一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于LCC‑HVDC系统的混合型有源滤波装置，属于高压直流工程中一种新型的谐波治理方法；该混合型有源滤波装置采用12/24次单调谐并联的无源滤波器串接基于级联H桥的有源滤波器的拓扑结构，无源部分承受绝大部分的高压，该结构可有效减小有源滤波器的体积和容量。该混合型有源滤波装置采用基于瞬时无功功率理论的ip‑iq法检测负载谐波电流，用准比例谐振控制器进行谐波电流跟踪，使有源滤波器可以动态输出与负载谐波电流等大反向的补偿电流，可有效滤除电网谐波，实现谐波治理。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置
本专利技术涉及一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置，属于高压直流、电力电子器件的应用领域。
技术介绍
目前我国已经运行的特高压直流工程和远距离超高压直流工程均为基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电工程。特高压直流工程每极均为双12脉动换流单元，在运行过程中会产生12k±1次特征谐波，需要装设大量的无源滤波器组，这些滤波器占地面积很大，跟踪速度慢，动态调节能力弱，造成甩负荷过程的过电压等动态特性不能满足系统运行要求。混合型交流滤波装置作为抑制谐波污染的一种手段，以其优越的性能得到了广泛的关注。但目前的滤波装置中有源滤波器部分普遍采用的是两电平或三电平的电压源型逆变器，但在高压输电系统中，受到器件容量的限制，采用传统两电平逆变器的混合滤波装置难以满足谐波补偿容量的需求，采用级联H桥变流器来代替两电平逆变器，从而在有限的器件容量下实现有源滤波器补偿容量的自由扩展，可以有效解决这一问题。目前，关于混合滤波装置在LCC-HVDC系统中的应用发展还处于初级阶段，装置拓扑、控制方法、稳定性研究以及继电保护方面的研究尚未成熟，存在很多问题亟待解决，研究适用于LCC-HVDC系统的混合滤波装置具有十分重大的意义。
技术实现思路
为了克服上述现有方案的不足，本专利技术提供了一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置。本专利技术的目的在于提出一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置，可以克服当前高压直流输电滤波装置多，占地面积大，投资大，滤波效果不好的缺点。本专利技术所采用的技术方案是：采用无源和有源滤波器串联构成的混合型有源滤波装置，LCC-HVDC系统换流器出口处电压等级高，且含有12k±1次谐波电流，因此HAPF中无源滤波器采用12/24次双调谐滤波器，有源滤波器基于级联H桥结构，可通过增加级联子模块数来实现高压大功率输出。谐波检测环节采用基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，即ip-iq法；谐波电流补偿环节采用多个并联的准比例谐振控制器，可实现高达37次的谐波电流控制，在这种状态下，有源滤波器的调制波中不含有与电网电压同相的基波电压，从而使得电网电压自动由无源滤波器承担；动态无功补偿环节通过调节d轴电压，使有源滤波器产生相应的基波电压来实现。与现有技术相比，本专利技术具有的优势为：1、滤波性能更优，传统无源滤波装置只能滤除调谐点上的谐波，滤波效果受参数影响大，本专利技术的混合滤波装置可以跟踪绝大部分次数的谐波，具有更强的滤波性能。并且混合型有源滤波装置是通过有源滤波器产生补偿用谐波电流来进行滤波，因此可以解决无源滤波器设备老化调谐点偏移，滤波效果下降的问题。2、装置占地面积小，成本低，受交流系统电压波动的限制，传统无源滤波器及无功补偿装置的容量是受限的，配置组数往往多达16～20组，使得滤波设备及无功补偿装置约占换流站占地面积的1/3。混合型有源滤波装置具有一定的动态无功补偿能力，可以降低无功补偿装置投切时造成的电压波动，从而可增加电容器每组的容量，减少组数，节省占地，节省大量投资。3、可在现有工程上进行改造，无源滤波器部分拓扑采用工程中12次和24次双调谐滤波器，更贴合实际工程，可适用于高压大容量谐波滤除的场合，滤波效果良好。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1示出了一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置结构示意图，包括有源滤波器、无源滤波器和控制单元；图2示出了混合型有源滤波装置等效电路图。通过控制其内部开关器件动作产生与负载谐波电流iLn大小相等方向相反的补偿电流iF，使电网电流中不含谐波分量；图3示出了混合型有源滤波装置的控制单元原理图，包括谐波检测，谐波电流跟踪和无功电流跟踪。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置结构如图1所示，包括有源滤波器、无源滤波器和控制单元；其中有源滤波器包括H桥结构的子模块SM(全控型器件IGBT、二极管、直流侧电容CSM)、输出电感Lr等；无源滤波器包括高压电容、电感等；控制单元包括电流传感器，谐波检测，电流控制以及载波移相调制环节；图二是LCC-HVDC系统以及混合型有源滤波装置的等效电路图，从电路角度分析解释了混合型有源滤波装置的工作原理。根据基尔霍夫定律，谐波等效电路可由下式表示：式中，ZSh，ZCh，ZLCh，ZLCCh分别为交流系统，无功补偿装置，无源滤波器和LCC的等效阻抗；ISh，ICh，ILh，IFh分别为交流系统，无功补偿装置，混合滤波装置和LCC负载的电流；UPCCh为交流母线谐波电压。由上式可知，只要混合滤波装置输出的补偿电流与负载谐波电流大小相等，电网电流中将不含谐波含量。因此，可将混合型有源滤波装置控制为谐波电压源：UFh(s)＝GX(s)·[ILh(s)-IFh(s)]其中，GX为谐波电流控制器的传递函数。谐波电流控制器可采用准比例谐振控制器，式中，Kp为比例系数，Kr为积分系数，ωc为截止角频率，ω0为交流电网角频率。混合型有源滤波装置的控制单元原理图如图3所示，首先通过隔离、电流传感器、A/D转换得到负载电流和补偿电流信号，并经过ip-iq法检测谐波电流和无功电流，PI控制器将跟踪所需补偿的无功电流，准比例谐振控制器将跟踪谐波电流，通过控制其内部开关器件动作产生与负载谐波电流iLn大小相等方向相反的补偿电流iF，使电网电流中不含谐波分量。有源滤波器的调制波中不含有与电网电压同相的基波电压，从而使得电网电压自动由无源滤波器承担；动态无功补偿环节通过调节d轴电压，使有源滤波器产生相应的基波电压来实现。谐波检测环节的传递函数为：式中，ζ和ωn分别为高通滤波器的阻尼比与截止频率。最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置，其特征在于：有源滤波器(1)、无源滤波器(2)和控制单元(3)；其中有源滤波器包括H桥结构的子模块SM(全控型器件IGBT、二极管、直流侧电容C

