[发明专利]一种基于多相变流结构的有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明属于谐波补偿技术领域，具体涉及一种基于多相变流结构的有源电力滤波器。

背景技术

近年来，大量非线性负载的使用使得谐波污染和功率因素下降问题日益凸显，谐波的有效治理对电力系统和电力用户具有重要的意义。对于高电压，大容量谐波源，目前市场采用的LC无源滤波器(Passive Filter，PF)滤波性能对系统阻抗，频率等参数变化要求极为敏感，动态性能差，难以达到预期的滤波效果。而有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)能够对频率和幅值均发生变化的谐波和无功进行动态补偿，阻尼局部电网谐振，减小电压闪变，弥补了传统无源电力滤波器的不足。

有源电力滤波器的结构如图1所示，其由变流器和滤波器件组成，变流器的电网侧通过滤波器件接入三相电网，直流侧并联有直流母线电容C_dc；另外，有源电力滤波器还需要一台检测控制设备对其进行控制，检测控制设备根据电网电压u_s、负载电流i_L以及补偿电流i_C生成相应的PWM信号以对变流器中的功率开关器件进行开关控制。

在传统有源电力滤波器中，两电平有源电力滤波器已无法满足大功率和高频化要求；考虑到功率半导体器件的容量限制，现阶段在高压和大功率领域多采用多电平有源电力滤波器。多电平有源电力滤波器每个功率器件承受的直流母线电压(n为电平数)，可以以低耐压器件实现高压大功率化，但受限于大功率半导体电压型全控开关器IGBT耐压值和IGCT的开关频率，同时多电平的PWM变流器有n³的开关变量，控制难度大大增加；另外多电平变流器由于采用了多个功率器件，系统价格昂贵，可靠性较低，而且高压多电平三相有源电力滤波器系统的一个器件故障就可导致整个系统无法运行。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于多相变流结构的有源电力滤波器，能够实现低压大功率化，降低系统成本，且可靠性高。

一种基于多相变流结构的有源电力滤波器，包括：

多相变流器，用于产生多相补偿电流；

多相滤波器，用于对所述的多相补偿电流进行滤波；

控制器，用于对所述的多相变流器进行控制；

多相变压器，用于将滤波过后的多相补偿电流转变为三相补偿电流，进而将该三相补偿电流注入电网。

所述的控制器包括：

检测单元，用于采集电网电压、负载电流和三相补偿电流；

控制单元，用于根据采集到的电网电压、负载电流和三相补偿电流进行谐波检测、指令提取及信号处理，进而输出PWM信号；

驱动单元，用于对所述的PWM信号功率放大后以控制所述的多相变流器。

所述的多相变流器由多相半桥电路与一直流母线电容并联而成。

所述的多相半桥电路由n个桥臂并联组成，n为相数且为大于4的自然数；每个桥臂由两个IGBT串联而成，其中，上桥臂IGBT的集电极与直流母线电容的一端相连，上桥臂IGBT的发射极与下桥臂IGBT的集电极相连且为多相变流器的相输出端，下桥臂IGBT的发射极与直流母线电容的另一端相连。

所述的多相滤波器由n个网侧电感、n个桥臂侧电感和n条RC链路组成；其中，所述的桥臂侧电感的一端为多相滤波器的相输入端，桥臂侧电感的另一端与对应网侧电感的一端和对应RC链路的输入端相连，该对应网侧电感的另一端为多相滤波器的相输出端，n条RC链路的输出端均共连。

所述的RC链路由一电容和一电阻组成；其中，电容的一端为RC链路的输入端，电容的另一端与电阻的一端相连，电阻的另一端为RC链路的输出端。

所述的多相变流器的任一相输出端与多相滤波器对应的相输入端相连，多相滤波器的任一相输出端与多相变压器对应的相输入端相连。

所述的负载电流为连接于电网的负载的输入电流。

本发明有源电力滤波器采用多相补偿电流发生装置和多相变三相的变压器构建，利用多相PWM变流器具有多个控制自由度的特点，实现了低压大功率化，在避免了电力电子功率器件的直接串并联的前提下更易于实现；与现有多电平有源电力滤波器相比，本发明结构简单，易于整体控制，完美统一协调输出，能量密度高；变流器采用低压功率器件，降低成本，容易实现容错控制，一相或几相出现故障时，只需切除对应相，不影响系统的整体输出，具有更高的可靠性；同时通过改变多相变压器结构，也可以适用于船舰等独立供电系统，适用范围广。

附图说明