[发明专利]基于单周期控制技术的三相四线制四桥臂APF

说明书

技术领域

本发明涉及三相四线制有源电力滤波装置，尤其是基于单周期控制技术的三相四线制四桥臂APF。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展，大量电力电子装置应用于电力系统中，由于其本身的非线性，大多数电力电子设备功率因数低，加之电力系统中还存在的大量的低功率因数，冲击性负载，它们的存在降低了电能的利用率，严重影响了电能质量。因此，有效地抑制系统谐波以及补偿系统的无功功率便成了解决这一问题的关键技术之一，有源电力滤波器便这样应运而生了。

目前，随着大功率非线性负荷在三相四线制系统中逐渐增多，中线上积累了大量的零序电流，使得电气设计的合格率严重下降，大量的无功功率和谐波也给电网造成了重大的安全隐患。传统的三相三桥臂主电路拓扑结构的APF通常只能在三相三线制系统中应用，针对平衡负载。然而在实际应用中大多为三相四线制系统，大量的三相四线制、不平衡系统的存在，使其中零线电流也产生较大危害，在这种情况下，传统三相三桥臂APF就无法使用，必须用新型的三相四桥臂APF。同时，传统的控制方方程基于瞬时无功功率理论，利用线性反馈控制来控制开关占空比，以消除误差，系统抗干扰能力差，响应速度慢。

综上，现有电子装置中存在电能利用率低，电能质量低的问题，现有三相四线制系统中中线上积累大量无序电流，造成电网的安全隐患，传统装置中消除误差，抗干扰能力和响应速度都比较差，在三相四线制系统中抑制系统谐波及补偿无功率尤为重要。

发明内容

针对各种要求，本发明设计了基于单周期控制技术的三相四线制四桥臂APF，该装置结构简单，能实现各要求的功能。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：基于单周期控制技术的三相四线制四桥臂APF，包括：

检测电路：连接三相交流电源，用于检测直流侧电容电压以及三相和中线电流；

单周控制单元：用于控制开关占空比，使在每个周期内开关变量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例，单周控制技术是一种非线性控制技术，无论是稳态还是暂态，都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于给定的值，即能在一个开关周期内有效抵制电网侧的扰动，既没有稳态误差，也没有暂态误差，因而实现了快速跟踪，在负载不平衡和负载功率较大的情况下仍能够有效地实现补偿谐波、零序和无功电流；

驱动单元：用于驱动功率开关管，采用TLP250驱动，具有输入输出隔离，开关速度快，开关速度快；

逆变单元：由逆变器连接于电网，用于输出所需补偿的电流回馈给电网，补偿系统的谐波、零序和无功电流，其中第四桥臂与负载中性点相连接，为中线电流提供了通路，能够补偿三相电流，也能够补偿中线中的零序电流；

所述检测电路、单周控制单元、驱动单元和逆变单元依次连接，所述单周控制单元和驱动单元之间加有硬件死区电路，所述单周控制器安装在三相及中线上；

进一步地，所述检测电路中包括电流隔离检测电路、直流偏置电路和直流侧电容电压采样电路；

进一步地，所述电流隔离检测电路包括稳压芯片7805、集成隔离放大器HCPL7840和第一运算放大器LM358，所述稳压芯片7805的接地端与输入端接有电容，接地端与输出端接有电容，输入端接15伏电源，输出端接在集成隔离放大器HCPL7840的一端口处，所述第一运算放大器LM358的二端口和三端口分别通过电阻连接在HCPL7840的第七端口和第六端口，所述LM358的三端口和一端口间并联有电阻和电容，八端口接5伏电源，四端口接地，所述7840二端口接电容后接地，三端口和四端口接地，八端口接5伏电源并与五端间接有电容，五端口处接地；

进一步地，所述直流偏置电路包括稳压源TL431和第二运算放大器LM358，所述TL431正极接电阻接15伏电源，负极接地，所述第二运算放大器LM358的三端口接电容后接地，三端口接电阻后接于TL431，二端口接于一端口，四端口接5伏电源，八端口接地；

进一步地，所述直流侧电容电压采样电路包括霍尔传感器CHV-25P，所述霍尔传感器CHV-25P的+Hr接电阻为输入正，-Hr为输入负，M端口接电阻为输出端，电阻两端并联电容和电阻后接地。

进一步地，所述单周控制单元包括电压比较器、RS触发器、积分器、PI调节器和时钟电路，所述电压比较器电连接于RS触发器R端口，正极为输入端，负极接于积分器，所述积分器电连接于PI调节器，所述PI调节器电连接于电网中，所述时钟电路为555时钟发生电路，接在RS触发器S端；