[发明专利]一种并联型有源电力滤波器可置位硬件保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及有源电力滤波器的硬件保护装置，具体为一种并联型有源电力滤波器可置位硬件保护装置。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性特性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响。

针对抑制谐波污染的问题，方法种类繁多，但是归结起来可以分为两种思路：其一是利用补偿装置来抑制谐波污染，从谐波的传输路径上想办法滤除，是一类先产生后治理的方法；其二是改造电力电子装置，使其不产生谐波，是一类从源头上消除谐波的方法。第一类抑制谐波污染的思路包括：传统的利用无源滤波器（LC滤波器）消除谐波的方法，利用有源滤波器（APF）消除谐波的方法，利用统一电能质量调节器（UPQC）消除谐波的方法，利用有源线路调节器（APLC）消除谐波的方法等。利用APF消除谐波的方法是一种很有发展潜力的谐波抑制方案，是近年来的研究热点。APF补偿特性不受电网系统参数影响，而且能对变化的谐波进行补偿。

随着APF的发展与应用， APF运行的可靠性与安全性等问题也日益突显，当故障发生时，能否及时停止APF的运行，消除故障确保操作人员的人身安全以及设备不受损坏，已引起人们的日益关注。

APF的结构如图1所示，其包括含有IGBT的智能功率模块IPM、信号检测与调理电路、数字信号处理器DSP2812、IPM驱动模块，在IPM的直流侧连接有一个大电容。APF工作时，信号检测与调理电路测得电网中被污染的三相电流                                                、、与IPM输出的三相补偿电流、、，并将其调节成0~3.3V之间电压信号输入到DSP2812中，DSP2812通过检测到的被污染的电流，计算出其中所含有的谐波电流并将谐波电流作为指令电流，与补偿电流形成闭环回路并产生相应的PWM控制信号， PWM控制信号通过IPM驱动模块控制IPM通断产生三相补偿电流，三相补偿电流输入到电网中将谐波电流抵消掉，抑制了谐波污染。

APF中智能功率模块IPM产生三相补偿电流，IPM发生故障直接影响APF的补偿性能，IPM内部电路设计时已经集成了过电压保护、过温保护、过流保护、短路保护多种保护电路，如图2所示，信号UF0、VF0、WF0分别是IPM中上桥臂三个IGBT的故障信号，信号NF0为下桥臂三个IGBT的故障信号，信号UF0、VF0、WF0、NF0都是各自的IGBT的过压、过温、短路、过流信号经过与门得到的，当上述任意一桥臂的IGBT出现故障时，与之对应的故障信号被置为低电平，同时IPM的门极驱动信号被封锁，停止工作。但是，故障信号是非保持性质的，故障信号的持续时间为1.8ms。这就意味着如果在1.8ms期间故障没有彻底消除，IPM的保护会反复动作。这在控制系统运行时是非常危险的和需要严格避免的。

APF中IPM直流侧的大电容的保护也尤为重要，直流侧电容的作用包括：第一，在整流过程中储能，在逆变过程中供能，并在DSP2812中PI调节器的作用下维持直流电压恒定；第二，滤除直流电压中的纹波含量，提高直流电压质量；第三，为无功能量在变流器两侧交换作缓冲媒介。APF正常工作时，通过PI调节器的作用，直流侧电解电容的电压达到动态平衡，基本稳定在给定值。如果PI参数选用不合适，或者APF出现故障等异常情况发生时，直流侧电容电压将不能稳定在给定值，有可能出现电压飙升的状况，这对于APF的运行来说是致命的。如果发生直流侧电容电压迅速升高的情况，可能导致电容爆炸，甚至由于过电压过电流导致IPM的损坏，不仅带来经济损失还可能威胁操作人员安全。

而现在没有实际有效的保护措施或装置对IPM和IPM直流侧的大电容进行保护。

发明内容

本发明为了解决APF中IPM自带的保护电路故障时不置位和现有技术对IPM直流侧的大电容过压不能有效保护的问题，提供了一种并联型有源电力滤波器可置位硬件保护装置。