專利名稱：一種并聯(lián)型有源電力濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)型有源電力濾波器，屬電力諧波抑制技術領域，特別適用于中 頻電網系統(tǒng)，也適用于工頻電網系統(tǒng)。
背景技術：
隨著電力電子技術的發(fā)展，電子設備的應用越來越廣泛，諧波、無功、不平衡等分 量對交流電網產生了很大的影響，嚴重影響了供電品質，降低了發(fā)電設備、用電設備的 工作性能和使用壽命。因此，治理電網諧波污染和提高供電質量成為迫切需要解決的問 題。有源電力濾波器作為諧波治理的有效手段之一，從而得到廣泛的研究。目前，應用 比較成熟的有源電力濾波器技術主要以并聯(lián)型結構為主，其拓撲結構如附圖1所示，通 常為了抑制不控整流電路帶來較大的必W"在不控整流電路的交流側添加三相濾波電 感(40)，流過該電感的電流包含基波電流和諧波電流，電感損耗較大。另外，有源電 力濾波器主電路中補償側三相電感(50)的電感值選取要綜合電流紋波和電流跟蹤能力 進行考慮。電感值變小，電流紋波變大、跟蹤負載變化能力增強。反之，電流紋波變小、 跟蹤能力減弱。所以，在一定輸出電流紋波大小的基礎上，減小補償側三相電感、提高 電流跟蹤能力對改善有源電力濾波器性能有重要意義。
發(fā)明內容
發(fā)明目的
本發(fā)明目的在于提出一種并聯(lián)型有源電力濾波器，有效降低補償側三相電感的大小 和提高濾波器電流跟蹤能力，同時改善了并聯(lián)型有源電力濾波器的補償性能。 技術方案
本發(fā)明為實現上述發(fā)明目的采用如下技術方案
本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器，包括三相濾波電感、三相六開關逆變器以及三相整流濾波電路；外部電網三相電壓輸入至三相濾波電感的輸入端，三相濾波電感的輸出 端分別與三相六開關逆變器、三相整流濾波電路連接。
本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器的三相六開關逆變器由補償側三相電感、三相橋逆 變器和電容組成，其中補償側三相電感的輸入端與三相濾波電感的輸出端連接，補償側 三相電感的輸出端與三相橋逆變器的輸入端連接,三相橋逆變器的兩條母線分別與電容 的兩端連接。
有益效果
本發(fā)明在交流輸入端接入三相濾波電感，三相濾波電感另一端分別與逆變器交流側 三相電感相連并同時連于負載電路，能夠降低補償側三相電感的大小和提高濾波器電流 跟蹤能力，并且能夠更好的治理電網諧波污染和改善供電質量。
圖1為常規(guī)并聯(lián)型有源電流濾波器原理圖； 圖2為常規(guī)并聯(lián)有源濾波器的等效電路；
圖3為補償側電感拆分后的常規(guī)并聯(lián)有源濾波器的等效電路；
圖4為僅改變補償支路其他電路等效的并聯(lián)有源濾波器的等效電路；
圖5為本發(fā)明的并聯(lián)有源濾波器的等效電路；
圖6為本發(fā)明的并聯(lián)型有源電流濾波器原理圖7為常規(guī)并聯(lián)有源電流濾波器的負載電流仿真波形；
圖8為常規(guī)并聯(lián)型有源電流濾波器的網側電流仿真波形；
圖9為本發(fā)明的并聯(lián)型有源電流濾波器的網側電流仿真波形；
圖IO為本發(fā)明應用于一個400Hz電網的A相電網電壓、電網電流和補償電流波形。
圖中符號名稱 IO—輸入濾波電感；
20— 三相六開關逆變器；
30—本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器支路；
21— 補償側三相電感；
