[发明专利]一种单周控制的三相四桥臂有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变换器，尤其是一种单周控制的三相四桥臂有源电力滤波器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电网中的谐波和无功问题日益严重，这给电网的稳定运行带来很大的危害。因此，必须采取有效措施来改善电能质量。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它产生与负载电流中谐波电流和无功电流大小相等、方向相反的补偿电流，对大小和频率变化的谐波和无功电流进行补偿。经典的 APF需要产生电流基准，需要运用非常复杂的控制。

发明内容

本发明的目的是要提供一种单周控制的三相四桥臂有源电力滤波器，无需产生电流基准，只需对输入电流和变换器直流侧电压进行检测。

为达到上述目的，本发明由单周控制器和四桥臂变换器组成，四桥臂变换器包括三相全桥和第四桥臂单相半桥，三相全桥和第四桥臂单相半桥采用分别独立的单周控制电路，其中三相全桥单周控制电路由运算电路、比较器、触发器和时钟电路组成，第四桥臂单周控制电路由复位电路、积分器、比较器、R-S触发器、绝对值电路、比例微分电路和门电路组成，单周控制器由三相全桥单周控制电路和第四桥臂单周控制电路组成。

单周控制的有源滤波器是一个三相四桥臂双向变换器，工作于整流和逆变状态。整流时，能量向直流侧流动，电容C充电，逆变时，能量向交流侧流动，电容C放电，保证了一个周期内直流侧电压维持不变，从而提供了系统所需的谐波和无功补偿电流。电感Lf用来平滑功率管的开关所引起的电流纹波。该三相四桥臂变换器由一个三相全桥和一个第四桥臂单相半桥组成，它们共用一个电容以提供直流侧母线电压。三相全桥用来提供谐波和无功补偿电流，以达到A，B，C三相的输入电流Ia，Ib，Ic 波形近似正弦，并与三相电压Va，Vb，Vc 无相位差的目的；第四桥臂单相半桥用来提供零序补偿电流，以消除不平衡负载引起的中线电流。

本发明能够有效的补偿三相四线制系统中的谐波、中线和无功电流，并且控制器结构简单，易于实现；控制精度高，既无静态误差，也没有动态误差；响应速度快，补偿效果好。

附图说明

图1为四桥臂变换器电路图。

图2为三相全桥单周控制电路的结构示意图。

图3为第四桥臂单周控制电路电路图。

具体实施方式

本发明采用控制开关的占空比的方式，使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，从而消除稳态和瞬态误差。

由单周控制器和四桥臂变换器组成，四桥臂变换器包括三相全桥（1）和第四桥臂单相半桥（2），三相全桥（1）和第四桥臂单相半桥（2）采用分别独立的单周控制电路，其中三相全桥单周控制电路由运算电路（3）、比较器（5）、触发器（4）和时钟电路（6）组成，第四桥臂单周控制电路由复位电路（11）、积分器（10）、比较器（8）、R-S触发器（12）、绝对值电路（9）、比例微分电路（7）和门电路（13）组成，单周控制器由三相全桥单周控制电路和第四桥臂单周控制电路组成。

图1为四桥臂变换器电路图是一个三相四桥臂双向变换器，工作于整流和逆变状态。整流时，能量向直流侧流动，电容C充电，逆变时，能量向交流侧流动，电容C放电，保证了一个周期内直流侧电压 E 维持不变，从而提供了系统所需的谐波和无功补偿电流。电感Lf用来平滑功率管的开关所引起的电流纹波。该三相四桥臂变换器由一个三相全桥（1）和一个第四桥臂单相半桥（2）组成，它们共用一个电容以提供直流侧母线电压。三相全桥（1）用来提供谐波和无功补偿电流，以达到A，B，C三相的输入电流Ia，Ib，Ic 波形近似正弦，并与三相电压Va，Vb，Vc 无相位差的目的；第四桥臂单相半桥（2）用来提供零序补偿电流，以消除不平衡负载引起的中线电流。

图2是三相全桥单周控制电路的结构示意图，Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn为开关管的驱动信号；Vref为四桥臂变换器直流测反馈电压。由于有源电力滤波器要求能量在交流侧和直流电容侧之间双向流动，故变换器工作于四象限态，且每个桥臂两个开关的驱动信号设置为互补,分别为Dn和1-Dn。

控制方程如下：

式中VM=，K1—常数，E—直流侧电压，RS—电源输入电流的测量电阻，RE－补偿三相谐波和无功电流后电源测等效电阻。该方程描述了电源电流、开关占空比和逆变器直流侧电容电压三个量间的关系，该控制方程由电路模拟实现。