【技术特征摘要】
1.一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置，其特征在于：有源滤波器(1)、无源滤波器(2)和控制单元(3)；其中有源滤波器包括H桥结构的子模块SM(全控型器件IGBT、二极管、直流侧电容CSM)、输出电感Lr等；无源滤波器包括高压电容、电感、等；控制单元包括电流传感器，谐波检测，电流控制以及载波移相调制。


2.根据权利要求1所述的一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置，其特征在于：LCC-HVDC系统换流器出口处电压等级高，且含有12k±1次谐波电流，其无源滤波器的组成结构为12次和24次双调谐滤波器，无源滤波器具有一定的调谐带宽，可以给11、13、23、25次谐波电流提供低阻抗通路。同时，无源滤波器承受绝大部分的基波电压，可以降低级联H桥有源滤波器的模块数，大大降低滤波器造价。


3.根据权利要求1所述的一种适用于LCC-HVDC系统的混合型有源滤波装置，其特征在于：有源滤波器基于级联H桥结构，可通过增加级联子模块数来实现高压大功率输出。有源滤波器等同为一个受控电流源，通过控制其内部开关器件动作产生与负载谐波电流iLn大小相等方向相反的补偿电流iF，使电网电流中不含谐波分量。


4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜夏冰，赵成勇，杨勇平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11