三相橋逆變器；23—電容；^一電網電壓；",6、 W,c—電網ABC三相電壓； /s—詞側電流；/,。一A相電網輸出電流；/z—負載電流； /c、 一補償電流；/ca—A相補償電流；"至g「分別為第一功率開關管至第六功率開關管；D;至Z)「分別為第一二極管至第六二極管；丄,。、&6、 ^d別為網側或負載前端A、 B、 C三相濾波電感；ZsH^H則(或負載前端)濾波電感；Zc。、 Zc6、丄ccj別為逆變器輸出A、 B、 C三相濾波電感；Zc、丄c"丄ol別為逆變器輸出濾波電感及其兩個拆分電感；A、 A、 ^一分別為電感^的諧波阻抗、電感^的基波阻抗和諧波阻抗；C一逆變器直流側電容；丄r整流濾波電感；Cf整流濾波電容；及一負載電阻；PWM—逆變器A相下管Q2的PWM驅動信號。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明如圖1所示，是常規(guī)并聯(lián)型有源電流濾波器原理圖，為了抑制不控整流電路帶來較 大的C^幼，在不控整流電路的交流側添加三相濾波電感40，流過該電感的電流包含基 波電流和諧波電流，電感損耗較大。本發(fā)明是對常規(guī)并聯(lián)型有源濾波器的三相濾波電感40和補償側三相電感50進行整合，構成本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器。如圖2所示，常規(guī)并聯(lián)型有源濾波器的理想等效電路。負載等效為含有基波電流/,和諧波電流(的電流源/￡，補償電流等效為僅含諧波電流^的電流源，電源R僅向負 載提供基波電流^。如圖3所示，補償側三相電感^可拆分成丄d和i^兩個電感，則B點和C點的電位分別為"s = "s - Is^s - 7c義s ，其中？c是負載諧波電流，f,為三相濾波電感A的諧波阻抗，A為電感Zc,的諧波阻抗。 如果諧波阻抗f,和lc;相等，可以通過在諧波補償支路上增加諧波電壓源^e和基 波電壓源《，使得B點和C點電位相等如圖4所示，艮P: [Jc =《+ /cf c - /SZS - 2/cf c ，由于補償支路是電流源，通過上述變換并不改變負載側和電網側的狀態(tài)，唯一改變 的是補償電流源的兩端電壓，而補償電流源是一受控源，可通過控制改變兩端電壓。因 而通過上述等效改變B點和C點因等電位可直接相連，根據外部電路等效原則，補償 電流4從圖4方框內直接移入B點注入，圖4方框內的電路可等效為一電感Z,。如圖5所示，圖5即本發(fā)明的并聯(lián)型有源電流濾波器的等效電路?？梢?，本發(fā)明的 并聯(lián)型有源電流濾波器與常規(guī)并聯(lián)型有源電流濾波器相比有以下幾個優(yōu)點1) 、補償側三相電感的減小，使濾波器電流跟蹤能力增強；補償側三相電感的等效 電感值增加，使網側的電流紋波減??；因此本發(fā)明具有更好的補償效果。2) 、常規(guī)拓撲中三相濾波電感在負載側，全部負載電流都流過該電感，損耗較大； 本發(fā)明中三相濾波電感在網側，僅流過基波電流分量，損耗降低。如圖6所示，本發(fā)明的并聯(lián)型有源濾波器電路拓撲結構，由三相濾波電感IO、三 相六開關逆變器20以及三相整流濾波電路組成。其中三相濾波電感10包括A相濾 波電感Lsa、 B相濾波電感Lsb、 C相濾波電感Lsc，三相六開關逆變20包括第一開關管 Ql、第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4、第五開關管Q5、第六開關管 Q6、直流側電容C、逆變器交流側A相輸出濾波電感Lca、逆變器交流側B相輸出濾波電感Leb、逆變器交流側C相輸出濾波電感Lm。三相整流濾波電路為三相二極管不控整流+LC濾波電路。其中A相濾波電感￡ra的一端與A相輸入電壓w。連接，A相濾波電感4的另一端 分別與逆變器A相輸出濾波電感Lca的一端、整流性負載A相輸入端相連接，B相濾波 電感"6的一端連于B相輸入電壓wa， B相濾波電感U的另一端與逆變器B相輸出濾 波電感Lcb的一端相連并同時連于整流性負載B相輸入端，C相濾波電感Z^的一端連 于C相輸入電壓wc， C相濾波電感4的另一端與逆變器C相輸出濾波電感Lee的一端 相連并同時連于整流性負載C相輸入端，逆變器交流側A相輸出濾波電感Lea的另一端 與第一開關管Ql的發(fā)射極相連并同時連于第二開關管Q2的集電極，逆變器交流側B 相輸出濾波電感Leb的另一端與第三開關管Q3的發(fā)射極相連并同時連于第四開關管Q4 的集電極，逆變器C相輸出濾波電感Lcc的另一端與第五開關管Ql的發(fā)射極相連并同 時連于第六開關管Q6的集電極，第一開關管Ql的集電極與第三開關管Q3的集電極 相連并同時連于第五開關管Q5的集電極和直流側電容C的正端，第二開關管Q2的發(fā) 射極與第四開關管Q4的發(fā)射極相連并同時連于第六開關管Q6的發(fā)射極和直流側電容 C的負端。