[发明专利]基于倍频SPWM控制的双降压全桥并联型有源电力滤波器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于倍频SPWM控制的双降压全桥并联型有源电力滤波器，属于电力谐波抑制技术领域。

背景技术：

随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电网负荷急剧增大，对电网无功功率补偿的要求与日俱增。特别是如轧机、电弧炉等冲击、非线性负荷的不断增加，加上电力电子技术的普遍应用，使得电网发生了电压波形畸变、电压波动闪变和三相不平衡等问题，产生电能质量降低、网络损耗严重等不良影响。

有源电力滤波器作为谐波及无功滤除装置的发展趋势之一，其拓扑结构、谐波及无功检测和电流控制策略受到了广泛研究。比较两种主流型有源电力滤波器拓扑——半桥型和全桥型结构，半桥结构虽然结构简单，控制容易，但表现出直流侧电容电压利用率低，补偿特性一般，功率器件电压容量等级要求高等不可忽视的缺点，使得全桥型拓扑更具优势，更为研究人员所关注。为了提高全桥型拓扑结构的有源电力滤波器的系统可靠性，控制驱动环节不可避免需要增加一定的死区时间，影响补偿性能。而且，随着开关频率的增加，有源电力滤波器的补偿性能会得到提升。因此在解决大容量的电网谐波及无功补偿问题时，往往采取多级并联或级联等手段来缓解功率管开关频率在容量上的矛盾，以便得到更优的补偿特性，这会带来成本的增加和控制的更为复杂。双降压全桥并联型有源电力滤波器的功率管控制不需要死区时间，可完全杜绝桥臂直通问题，提高系统可靠性，同时功率管体二极管的剥离，降低了功率管开关损耗，有益开关频率的提高。将常规的全桥型结构的控制策略应用于双降压全桥并联型有源电力滤波器会造成电感出现环流，虽然对有源电力滤波器的补偿特性影响不大，但会带来不必要的损耗，考虑到系统安全可靠性也不允许。因此如何减少双降压全桥并联型有源电力滤波器的运行损耗，提高其装置效率，避免过热引起设备安全性等问题有一定现实意义。考虑全桥型结构的有源电力滤波器控制策略已经采用倍频技术，有利于提高功率管等效开关频率，从而带来滤波特性的优势，双降压全桥并联型有源电力滤波器虽然有其特殊结构，如何引进这种先进技术对其实际应用同样十分重要。

发明内容

发明目的：

本发明的目的在于以双降压全桥并联型有源电力滤波器为对象，针对其控制技术存在的不足，提出一种SPWM半波倍频控制系统，避免有源电力滤波器工作时交流侧并联双电感环流侧存在，并能缓解功率管开关频率与容量的矛盾，有利于降低有源滤波器系统损耗，提高系统效率和滤波性能。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于倍频SPWM控制的双降压全桥并联型有源电力滤波器，包括滤波器主电路、采样电路和控制及驱动电路；所述滤波器主电路的输入端分别与电网正母线、非线性负载的一端连接，滤波器主电路的输出端分别与非线性负载的另一端、电网的负母线连接，采样电路的输入端分别与滤波器主电路、电网侧电路连接，用于采集电流、电压的采样值；控制及驱动电路包括无功检测环、电压环、电流环、逻辑控制及隔离驱动环；其中无功检测环的第一输入端、电压环的输入端、电流环的第一输入端分别与采样电路的输出端连接；电压环的输出端与无功检测环的第二输入端连接，无功检测环的输出端与电流环的第二输入端连接；电流环的输出端与逻辑控制及隔离驱动环输入端连接，逻辑控制及隔离驱动环的输出端与滤波器主电路连接。

进一步地，上述基于倍频SPWM控制的双降压全桥并联型有源电力滤波器的滤波器主电路包括交流侧并联电感电路、第一单功率管桥臂、第二单功率管桥臂和直流侧电容；其中交流侧并联电感电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感；所述第一单功率管桥臂、第二单功率管桥臂分别包括两个并联的桥臂；其中第一电感的一端、第二电感的一端相连作为滤波器主电路的正输入端，第一电感的另一端与第一单功率管桥臂中任一桥臂的中点相连，第二电感的另一端与第二单功率管桥臂中任一桥臂的中点相连；第三电感的一端、第四电感的一端相连作为滤波器主电路的负输出端，第三电感的另一端与第一单功率管桥臂中的另一桥臂的中点相连，第四电感的另一端与第二单功率管桥臂中的另一桥臂的中点相连；所述直流侧电容的两端分别连接滤波器主电路的正负直流母线；

所述采样电路包括负载电流采样CT1、补偿电流采样CT2和电网电压采样VT1、直流侧电容电压采样VT2；其中所述直流侧电容电压采样VT2的采样值输入至电压环的输入端；所述负载电流采样CT1的采样值、电网电压采样VT1的采样值分别输入谐波及无功检测电路的第一输入端；所述补偿电流采样CT2的采样值输入电流环的第一输入端。