一种自适应交流分数阶滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种自适应交流分数阶滤波器，涉及电能质量技术领域，包括：串联的可控分数阶电容与谐波电感

【技术实现步骤摘要】
一种自适应交流分数阶滤波器


[0001]本专利技术涉及电能质量
，具体涉及一种自适应交流分数阶滤波器
。

技术介绍

[0002]近年来智能微电网快速发展，各种新型电力电子变流器
、
负载被应用到微电网中，其中一些非线性负载会在电网中引入低次谐波，尤其是五
、
七次电流谐波
。
低频谐波失真是现代智能电网中的最为主要的电能质量问题之一，它会增加变压器
、
电动机等设备的铁芯损耗和温升，缩短使用寿命，引起系统过压
、
过流
、
失稳等现象，影响系统安全和稳定，干扰保护装置和测量仪表的正常工作，导致误动或拒动，造成低功率因素，降低效率，增加线路损耗
。
[0003]为了更好地对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，使配电系统更符合谐波环境的设计，有源滤波器作为一种用于动态抑制谐波
、
补偿无功的新型电力电子装置正被广泛应用，且衍生出的混合型有源电力滤波器更是目前研究的热点之一
。
如通过增加陷波环节和调整滤波器参数来增强滤波器的谐波抑制效果，从而实现对高次谐波的有效抑制
。
也可将无源解耦电容分裂为有源电容与无源解耦电容串联，不仅为负载提供稳定的供电电压，而且能够吸收脉动功率，抑制谐波电流
。
[0004]为解决上述电能质量问题，人们一直致力于低频谐波抑制技术的研究
。
传统上，无源滤波器被用来补偿无功功率并消除谐波电流
。
例如带
LC
滤波器的脉宽调制型逆变器驱动感应电动机可减少其输出的高频噪声和谐波；将陷波器和
LCL
滤波器组合使用，以实现电流谐波滤波和降低交流电容电压波动，再通过设计降压电路来解决弱电网中变压器饱和的问题；但是，无源滤波器的补偿能力与中心频率通常不具有可调性，无法适应灵活多变的应用场景
。
此外，无源器件由于老化其参数会随时间变化，且受分布式微源规模和负荷种类影响，微电网中也会存在间谐波等非整数次谐波
。
在电力电子的各个应用方面都存在参数偏移的情况，例如交错升压转换器
、
电磁干扰滤波器
、
模块化多电平变换器
、
无线能量传输等
。
同时，可变电容
、
可变电感与高功率因数电路，可通过多个可变单元，根据不同的负载情况和谐波干扰频率，自适应地调整满足需求的电感或电容值
。
但这些补偿参数误差的方法存在以下问题：
1)
可变电容或电感只可调整电抗，未考虑电阻等其他寄生参数；
2)
为了获得更大的可调范围，开关器件的电压应力将大幅增加；
3)
设备参数的误差补偿需要较高的控制精度和计算能力；
4)
此类电路处于滤波主回路，意味着更大的容量和电路损耗
。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供一种自适应交流分数阶滤波器，通过构建含有可控分数阶电容的滤波器，获得对特定频率次谐波的零阻抗，实现对低频谐波电流的抑制；使滤波器的谐振频率和最小阻抗均可调，从而抑制频率
、
幅值随机波动的电流谐波；该分数阶滤波器对器件参数不敏感，在一定误差范围内都能保持良好的谐波抑制能力
。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0007]一种自适应交流分数阶滤波器，包括：串联的可控分数阶电容与谐波电感
L
r
；分数阶滤波器连接在交流母线与地之间，与负载
R
o
呈并联关系；
[0008]所述可控分数阶电容包括输出电容
C
r
、
输出电感
L
f
、
第一开关管
S
a
、
第二开关管
S
b
、
第三开关管
S
c
、
第四开管关
S
d
和一个储能电容
C
d
构成；所述第一开关管
S
a
与第二开关管
S
b
串联，所述第三开关管
S
c
与第四开关管
S
d
串联，且分别并联于储能电容
C
d
两端；所述第三开关管
S
c
与第四开关管
S
d
的连接点经输出电感
L
f
连接至输出电容
C
r
的一端，所述第一开关管
S
a
与第二开关管
S
b
的连接点直接连接至电容
C
r
的另一端；
[0009]所述可控分数阶电容的电压采用电压闭环控制，具体如下；
[0010]对母线电流
i
bus
进行谐波检测，分离出基波电流与谐波电流，得到此时的谐波幅值
I
har
、
谐波频率
f
har
与谐波相位
θ
har
；
[0011]基于谐波幅值
I
har
和谐波频率
f
har
得到抑制谐波调制电压的幅值
U
har
；
[0012]将归一化之后的谐波电流进入积分延迟环节，得到抑制谐波调制电压的频率与相位，与谐波调制电压的幅值
U
har
组合获得抑制谐波调制电压；
[0013]将抑制谐波调制电压与交流电源电压
u
s
进行叠加，得到输出电容
C
r
的参考电压
u
cr
‑
ref
；
[0014]将参考电压
u
cr
‑
ref
与输出电容电压
ucr
做差相减后，进入控制器做电压闭环控制，输出驱动信号控制第一开关管
S
a
、
第二开关管
S
b
、
第三开关管
S
c
和第四开管关
S
d
的开
/
关
。
[0015]优选的，基于谐波幅值
I
har
和谐波频率
f
har
得到抑制谐波调制电压的幅值
U
har
，具体如下：
[0016]U
har
＝2π
f
har
L
r
I
har...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自适应交流分数阶滤波器，其特征在于，包括：串联的可控分数阶电容与谐波电感
L
r
；分数阶滤波器连接在交流母线与地之间，与负载
R
o
呈并联关系；所述可控分数阶电容包括输出电容
C
r
、
输出电感
L
f
、
第一开关管
S
a
、
第二开关管
S
b
、
第三开关管
S
c
、
第四开管关
S
d
和一个储能电容
C
d
构成；所述第一开关管
S
a
与第二开关管
S
b
串联，所述第三开关管
S
c
与第四开关管
S
d
串联，且分别并联于储能电容
C
d
两端；所述第三开关管
S
c
与第四开关管
S
d
的连接点经输出电感
L
f
连接至输出电容
C
r
的一端，所述第一开关管
S
a
与第二开关管
S
b
的连接点直接连接至电容
C
r
的另一端；所述可控分数阶电容的电压采用电压闭环控制，具体如下；对母线电流
i
bus
进行谐波检测，分离出基波电流与谐波电流，得到此时的谐波幅值
I
har
、
谐波频率
f
har
与谐波相位
θ
har
；基于谐波幅值
I
har
和谐波频率
f
har
得到抑制谐波调制电压的幅值
U
har
；将归一化之后的谐波电流进入积分延迟环节，得到抑制谐波调制电压的频率与相位，与谐波调制电压的幅值
U
har
组合获得抑制谐波调制电压；将抑制谐波调制电压与交流电源电压
u
s
进行叠加，得到输出电容
C
r
的参考电压
u
cr
‑
ref
；将参考电压
u
cr
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何良宗，林智乐，周鸿彦，程冰，罗华耿，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：