两个桥臂并联后形成两个公共端，将发射极公共端连接电池的阳极，集电极公共端连接电池的阴极，所述级联子模块的接口从每组桥臂上引出，引出口位于上方所述IGBT的发射极到下方IGBT的集电极之间；各所述级联子模块由相同数目的H桥模块串联在一起，所述级联子模块一端通过串联一个电感后互联形成公共端，记为第一端口，所述第一端口与所述无源滤波模块连接；级联子模块另一端通过互联形成另一个公共端，记为第二端口。

可选的，所述无源滤波模块采用12/24次单调谐滤波器。

可选的，所述12/24次单调谐滤波器包括一组并联的12次单协调滤波器和24次单协调滤波器，所述12次单协调滤波器和所述24次单协调滤波器均包含一个电容和一个电感，所述电容和所述电感串联连接，所述电容并联的一端记为第三端口，所述第三端口与三相交流输出端连接，所述电感并联的一端记为第四端口，所述第二端口与所述第一端口连接。

一种有源滤波器模块涉及的级联H桥的控制方法，包括：

获取电网交流电压u

将所述电网交流电压u

将所述负荷侧电流i

检测有源滤波模块n组桥臂中子模块直流侧的电压，分别记为u

将各所述调制波m

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的新型电池系统涉及的硬件结构包括无源滤波模块和有源滤波模块两部分，所述的新型电池系统由无源滤波模块和有源滤波模块直接串联构成。通过无源滤波模块来承担电网的基波电压，通过有源滤波模块来补偿谐波电流，能够解决传统无滤波器占地面积大、容易与交流系统阻抗引发谐振曲线的缺陷问题，从而大幅提升改混合型有源滤波装置适用的电压等级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明新型的混合有源滤波器组成示意图；

图2为本发明新型的混合有源滤波器的接入方式及拓扑结构图；

图3为本发明级联子模块的内部结构拓扑图；

图4为本发明级联子系统控制策略流程示意图；

图5为本发明H桥调制波控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种新型的混合有源滤波器及控制方法，能够解决传统无滤波器占地面积大、容易与交流系统阻抗引发谐振曲线的缺陷问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明新型的混合有源滤波器组成示意图。如图1所示，一种新型的混合有源滤波器包括：有源滤波模块1和无源滤波模块2，所述有源滤波模块和无源滤波模块2串联连接。所述有源滤波模块1基于级联H桥结构，所述有源滤波模块1包括n个级联子系统，各所述级联子系统包括一个电感和一个与所述电感串联的级联子模块。各所述级联子模块包括4个IGBT，每两个所述IGBT通过串联形成一个桥臂，所述IGBT的集电极和另一个所述IGBT的发射极相连，所述级联子模块的两个桥臂并联后形成两个公共端，将发射极公共端连接电池的阳极，集电极公共端连接电池的阴极，所述级联子模块的接口从每组桥臂上引出，引出口位于上方所述IGBT的发射极到下方IGBT的集电极之间；各所述级联子模块由相同数目的H桥模块串联在一起，所述级联子模块一端通过串联一个电感后互联形成公共端，记为第一端口，所述第一端口与所述无源滤波模块2连接；级联子模块另一端通过互联形成另一个公共端，记为第二端口。

所述无源滤波模块2采用12/24次单调谐滤波器。所述12/24次单调谐滤波器包括一组并联的12次单协调滤波器和24次单协调滤波器，所述12次单协调滤波器和所述24次单协调滤波器均包含一个电容和一个电感，所述电容和所述电感串联连接，所述电容并联的一端记为第三端口，所述第三端口与三相交流输出端连接，所述电感并联的一端记为第四端口，所述第二端口与所述第一端口连接。

以下结合附图来对本发明的新型的混合有源滤波器进行具体介绍。

图2为本发明新型的混合有源滤波器的接入方式及拓扑结构图。本发明的结构是：12/24单协调无源滤波器、基于级联H桥拓扑结构的有源滤波器顺序连接。无源滤波器由12次单协调滤波器和24次单协调滤波器并联组成，并联后的一端记为端口a，接三相交流输出端(电网)，另一端记为端口b，串接有源滤波器的公共端c；有源滤波器由n组桥臂并联构成，每组桥臂由若干个子模块串联形成，通过无源滤波器的端口a接入电网与谐波源(负荷)之间。每组级联子模块由相同数目的H桥模块串联在一起，一端通过串联一个电感后互联形成公共端，记为端口c，连接到无源滤波器；另一端也通过互联形成另一个公共端，记为端口d。

图3为本发明级联子模块的内部结构拓扑图。每个子模块由4个IGBT组成，编号为1、4的两个IGBT串联形成一个桥臂，1号IGBT的集电极和4号IGBT的发射极相连；3号IGBT的集电极和2号IGBT的发射极相连。子模块的两个桥臂并联后形成两个公共端，然后将1、3号IGBT的发射极公共端连接电池的阳极，4、2号IGBT的集电极公共端连接电池的阴极。子模块的第一个接口引出范围为1号IGBT的发射极到4号IGBT集电极之间，第二个接口引出范围为3号IGBT的发射极到2号IGBT集电极之间。每组级联子模块由相同数目的H桥模块串联在一起，一端通过串联一个电感后互联形成公共端，再连接到无源滤波器，另一端也通过互联形成另一个公共端。

图4为本发明级联子系统控制策略流程示意图。总体思路为：输入电网电流i

步骤101：获取电网交流电压u

步骤102：将所述电网交流电压u

步骤103：将所述负荷侧电流i

步骤104：检测有源滤波模块n组桥臂中子模块直流侧的电压，分别记为u

以级联子模块数目等于3为例，直流侧平均电压通过下式计算：

式中，u

4个准比例谐振控制器的传递函数分别为：

其中，K

图5为本发明H桥调制波控制框图。输入有源滤波器交流侧输出电压u

步骤105：将各所述调制波m

从电池系统中检测SOC，得出有源滤波器3组桥臂中第i个子模块中电池的SOC

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。