[发明专利]采用三单相H桥型的低压有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源电力滤波器，尤其涉及一种采用三单相H桥型的低压有源电力滤波器。

背景技术

从上个世纪八十年代开始，电力电子技术的飞速发展，使得开关器件的功率和容量都有很大提升，同时价格也有一定程度的降低，这些因素都推动了有源滤波技术在工程中的应用。

目前，由于非线性负荷(大部分电力电子器件等)在电力系统中的广泛使用，使得供电系统电能质量变差，特别是在电流中形成了谐波，电网的谐波电流一方面导致有功功率的损耗，另一方面是对输配电设备(比如变压器)和用电设备(比如电机)的可靠运行产生了威胁。

有源电力滤波器的原理是利用电力电子器件组成变流器，通过控制变流器中的开关器件产生与电路中存在的谐波电流的反相电流来抵消系统中原来就存在的谐波。相对于无源滤波器而言，有源滤波技术具有补偿谐波频率范围广，补偿精度高，动态响应快的优点。

目前国内外都有比较成熟的电力有源滤波器产品。这些产品的从主电路的拓扑结构上来说，可分为两类：三相三线结构和三相四线制。

由图1可见：从原理上说它只能输出三相平衡的电流，那么就说明在电网中如果存在三相不平衡的谐波电流的话，这种结构的有源电力滤波器则不能补偿。同时，由主电路模块中6个开关器件组成的三相变流器中任何一个器件出问题，都会导致整个设备不能工作。同时因为三相共用储能电容，所以，电容电压波动比较大，对补偿精度有一定影响，一般补偿后得电流谐波含有率不低于5％。

由图2可见：包含输出电压计算、三相谐波分析、恒压控制算法、空间矢量PWM算法，算法流程比较复杂。

IP-IQ算法算法在对于谐波电流的分析时不能彻底地进行解耦，当电网中的三相电流不平衡的时候，就不能精确的得到其中的谐波电流。

目前的电力有源滤波器的数字处理的功能大部分采用的芯片是TMS3202812。

电流电压采集模块是由电压传感器和电流传感器组成，功能是采集谐波分析算法以及控制算法所需要的数据。目前在电力有源滤波器的产品中，这个模块没有什么不同。

为了保证直流侧电压恒定，电力有源滤波器除了谐波检测算法和控制算法之外，还必须采用直流电压的恒压控制算法(原理如附图3所示)。恒压控制算法都是采用电压偏差通过PI调节的方式来实现。

由图4可见：三相四线制有源滤波器跟三相三线制在主电路拓扑结构上面与图2所示三相三线制主电路拓扑结构不同，在三相四线制有源滤波器系统结构中通过引入中线，使得系统能够补偿三相不平衡的谐波电流。

三相四线制有源滤波器的数据处理模块跟三相三线制有源滤波器相同，也就导致存在的问题也相同。

综上所述，

1)现有的电力有源滤波器因为大部分采用三相三线制和三相四线制的主电路结构，所以导致了任意一个开关器件损坏，整个设备就不能运行。任何一相故障都会影响其他相的运行。

2)因为三相三线制和三相四线制的电力有源滤波器大部分采用三相的谐波电流检测算法，使得三相不能完全解耦，从而在三相的电流不平衡的情况下不能精确的检测和补偿谐波。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种采用三单相H桥型的低压有源电力滤波器，旨在解决上述的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：一个电流电压采集模块；还包括一个三单相主电路模块；所述三单相主电路模块中的每一相(以A相为例)包括：一个变流器，直流电容，电抗器和电阻，和一个选通开关；变流器由4个分别是Va1、Va2、Va3、Va4的IGBT组成；第A1IGBT与第A2IGBT串联，第A3IGBT与第A4IGBT串联；第A1IGBT的上端与第A3IGBT的上端连接，第A2IGBT的下端与第A4IGBT的下端连接；直流电容的正极连接第A1IGBT的上端，负极连接在第A2IGBT的下端；电抗器和电阻的下端短接，并与第A1IGBT和第A2IGBT之间的连接线相连；电抗器和电阻的上端是一个根据控制需求、选通开关或者连接电抗器或者连接电阻选通开关；选通开关另外一端连接到电网A相；电网中线与第A2IGBT和第A4IGBT之间的连线相连；B相和C相主电路连接方式与所述A相相同；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于采用三单相的主电路拓扑结构，使得系统三相之间互相独立，在补偿的时候任何一相故障不会影响其他相的正常补偿，任何一相开关器件的损坏也不影响其他相的工作；同时因为电压相对稳定，使得补偿之后的电流中谐波含有率可以达到4％。