[发明专利]一种适用于中高压系统的简化型LC式混合有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力滤波器，具体是一种适用于中高压系统的简化型LC式混合有源电力滤波器。

背景技术

随着社会工业的发展，铁路交通，矿山冶金和石油石化行业中高压大功率负荷的投运，会产生大量的无功，负序和谐波电流，给电力系统中的发电、输电和变电设备的运行带来严重危害，增加系统的损耗，降低变压器出力等，严重影响电力系统的安全经济运行。因此，必须采取有效措施抑制大功率负荷产生的无功和谐波电流等电能质量问题。

针对上述的无功、谐波等问题，国内外学者已进行了一定的研究。大量的交流柔性输变电装置(FACTS)如APF，SATCOM和UPQC等被安装在工业现场来进行无功和谐波的动态补偿，提高电力系统的电能质量。但是APF和SATCOM一般用在低压场合，采用普通的两电平结构。由于现在高压对大功率补偿装置的需求极为渴望与迫切，传统的两电平PWM逆变器依靠单个的开关管显然承受不了直流侧的高压。除了高压缺陷以外，传统两电平逆变器还存在以下问题：1)高频产生很高的dv/dt和浪涌电压，引起电机绕组绝缘击穿；2)高频开关产生很大的器件电压应力和开关损耗，使效率降低；3)逆变器输出波形的谐波含量较大。

为了解决上述两电平的缺陷，1980年日本学者Nabae等人提出二极管中点箝位式(Neutral point clamped three-level inverter，NPCTLI)三电平结构的逆变器，如图1所示，这种结构可以使主电路开关管的电压降低一半，可以使dv/dt降低一半，由于输出多了一个电平，输出电压谐波含量减少。后来，有学者又提出了电容箝位式、H桥串联式、主管辅助箝位式等多种多电平的结构，这样有利于采用低压器件实现高压输出，减少了产品的设计，提高了设备的可靠性。但是这种多电平结构直接通过输出电感接电网，逆变器装置的交流侧需要承受电网的基波电压，从而导致装置的容量大、成本高。为此，在80年代日本学者赤木泰文提出了一种LC式混合有源滤波器，三相逆变器通过LC无源滤波器接入电网，有源部分可以向电网注入谐波电流用以补偿负载电流中的谐波分量，并且提供基波有功和无功电流以补偿无功和保持直流侧电压的稳定。由于LC滤波器的电容可以承担大部分的电网基波电压，可以大大减小有源部分的容量，所以这种结构得到了学者、专家的青睐。通过对比分析三电平逆变器和LC式混合有源滤波器两者优缺点的基础上，本专利提出了一种适用于中高压系统的简化型LC式混合有源电力滤波器，进一步简化混合有源滤波器的硬件结构，降低成本，提高系统的效率。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种结构简单、成本低、效率高的适用于中高压系统的简化型LC式混合有源电力滤波器。

本发明为解决上述技术问题的技术方案如是：

一种适用于中高压系统的简化型LC式混合有源电力滤波器，它由一个三电平逆变器和三个输出LC滤波器组成。其中：输出LC滤波器由电感L和电容C构成的三个单调谐滤波器组成；三相逆变器由a、b、c三相并联的，a相三电平开关臂由上对开关管T_a1和T_a2，下对开关管T′_a1和T′_a2及两个续流二极管D_a1和D_a2构成。三相逆变器的b相三电平开关臂由上对开关管T_b1和T_b2，下对开关管T′_b1和T′_b2及两个续流二极管D_b1和D_b2构成；三相逆变器的c相臂由电容C₁和C₂组成。

三电平逆变器通过三个输出LC滤波器连接到中高压电网；V_Sa，V_Sb，V_Sc分别是交流电源电压，逆变器的交流端输出电流为i_Ca，i_Cb，i_Cc；三相交流系统的c相直接连接到两直流电容的中点。

本发明的有益效果在于：本发明采用两个三电平开关臂和一组串联的电容组成一个三相逆变器，与采用二极管箝位式三电平逆变器的有源电力滤波器相比，其输出采用LC滤波器，可以大大减小逆变器的交流侧电压，故大大减小逆变器的容量和成本。与常规三电平逆变器相比，本发明结构减少了一个三电平开关臂，即只采用8个IGBT。在具有同样功能的前提下，与现有技术相比，本发明大大减小了补偿系统的硬件成本和复杂程度，提高了补偿系统的可靠性。