一种有源滤波器及其控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种有源滤波器，还设及有源滤波器的控制方法。
【背景技术】
[0002] 电力公网中连接有多种负载装置，其中很大一部分负载装置为非线性负载，非线 性负载在运行过程中会产生频率与工频频率不同的谐波电流，谐波电流进入公网中会产生 谐波污染，对其它用电设备造成影响和损害，如使电能的利用效率降低、电气设备过热、电 气元件使用寿命缩短等。因此为了减少谐波污染，需要对非线性负载产生的谐波电流进行 补偿。
[0003] 现有的技术方案是在非线性负载的两端并联有源滤波器:有源电力滤波器检测到 谐波电流后，产生与谐波电流幅值相同、相位相反的补偿电流，补偿电流与谐波电流在公网 主电路中相抵消，从而达到消除谐波电流的目的。但对于现有的有源滤波器，当负载电路的 电流中包含容性分量时，有源电力滤波器可能会与负载发生谐振，影响滤波的稳定性和谐 波消除效果。现有技术中，对谐振电流采取的技术措施主要是安装调谐电抗器，改变整个电 路系统的谐振频率W避免出现谐振，然而受现场环境的制约，安装调谐电抗器成本较高、难 度较大。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种有源电力滤波器及其控制方法，在补偿 谐波电流的同时抑制有源滤波器与负载发生谐振。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种有源滤波器，包括用于与负载相并联并为负载补偿谐波电流的有源滤波器功 率电路和与有源滤波器功率电路相连接的有源滤波器控制电路，所述有源滤波器控制电路 包括与有源滤波器功率电路相连接的驱动信号发生电路，所述有源滤波器控制电路还包括 谐振判定器。
[0007] 进一步地:所述有源滤波器控制电路还包括与谐振判定器相连接的阻尼系数选择 器，所述阻尼系数选择器连接有运算器。
[000引进一步地:所述阻尼系数选择器具有选择开关，所述选择开关具有第一输入端、第 二输入端、输出端和控制端，所述选择开关的控制端与谐振判定器相连接。
[0009] 进一步地:所述有源滤波器控制电路还包括与谐振判定器相连接的电流控制器W 及用于检测有源滤波器功率电路电流和负载电路电流并与电流控制器相连接的谐波电流 检测器，所述谐波电流检测器还与有源滤波器功率电路和运算器相连接。
[0010] 进一步地:所述谐波电流检测器包括安装在有源滤波器功率电路中的补偿电流检 测装置和安装在产生谐波的负载电路中的负载电流检测装置，所述谐波电流检测器还包括 具有正输入端、负输入端和差值输出端的求差运算电路，所述求差运算电路的正输入端与 负载电流检测装置的输出端相连接，负输入端与补偿电流检测装置的输出端相连接；
[0011] 所述谐波电流检测器还包括傅立叶变换计算器，所述傅立叶变换计算器的输入端 与求差运算电路的差值输出端相连接；
[0012] 所述傅立叶变换计算器的输出端与运算器相连接。
[001引进一步地:所述电流控制器为比例谐振控制器，所述比例谐振控制器包括比例环 节和谐振单元，所述比例谐振控制器还包括具有两个输入口和一个输出口的求和运算器， 所述求和运算器的一个输入口与比例环节的输出端口相连接，另一个输入口与谐振单元的 输出端口相连接，所述求和运算器的输出口与谐振判定器相连接;所述谐振单元的输入端 与傅立叶变换计算器输出端相连接。
[0014] 进一步地:所述比例谐振控制器的比例环节为低通滤波器。
[0015] 进一步地:所述比例谐振控制器的谐振单元的传递函数为
其中ω '为第j次谐波的角频率，ω〇为系统的基波角频率。
[0016] 进一步地:所述比例谐振控制器的比例环节为低通滤波器；
[0017] 所述傅立叶变换计算器的输出端还通过有效值计算器一与低通滤波器相连接;所 述低通滤波器的输出端与阻尼系数选择器相连接。
[0018] 进一步地:所述比例谐振控制器的比例环节为低通滤波器；
