[发明专利]基于全桥拓扑的有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明属于低压有源电力滤波器领域，具体涉及一种基于全桥拓扑的有源电力滤波器。

背景技术

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，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。有源电力滤波器通常由变换器和连接电抗器构成，实际上相当于受控电流源，根据控制器发出的电流指令产生相应电流，从而消除谐波。

目前，并联型有源电力滤波器普遍使用三桥臂拓扑，这种拓扑只需要6个开关管和一组母线电容，电路拓扑比较简单，但也存在一些问题：直流母线需要比较高的电压。举个例子，对于400伏的系统，为使有源滤波器对电网电压波动有一定的适应能力，即便采用空间矢量调制方法，直流母线电压也需要达到720伏以上。这样开关管和母线电容所承受的电压比较高，这样，只能选用耐压1200伏以上的低速开关管。较高的直流母线电压和低速的开关器件，使得开关损耗大大增加，限制了装置容量的提高。

另外，较高的直流母线电压也使得开关器件和直流母线电容需要承受比较高的应力，装置可靠性降低。对于400伏以上的系统，比如煤矿和采油平台常用的690伏系统，直流母线电压需要达到1250伏以上，即使用耐压1700伏的开关管，也很难满足器件可靠性的需求。

另一个问题是，三桥臂输出为两电平，需要比较大的连接电感，否则输出电流会有较大的纹波。开关器件也运行在比较高的开关频率上，对于某些要补偿高达50次谐波的有源滤波器而言，三桥臂输出频率至少需要20千赫兹，也是开关器件的开关频率，这增大了开关器件的开关损耗，使得有源滤波器的输出能力下降。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术基于三桥臂拓扑的有源电力滤波器开关损耗大、输出能力低、承受电压高、可靠性差、输出电流纹波大的缺陷，提供一种开关损耗小、输出能力高、承受电压低、可靠性高、输出电流纹波小的基于全桥拓扑的有源电力滤波器。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种基于全桥拓扑的有源电力滤波器，包括变换器，其特征在于所述变换器为全桥拓扑功率变换单元，所述全桥拓扑功率变换单元包括4个电子开关器件和1个直流母线电容，所述4个电子开关器件组成全桥，全桥设有P、N、A、B端，所述全桥的P、N端与直流母线电容连接，全桥的A、B端为功率模块输出。

作为本发明的一个优选方案：电子开关器件为IGBT或MOSFET。

本发明相对于现有技术的三桥臂拓扑功率变换单元的有源滤波器，它采用全桥作为功率变换单元拓扑。对于3相4线的应用，3个全桥功率单元接成星型，星接点接中线，对于3相3线的应用，3个全桥功率单元可接成星型，星接点浮空，或接成角形(含连接电抗器)。

本发明具有开关损耗小、输出能力高、承受电压低、可靠性高、输出电流纹波小的优点。本发明使用三相全桥拓扑，其直流母线电压和开关器件的开关频率都仅有三桥臂拓扑有源滤波器的1/2，这降低了开关器件的开关损耗，提高有源滤波器的输出能力，而且开关器件和直流母线电容只需承受较低的电压，压，使有源滤波器可靠性得到提高，可以轻松驾驭690伏的应用。另一方面，该有源滤波器输出为三电平，所需要的电抗器也仅为三桥臂拓扑有源滤波器的1/2，输出电流纹波更小。

附图说明

图1为本发明全桥拓扑功率变换单元的电路原理图；

图2为本发明全桥拓扑功率变换单元中电子开关器件选用IGBT时的电路原理图；

图3为本发明应用到3相4线的电路原理图；

图4为本发明采用星型接法应用到3相3线的电路原理图；

图5为本发明采用角形接法应用到3相3线的电路原理图。

如图中所示：1.全桥拓扑功率变换单元；1-1.电子开关器件；1-2.直流母线电容；2.连接电抗器；3.3相4线带阻尼电阻的滤波电容器；4滤波电抗器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。

请见图1：为本发明的全桥拓扑功率变换单元1，4个电子开关器件1-1构成全桥，全桥的P、N端和直流母线电容1-2相连，全桥的A、B端为功率模块输出。

请见图2：4个电子开关器件1-1采用IGBT。

请见图3：为本发明应用到3相4线的一个实施例，abc和n分别为电网输入的3个相线及零线，全桥拓扑功率变换单元1的输出端B和零线n相连，其输出端A经过连接电抗器2，然后再经过滤波电抗器4，接入电网的3个相线。三相4线带阻尼电阻的滤波电容器3的星接点和电网零线n相连，三相输出端和连接电抗器2、滤波电抗器4的公共端相连。