[发明专利]两相连接方式级联型有源电力滤波器

说明书

技术领域

本发明属于谐波治理技术领域，具体涉及一种两相连接方式级联型有源电力滤波器。

背景技术

随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，大功率电力电子装置以及大量冲击性负荷如电弧炉、电力机车等设备被广泛使用，公用电网已被谐波严重污染，这对电力系统安全、稳定、经济运行构成了严重威胁。

目前，谐波被认为是电网的一大公害，给电力系统带来了严重的谐波污染。而谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)。有源电力滤波器作为一种可动态补偿谐波的电力电子装置得到广泛的关注和研究，有源电力滤波器的基本原理是从待补偿对象中检测出谐波电流，由可控的功率半导体器件构成的补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对变化的谐波进行实时跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。

在谐波治理过程中，人们一方面希望谐波治理装置能够承受尽可能高的电压，具备尽可能大的功率处理能力；另一方面，为了满足补偿高次谐波的要求，又希望这些大功率电力电子装置能够工作在高开关频率下。但以现有电力电子器件的工艺水平，其功率处理能力和开关频率之间是矛盾的，往往功率越大开关频率越低。为了解决这一矛盾，谐波治理装置一般采用多重化和多电平技术，即多电平级联型有源电力滤波器。

多电平级联型有源电力滤波器主要由多个H桥逆变器串联而成。在高压大容量应用场合，当装置接入电网时，多个H桥逆变器串联，实现多个H桥单元共同承受网侧高压。同时控制每个H桥逆变器的输出电平，多个H桥的输出电平台阶互相组合，以逼近正弦输出电压。作为新型高压大容量功率变换器，它可弥补一般APF容量不足的缺陷。

对于多电平级联型有源电力滤波器，其连接方式分为星形连接和三角形连接。对于星形连接，单相H桥承受相电压，星形连接时存在中性点悬浮问题，不对称补偿能力弱，并且不易实现负序补偿；对于三角形连接，单相H桥承受线电压，三角形连接方式下中性点消失，因此不存在中性点悬浮问题。但是对于三角形连接，单相H桥需承受线电压，在同等电压等级下，相比于星形连接，三角形连接的单相H桥数量增加了大约一倍，所用H桥数量较多。故本专利(两相连接方式级联型有源电力滤波器)综合了星形连接级联APF和三角形连接级联APF各自的优点，在实现谐波补偿的同时，它保留了三角形连接方式较易控制的优点，同时降低了H桥单元的总数量，节约了硬件成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两相连接方式级联型有源电力滤波器，其综合了星形连接方式级联型APF和三角形连接方式级联型APF各自的优点，在实现谐波补偿的同时，还保留了三角形连接方式下较易控制的优点，同时降低了H桥单元的总数量，节约了硬件成本。

本发明所采用的技术方案是：两相连接方式级联型有源电力滤波器，由依次相连的电网部分、补偿装置和控制回路组成，电网部分包括相连的三相电网和非线性负载，控制回路用于根据指令电流对补偿装置进行PWM控制，补偿装置包括两个相同的H桥级联逆变器，两个相同的H桥级联逆变器分别与不同相电网相连，另一相被短接后接入第三相电网中。

本发明的特点还在于，

控制回路包括依次相连的指令电流计算单元、电流跟踪控制单元和驱动单元组成，所述指令电流计算单元用于获取非线性负载中的5、7、11和13次谐波分量；电流跟踪控制单元用于实现两个H桥级联逆变器发出的谐波电流与指令电流的跟踪控制，两个H桥级联逆变器发出的谐波电流与指令电流的误差经过处理后与三角波比较，实现PWM调制；驱动单元用于将调制后的PWM信号进行功率放大，驱动开关管，最终实现对两个H桥级联逆变器的PWM控制。

本发明的有益效果是：本发明两相连接方式级联型有源电力滤波器综合了星形连接级联APF和三角形连接级联APF各自的优点，在实现谐波补偿的同时，还保留了三角形连接方式较易控制的优点，同时降低了H桥单元的总数量，节约了硬件成本。具有以下有益效果：

1、不但具备处理高压大容量功率的能力，同时满足补偿高次谐波的要求；

2、相比于星形连接，不存在中性点悬浮问题，不对称补偿能力强，可实现分相补偿；

3、综合了星形连接和三角形连接的优点，在实现谐波补偿的同时，保留了三角形连接方式较易控制的优点，同时降低了H桥单元的总数量，相比于三角形连接，在同等条件下，H桥单元的总数量减少1/3，节约了硬件成本；

4、可单独补偿5，7，11，13次谐波，单次谐波补偿率>90％，母线电流THD<5％。