[发明专利]一种三电平四桥臂有源滤波器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三电平四桥臂并联有源滤波器装置，适用于实验和工业应用。

背景技术

并联型有源滤波器向电网注入补偿电流，抵消谐波源产生的谐波，使电源电流成为正弦波，其本身表现出电流源的特性。随着公共电网谐波、中线电流危害的日益严重，多电平并联有源滤波器和四桥臂并联有源滤波器，成为目前研究的热点。

多电平结构可以降低主功率器件电压应力，增加并联有源滤波器的补偿容量；四桥臂结构抑制中线电流效果较好。但是三电平四桥臂拓扑结构的控制电压矢量多达上百个，计算复杂，正弦波调制、SVPWM调制、单周控制等常规的调制方法和控制策略均不适用该系统。因此，研究一套适用于该结构的控制策略、开发一套可以工业应用的三电平四桥臂并联有源滤波器装置是很有必要的。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种三电平四桥臂并联有源滤波器装置，推进了该结构的工业应用。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三电平四桥臂有源滤波器装置，该装置包括三相电源、电压传感器、负载电流传感器、APF侧电流传感器、直流侧电压传感器、IGBT触发信号、限流电阻、交流接触器、非线性负载、三电平四桥臂逆变器和鲁棒控制器，其直流侧母排采用负、正、零、负四层母排结构，所述电压传感器并联于三相电源的输出端上，所述负载电流传感器串联于三相电网上，负载电流传感器的输出端与非线性负载连接；所述交流接触器与所述APF侧电流传感器连接，并且串联在电网与三电平四桥臂逆变器之间的传输线上，所述限流电阻和所述交流接触器组成的串联电路并联在所述交流接触器的两端，所述直流侧电压传感器与所述三电平四桥臂逆变器连接；所述电压传感器、负载电流传感器、APF侧电流传感器和直流侧电压传感器的输出信号经过所述鲁棒控制器产生所述IGBT触发信号，其直流侧母排采用四层母线结构。

作为本发明的进一步改进，一种三电平四桥臂有源滤波器装置，其直流侧母排的最顶层为负极母排，第二层为正极母排，第三层为零极母排，第四层为负极母排，最终构成负、正、零、负四层母排结构；在整个母排下方，等长度平均设置若干个电解电容器。

所述电解电容器按三电平方式连接，其正、负、零极与母排对应。

所述电解电容器通过过孔端子连接。

三电平四桥臂有源滤波器装置的控制方法是，采用H_∞鲁棒控制策略，在系统设计阶段考虑被控对象的各种不确定因素，选择                                                ，，，为状态变量（为输出电流，，为给定电流，为有源滤波器输出电压，，为待定参数），并建立有源滤波器系统的状态方程，通过选择权函数，以及求解Riccati不等式，得出控制器。

本发明的有益效果是：基于鲁棒控制策略的三电平四桥臂有源滤波器，增强了系统的稳定性，在工作状况变动、外部干扰以及建模误差等不可避免的情况下，仍能保持系统正常运行；采用新型母排结构，减少了母线电感量，消弱了主功率器件的过电压效应，提升了设备稳定性和使用寿命；本发明给出了一种三电平四桥臂并联有源滤波器装置和其实现方法的完整设计，对目前该类装置的几个核心问题给出了解决方案。

 

附图说明

图1为三电平四桥臂有源滤波器的主回路图；

图2为控制策略示意图；

图3为一个桥臂的触发脉冲示意图；

图4为新型无感母线结构俯视图；

图5为新型无感母线结构立体示意图。

图中：1、三相电源，2、电压传感器，3、负载电流传感器，4、APF侧电流传感器，5、直流侧电压传感器，6、IGBT触发信号，7、限流电阻，8、交流接触器，9、交流接触器，10、非线性负载，11、三电平四桥臂逆变器，12、鲁棒控制器，13、进线电感，14、三电平四桥臂空间电压矢量分解算法，15、上桥臂双管IGBT模块，16、构成箝位二极管的IGBT模块，17、下桥臂双管IGBT模块，18、母排，19、电容器，20、负极母排，21、零极母排，22、正极母排，23、负极母排，24、过孔连接端子， 、谐波电流指令， 、电网相电压， 、各相电压指令给定， 、各相实际输出电流，  、各相电压指令给定。

 

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。