本發(fā)明包括交流側三相濾波電感、三相六開關逆變器、三相不控整流+LC濾波電 路。控制系統(tǒng)采用以DSP為核心的控制器，電網三相電壓、負載電流和補償電流以及 直流側電壓信號經電壓或電流傳感器采樣送到調理電路，處理后的信號輸入DSP控制 器，然后DSP控制器對采樣得到的信號進行計算處理，產生PWM信號，經隔離驅動 電路控制功率管的開通和關斷，從而實現諧波補償。下面在MATLAB軟件環(huán)境下，對常規(guī)有源電力濾波器和本文發(fā)明的有源電力濾波 器進行建模和仿真。圖7為常規(guī)并聯(lián)有源電力濾波器的負載電流仿真波形。負載電流中含有基波電流和 諧波電流，三相濾波電感40中同時含有這兩個電流分量。圖8為常規(guī)并聯(lián)有源電力濾波器的網側電流仿真波形。此時，補償側三相電感為 0.15mH。補償后的網側電流THD%=6.78%。圖9為本文發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器的網側電流仿真波形。此時電路其它參數 與常規(guī)拓撲一樣，僅補償側三相電感減小為0.05mH，補償后的電流丁1^0%=4.37%?？梢?，補償側三相電感大小得以降低、電流跟蹤能力增強，補償性能大大改善。而且流過 三相濾波電感10的電流基本上僅含有基波電流。仿真對比可以得出，本文發(fā)明的電路拓撲有著良好的諧波抑制效果，同時補償側三 相電感大小得以減小、電流跟蹤能力增強。圖10為本發(fā)明應用于一個400Hz電網時A相電網電壓、電網電流和補償電流的實 驗波形，網側電流THD達到4.6%。從仿真和實驗結果得出本文發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器能夠較好的實現電網諧 波治理，同時補償側三相電感大小得以降低、電流跟蹤能力增強。
權利要求
1、一種并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于包括三相濾波電感(10)、三相六開關逆變器(20)以及三相整流濾波電路；外部電網三相電壓輸入至三相濾波電感(10)的輸入端，三相濾波電感(10)的輸出端分別與三相六開關逆變器(20)、三相整流濾波電路連接。
2、 根據權利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于三相六開關逆變器(20)由補償側三相電感(21)、三相橋逆變器(22)和電容(23)組成，其中補償 側三相電感(21)的輸入端與三相濾波電感(10)的輸出端連接，補償側三相電感(21) 的輸出端與三相橋逆變器(22)的輸入端連接，三相橋逆變器(22)的兩條母線分別與 電容(23)的兩端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)型有源電力濾波器，屬電力諧波抑制技術領域。該并聯(lián)型有源電力濾波器由三相濾波電感(10)、三相六開關逆變器(20)以及三相整流濾波電路組成，其中三相六開關逆變器(20)又由補償側三相電感(21)、三相橋逆變器(22)和電容(23)組成。外部電網三相電壓輸入至三相濾波電感(10)的一端，三相濾波電感(10)的另一端分別與三相六開關逆變器(20)、三相整流濾波電路連接。利用本發(fā)明的并聯(lián)型有源電力濾波器，可以有效減小補償側三相電感(21)的電感值，提高電流跟蹤能力，改善濾波器補償性能，在電網諧波治理方面具有廣泛的應用前景。
文檔編號H02J3/01GK101651347SQ20091018336
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權日2009年9月18日
發(fā)明者巍 石, 胡海兵, 巖 邢 申請人:南京航空航天大學