[0019] 所述傅立叶变换计算器的输出端还通过有效值计算器Ξ与阻尼系数选择器相连 接;所述求差运算电路的差值输出端依次通过滤波器和有效值计算器二与低通滤波器相连 接。
[0020] 进一步地:所述运算器连接有逆傅立叶变换器，所述逆傅立叶变换器的输出端与 驱动信号发生电路相连接。
[0021] 进一步地:所述有源滤波器功率电路包括全桥逆变电路W及与全桥逆变电路相串 联的输出电感，所述全桥逆变电路两端还并联有电容;所述全桥逆变电路与驱动信号发生 电路相连接。
[0022] 本发明还公开了一种有源滤波器的控制方法，包括如下步骤：
[0023] (Α)检测有源滤波器功率电路的电流和负载电路的电流；
[0024] (Β)计算有源滤波器功率电路的电流和负载电路的电流之间的差值；
[0025] (C)对步骤(Β)计算出的差值进行傅立叶变换，计算出各次谐波分量的实轴值、虚 轴值和角频率W及谐波的有效值；
[0026] (D)电流控制器根据各次谐波分量的实轴值、虚轴值和角频率W及谐波的有效值 计算出电流控制目标；
[0027] 化)谐振判定器将电流控制目标与阀值进行比较，若电流控制目标大于等于阀值， 则判定为是谐振状态，若电流控制目标小于阀值，则判定为非谐振状态；
[0028] (F)阻尼系数选择器根据谐振判定器的判定结果选择阻尼系数，若为非谐振状态 则选择第一阻尼系数，若为谐振状态则选择第二阻尼系数；
[0029] (G)将阻尼系数与各次谐波的幅值相乘得到驱动指令；
[0030] 化)对驱动指令进行逆傅立叶变换，然后驱动信号发生电路根据逆傅立叶变换结 果产生驱动有源滤波器功率电路产生补偿电流的驱动信号。
[0031] 进一步地:所述第一阻尼系数为1。
[0032] 进一步地:所述第二阻尼系数为一与低通滤波器输出值相关的阻尼系数函数的结 果值，所述阻尼系数函数的结果值随低通滤波器输出值增大而减小且该结果值大于零。
[0033] 进一步地:所述阻尼系数函数为一指数函数，所述指数函数的指数等于低通滤波 器输出值与一负自然数的乘积，所述指数函数的底数为一正自然数。
[0034] 进一步地:所述指数函数的底数为自然指数e。
[0035] 进一步地:所述阻尼系数函数为幕函数，所述幕函数的底数为低通滤波器输出值 与一正自然常数的乘积，所述幕函数的指数为一负自然数。
[0036] 本发明还公开了另一种有源滤波器的控制方法，包括如下步骤：
[0037] (A)检测有源滤波器功率电路的电流和负载电路的电流；
[0038] (B)计算有源滤波器功率电路的电流和负载电路的电流之间的差值；
[0039] (C)对步骤(B)计算出的差值进行傅立叶变换，计算出各次谐波分量的实轴值、虚 轴值和角频率W及谐波有效值，并且计算出差值的有效值；
[0040] (D)电流控制器根据各次谐波分量的实轴值、虚轴值和角频率W及差值的有效值 计算出电流控制目标；
[0041] 化)谐振判定器将电流控制目标与阀值进行比较，若电流控制目标大于等于阀值， 则判定为是谐振状态，若电流控制目标小于阀值，则判定为非谐振状态；
[0042] (F)阻尼系数选择器根据谐振判定器的判定结果选择阻尼系数，若为非谐振状态 则选择第一阻尼系数，若为谐振状态则选择第二阻尼系数；
[0043] (G)将阻尼系数与各次谐波的幅值相乘得到驱动指令；
[0044] 化)对驱动指令进行逆傅立叶变换，然后驱动信号发生电路根据逆傅立叶变换结 果产生驱动有源滤波器功率电路产生补偿电流的驱动信号。
[0045] 进一步地:所述第一阻尼系数为1。
[0046] 进一步地:所述第二阻尼系数为一与谐波有效值相关的阻尼系数函数的结果值， 所述阻尼系数函数的结果值随谐波有效值增大而减小且该结果值大于零。
[0047] 进一步地:所述阻尼系数函数为一指数函数，所述指数函数的指数等于谐波有效 值与一负自然数的乘积，所述指数函数的底数为一正自然数。
[004引进一步地:所述指数函数的底数为自然指数e。
[0049] 进一步地:所述阻尼系数函数为幕函数，所述幕函数的底数为谐波有效值与一正 自然常数的乘积，所述幕函数的指数为一负自