一种基于利用有源电力滤波器改善电能质量的方法

摘要

一种基于利用有源电力滤波器改善电能质量的方法，属于电力系统技术领域，所述方法为通过在拓扑结构的输出端增加开关，从而对不同负荷的不同阶段进行滤波部分投入，保护电路上端为三组由R、L构成的无源滤波器PPF分别连接电网的A、B、C相，下端连接着注入式有源滤波器IAPF，在PPF两端并联由时间继电器构成的控制开关K1、K2、K3，R1、R2是开关转换器。本发明在串联谐振注入式有源滤波器APF并联无源滤波器PPF的有源电力滤波器拓扑结构基础之上，通过采用在APF上并联延时开关，并适时调节开关的通断，实现了对不同负荷的不同阶段进行滤波部分投入的控制，从而能够进一步的对电能质量进行改善。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于利用有源电力滤波器改善电能质量的方法。

背景技术

随着电力电子装置的广泛使用，电力系统谐波污染问题日益严重。谐波污染不仅对国民经济造成了巨大损失，而且也极大地威胁着人身安全。电力系统谐波危害主要体现在以下几个方面：

1.电容器件的谐波放大；

2.增大电力系统的损耗；

3.引起继电保护以及其他自动装置的误动作；

4.干扰相邻的通信系统；

对于传统的无源滤波器抑制谐波的方法，滤波器特性对电网参数的依赖较大，而实际运行中电网参数会随工况改变，因而降低滤波器的补偿精度。而且无源滤波器只能抑制特定次频率谐波，不能实现对谐波的全补偿，同时无源滤波器的体积和损耗较大。

为了克服无源滤波器的缺点，获得更好的补偿特性，人们提出了有源滤波器改善电能质量的方法（APF）。有源电力滤波器不仅可以动态补偿幅值和频率都变化的谐波，还可实现对无功分量的选择性补偿，随着电力电子技术的发展，有源滤波器的装置容量逐步提高，在电能质量控制领域得到了广泛的应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明在串联谐振注入式有源滤波器 APF并联无源滤波器PPF的有源电力滤波器拓扑结构基础之上，通过采用在APF上并联延时开关，并适时调节开关的通断，实现了对不同负荷的不同阶段进行滤波部分投入的控制，从而能够进一步的对电能质量进行改善。

本发明采用如下技术方案：

一种基于利用有源电力滤波器改善电能质量的方法，所述方法为在串联谐振注入式有源滤波器 APF并联无源滤波器PPF有源电力滤波器拓扑结构的基础上，通过在拓扑结构的输出端增加开关，从而对不同负荷的不同阶段进行滤波部分投入，其具体拓扑结构为：保护电路上端为三组由R、L构成的无源滤波器PPF分别连接电网的A、B、C相，下端连接着注入式有源滤波器IAPF，在PPF两端并联由时间继电器构成的控制开关 K1、K2、K3，R1、R2是开关转换器，控制混合有源滤波器结构的转换；在开始阶段K1、K2、K3处于闭合状态，根据生产流程需要，在一定时间之后控制开关K与投切开关R1、R2同时进行切换，使K断开，IAPF无冲击投入，之后控制器得到复位指令，使R1、R2、K闭合，完成一个周期的滤波。

在传统串联谐振注入式APF+并联PPF拓扑结构中，注入式APF串联到电网，PPF并联接入电网之中，这样无源部分既可以滤除谐波也可以作无功补偿，且滤掉的谐波电流不会流入APF，这种拓扑结构本身就具有结构简单、谐波补偿效果好、逆变容量小的优点。在拓扑机构PPF部分增设一组定时开关，在波形位于波峰的时刻，通过时间继电器控制开关切换，可以瞬间切去无源滤波部分，使得注入支路电流明显激增，从而减小了对有源滤波部分的PWM逆变器以及高频电感的冲击，既能对滤波设备的安全运行提供了必要的保护，又使得滤波系统输出的电能质量得到进一步的优化。

附图说明

图1为传统串联谐振注入式 APF 与并联型 PPF 相结合的拓扑结构；

图2为本发明中通过增加定时开关的改进串联谐振注入式 APF 与并联型 PPF相结合的拓扑结构；

图3为加入改进拓扑结构注入支路电流仿真波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出了一种在串联谐振注入式 APF+并联PPF有源电力滤波器拓扑结构的基础上，通过在拓扑结构的输出端增加开关，从而实现对不同负荷的不同阶段进行滤波部分投入，从而改善电能质量的方式。其具体拓扑结构为：保护电路上端是三组由R、L构成的无源滤波器(PPF)分别连接电网的A、B、C相，下端连接着注入式有源滤波器(IAPF)，在PPF两端并联着由时间继电器构成的控制开关 K

在开始阶段K

由于基波串联谐振支路和注入支路的作用,有源部分承受的基波电压非常小,也几乎没有基波电流流入,其容量可以大大降低,适合于高压大容量系统的应用,初期投资也较小,其无源部分还可以承担一定的无功补偿任务。

（1）传统串联谐振注入式APF与并联型PPF相结合的拓扑结构。这种形式是将注入式 APF 串联到电网，而PPF则是并联接入电网，这样无源部分既可以滤除谐波也可以作无功补偿，且滤掉的谐波电流不会流入APF，这就使得该拓扑结构具有较好的谐波补偿性能和较小的逆变器容量。

（2）本发明基于电弧炉系统在生产过程中电能质量改善与谐波抑制为例，对串联谐振注入式APF+并联PPF增加定时开关的改进方法进行了阐述。如图2所示：开关K控制着保护电路的投切，保护电路上端连接着电弧炉电网，下端连接着注入式有源滤波器(IAPF)。控制开关K在冶炼开始时处于闭合状态，还原期开始时，控制开关K与投切开关R1、R2同时进行切换，使K断开，实现IAPF的无冲击投入，氧化期结束后的扒渣是电弧炉冶炼周期由氧化期过渡到还原期的一个重要的标志，扒渣完毕到出钢的这段时间都处于还原期。

在电弧炉冶炼周期开始前，控制器执行复位指令，使R1、R2、K闭合。冶炼开始后，即投入SRITHAPF进行谐波治理。氧化期扒渣结束，进入还原期前控制器接收切换指令信号，使R1、R2、K断开。还原期冶炼时，实现IAPF无冲击的投入，进行该阶段谐波治理。启动完成后，重新投入控制开关K，保护电路退出运行。

生产实践中，电弧炉冶炼至还原期时，混合有源滤波器要进行结构的切换，在电弧炉电网正常运行的情况下，瞬间切去无源滤波部分，注入支路电流将会有明显的变化，如图2所示。通过仿真发现，在时间为0.19s时切除无源部分，会发现注入支路电流有一个明显激增，然后恢复平稳。此时若没有保护电路，冲击电流将以浪涌的形式流过有源滤波部分的PWM逆变器以及高频电感等，对滤波设备的安全运行产生很大的威胁。根据电弧炉实际工况的要求，要实现理想的无冲击切换，需要在特定时刻通过采用增加开关的方式快速、准确地进行控制，从而达到了抑制谐波，改善电能质量的目的。并且通过相应的设置，开关切换瞬间注入支路电流没有明显的激增现象，混合有源滤波器结构实现了平滑的切换。

综上，本发明所提出的应用于电力有源滤波器的串联谐振注入并通过增加开关的电能质量改善方法切实可行，可以有效地提高电能质量，保证系统稳定运行。是一种值得推广的有源电力滤波器的新型控制方法。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。