[实用新型]基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子技术与电能质量控制研究领域，具体涉及一种基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置。

背景技术

随着电力电子器件的广泛应用，电网中非线性负载的容量不断增加，电网中的谐波污染问题日趋严重，给电网的安全、经济、稳定运行带来了负面影响。目前，主要采用有源和无源滤波两种方法解决电网谐波问题。无源电力滤波器利用LC串联谐振电路，这种滤波方法的缺点是一组滤波装置只能消除特定频率附近的谐波。因装置参数LC的设计受电网影响较大，工作时电网参数会波动，故而补偿效果有限，且装置本身体积太大，不利于安装使用。有源电力滤波器是目前治理谐波的重要发展趋势。其基本原理是从补偿对象中检测谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿性能不受电网阻抗的影响。

目前市场上常见的有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)其逆变器部分多为两电平逆变器。两电平的APF，其输出相电压只有两个电平，合成的电压波形谐波含量大。因其工作直流母线电压偏高，故对直流母线电容和半导体开关器件耐压要求也高，导致成本上升；同时直流母线电压偏高会导致较大的du/dt，进而带来干扰问题。公开号为CN203352174U的中国专利申请公开了一种二极管钳位型的三电平有源电力滤波器，但这种逆变器需要12个反并联二极管的绝缘栅双极性晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)和6个独立的二极管，增加了成本。此外也有文献中也提到了飞跨电容型的三电平逆变器，但这种飞跨电容型的三电平逆变器拓扑控制方法过于复杂，启动时电容需预充电，正常工作时需要对每一个电容的电压进行控制，且电容体积相对庞大，故此类型的有源电力滤波器实际应用较少。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有滤波器存在的上述不足，提供一种基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，拓扑结构简单、易于控制、体积小、成本低、响应速度快、谐波治理全面，且具有动态无功补偿功能。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，包括三个部分，分别为H桥三电平逆变器、系统控制板和IGBT驱动板，系统控制板的PWM信号输出端经IGBT驱动板与H桥三电平逆变器连接；

所述系统控制板用于通过采样电网电压和负载电流，检测出负载的谐波电流，生成相应的PWM信号给IGBT驱动板；

所述IGBT驱动板用于将系统控制板输出的PWM信号进行隔离放大后驱动H桥三电平逆变器中的各IGBT导通或关断，使H桥三电平逆变器发出补偿负载谐波的电流；

所述H桥三电平逆变器包括三个以星形连接方式组成的单相H桥逆变器，每个单相H桥逆变器主要由H桥、IGBT缓冲电路和停机电容放电电路组成，通过控制H桥上的四个IGBT导通与关断控制H桥三电平逆变器输出的电压，进而控制H桥三电平逆变器输出的电流；IGBT缓冲电路用于吸收IGBT关断过程中产生的浪涌电压；停机电容放电电路用于释放停机时直流母线电容中残留的电荷。

按上述方案，所述系统控制板主要包括电压电流采样电路、直流母线电压过压保护电路、APF输出过流保护电路、微处理器和RS422通信电路，电压电流采样电路用于采集电网电压、直流母线电压、负载电流以及APF输出电流信号并送入微处理器，微处理器用于将采集来的电压、电流信号转换成数字信号并发出PWM信号给IGBT驱动板，直流母线电压过压保护电路和APF输出过流保护电路用于保证装置遇到故障时IGBT的安全，RS422通信电路用于微处理器与上位机进行通信。

按上述方案，所述微处理器的型号为SMT32F427。

按上述方案，所述IGBT驱动板采用隔离DC/DC电源、隔离芯片以及IGBT驱动芯片，隔离DC/DC电源、隔离芯片用于将控制部分的弱电与主电路部分的强电进行隔离，IGBT驱动芯片用于控制IGBT的导通与关断。

按上述方案，所述IGBT驱动板采用可插拨的方式安装在H桥三电平逆变器上(有利于模块的安装与替换)。

本实用新型的工作原理：系统控制板首先获取电网电压、负载电流、APF输出电流以及三相直流母线电压等数据，然后由STM32F427微处理器进行处理获取相应的PWM信号，发送给IGBT驱动板，IGBT驱动板根据相应的PWM信号控制H桥三电平逆变器中各IGBT的导通与关断，发出电流，补偿负载电流中的谐波。