[发明专利]多模块组合型三相并联有源电力滤波器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，适用于高可靠性要求的各种大功率用电系统，属于电力谐波抑制技术领域。

背景技术：

早在20世纪20年代，电力系统谐波问题就引起了人们的注意。大量的高频谐波对各种电力设备、通信设备及线路都会产生有害的影响，严重时会造成设备的损坏和电力系统事故。尤其是近年来电力电子设备的迅速增长，谐波危害也日趋严重。同时，无功功率也会对电网系统带来损耗增加，供电质量低等不良影响，因此如何解决电力系统中无功功率和谐波补偿，实现真正的“绿色电网”成为目前迫切需要解决的问题。

谐波和无功补偿装置的传统方法是采用LC调谐滤波器，因其结构简单廉价而广泛运用，但其阻抗固定，不能实现谐波和无功的动态补偿，其主体地位正逐渐被有源电力滤波器所取代。

迄今为止有源电力滤波器发展了多种拓扑结构，其中，最基本的拓扑结构是并联型、串联型和混合型等，以并联型结构应用更为广泛，研究也最多；针对大容量谐波及无功系统，目前主要采用了以下技术来实现滤波：(1)采用无源LC滤波器和有源电力滤波器的混合型系统；(2)采用多个器件串并技术；(3)采用多台小容量有源电力滤波器的并联运行实现大容量；(4)采用多重化技术提高功率管等效开关频率以实现大容量有源滤波器。

随着电力电子及相关技术进一步的发展以及电力市场的拓展，电网系统的容量必定会逐步提升，因此大容量有源电力滤波器有着良好的发展前景和潜在的技术经济效益。而且无论是多台并联运行还是多重化技术，其都是基于模块化的基本思想，因此基于模块化思想实现大容量有源电力滤波器将是一个重要的发展方向之一。

由于有源电力滤波器的主功率回路基本组成单元往往采用双开关管串联的半桥或全桥结构，开关管在高频开关工作时可能存在的危险。为了提高有源电力滤波器可靠性运行，往往是在控制手段上作出变化和改进，如增加死区时间等，这不仅影响有源电力滤波器的滤波特性，而且并没有从根本上解决桥臂直通的问题。因此，如何在不损失有源电力滤波器滤波特性的同时提高其可靠性，通过对有源电力滤波器的电路拓扑和控制策略的改进以达到谐波抑制和无功补偿的目的，对有源电力滤波器的在大容量谐波及无功治理的发展与应用有着重要意义。

发明内容

发明目的：

本发明的所要解决的技术问题是以高可靠性要求的大容量电网系统为对象针对现有技术的不足，提出一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，通过将功率管与二极管串联组成桥臂单元，完全杜绝桥臂直通的危险，并通过模块化级联结构的拓扑满足大容量电网的滤波要求，降低各功率器件电压等级，同时利用载波移相技术提高有源电力滤波器的谐波补偿特性。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，所述有源电力滤波器与交流电网的母线连接，所述交流电网是三相电源，所述交流电网的母线分别与三相滤波电感、三相负载连接；其中有源电力滤波器的输出端分别与三相电源的母线、三相滤波电感的输入端连接，三相滤波电感的输出端与三相负载连接；所述有源电力滤波器包括主功率电路、检测与采样装置、控制及驱动电路；所述主功率电路包括三相电路：A相电路、B相电路、C相电路，其中A相电路、B相电路、C相电路分别由n个结构相同的模块单元依次串联而成，n为自然数，且n≤5；所述三相电路的首端模块单元的输入端分别接入三相交流电网三相母线，所述三相电路的末端模块单元的输出端分别星形连接于三相APF的中性点；

交流电网的三相母线和中性点、交流电网输出侧、三相滤波电感的三相输入侧、主功率电路的三相输出侧和正负直流母线分别与检测与采样装置的输入端连接，检测与采样装置的输出端与控制及驱动电路的输入端连接，控制及驱动电路的输出端与主功率电路的输入端；

所述模块单元包括一个直流侧电容和第一H桥、第二H桥，其中直流侧电容跨接在模块单元的正负直流母线两端，直流侧电容和第一H桥、第二H桥相互并联，第一H桥的中点作为该模块单元的输入端子，第二H桥的中点作为该模块单元的输出端子。