[发明专利]含有功率单元的有源电力滤波器及其控制方法

说明书

                              技术领域

本发明涉及含有功率单元的有源电力滤波器及其控制方法。

                              背景技术

由于各种非线性用电负载，如变频器、整流装置、电弧炉、高压直流输电用变流器等的增加，电网的谐波污染、功率因数下降、电压不对称、供电中断、电压波动和闪变等问题越来越突出。

中国机械工业出版社《谐波抑制和无功补偿》(ISBN 7-111-06298-1/TM.728)第7章介绍了用于低压供电电网的有源电力滤波器。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，能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行快速补偿。利用电力电子装置产生对应的谐波电流注入供电电网来抵消非线性负载产生的谐波电流，从而阻止谐波电流流入电网，避免电网电压畸变。根据需要，有源电力滤波器还能实现无功补偿功能。低压有源电力滤波器得到了广泛应用，但是由于电力电子器件耐压等级的限制，低压有源电力滤波器一般只能用于电压等级较低的电网(如380V或以下)。当电网电压等级较高(如6KV)时，通常采用低压有源电力滤波器加变压器耦合的方式。

美国专利US6075350提出了一种采用多个功率单元串联的有源电力滤波器，如图1所示。其原理是采用多个功率单元串联的方式实现高压有源电力滤波功能。其功率单元组成结构如图2所示。可以看出，组成逆变器的功率单元为单相H桥结构，由4个电力电子器件(包含反并联续流二极管)和直流环节电容及相关电路组成。

这种源电力滤波器正常工作时，所有功率单元直流母线电压必须控制在一合适的值。功率单元直流母线电压的控制是这种有源电力滤波器实现的难点。该专利提出的方法为：取其中某一功率单元直流母线电压作为反馈信号，与给定值比较，构成闭环控制，同时结合脉冲轮换的方法实现功率单元直流母线电压的控制和平衡。

该专利提出的有源电力滤波器存在的主要问题有：

1.直流母线电压控制方法只将某一特定功率单元的直流母线电压检测后传送至中央控制系统进行闭环调节，原则上只能实现该特定功率单元直流母线电压的控制。当功率单元之间特性和工况有差异时，即使采用了脉冲轮换的方法，由于其它功率单元的直流母线电压没有构成闭环控制，仍会出现其它功率单元的直流母线电压偏离给定值。

2.逆变器的输出端经过滤波器后直接连接到电网，当有源电力滤波器初次上电时，由于功率单元内部电容充电造成的冲击电流可能导致有源电力滤波器损坏。

3.当逆变器中任何一个功率单元故障时，整个有源电力滤波器就停止工作，不具有功率单元冗余功能。

中国专利200310115393.2提出了一种基于链式逆变器的无功发生装置的直流电压平衡电路，如图3所示。其原理是利用最小电容电压求取器得到所有功率单元直流母线电压中的最小值，然后将此值作为基准电压，将功率单元的直流母线电压与之进行误差调节，输出脉宽调制信号，经过放大器后调节功率单元直流母线电压，实现不同功率单元直流母线电压的平衡。

该发明能实现不同功率单元直流母线电压的平衡，但不能将功率单元的直流电压控制在某一设定值。此外，该发明中放电电阻二端没有设置续流二极管，当电阻内寄生电感较大时，直流母线调节用IGBT关断过程中产生的浪涌电压可能导致IGBT过压损坏。

                              发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种克服上述不足、可实现每个功率单元直流母线电压控制的含有功率单元的有源电力滤波器及其控制方法。

本发明的技术方案一是：

一种用于有源电力滤波器的功率单元，包括H桥逆变电路，与H桥逆变电路直流母线连接的直流环节电容以及控制功率单元工作的控制电路，斩波能耗电路；在所述斩波能耗电路中，放电电阻与电力电子器件串联后并接在所述H桥逆变电路直流母线两端，电压检测电路的输入端与所述H桥逆变电路的直流母线相连，电压设定电路的输出端和电压检测电路的输出端经过比较后的误差输入到电压控制电路，电压控制电路的输出端连接到驱动保护电路的输入端，驱动保护电路的输出端连接到电力电子器件的门极。

所述斩波能耗电路还包括与所述放电电阻反并联的续流二极管。

所述电压控制电路为滞环比较器、周期采样控制比较电路或开关电源用集成电路之中的一种，用于控制功率单元直流母线电压稳定在设定值。

在所述功率单元两输出端之间设有旁路电路。