[发明专利]基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器

说明书

一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器。目前，有源电力滤波器在我国的应用仍以低压小容量系统为主，研究和应用水平与发达国家相比有较大差距，这与国内电网谐波污染日益严重的状况很不适应。一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，具有以下特征：主电路拓扑采用改进的中性点箝位型结构，这种新型拓扑由5电平有源中性点箝位模块和低压子模块组成，每相最多可输出11种电平，在谐波电流的检测中，采用基于瞬时无功功率理论的i_p‑i_q电流检测法；在电流的跟踪控制中，采用PI控制和重复控制对指令电流进行精确控制，直流电压采用分级控制方式，先控制整体直流侧电压，再控制相间电压平衡，最后控制相内电压平衡。

技术领域：

本发明涉及一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器。

背景技术：

电能作为人们生活所必需的能源，其覆盖范围和应用程度代表着我国综合国力，随着经济和科技的发展，特别是电力电子技术迅猛发展，被大规模地运用在了电力领域。由于不平衡和非线性的负荷在配电网中不断地增多，电能质量受到了严重的影响，其危害越来越严重。因此，有效的抑制电网谐波以及补偿无功功率便成了解决这一问题的关键技术之一，有源电力滤波器就这样应运而生了。

目前，有源电力滤波器在我国的应用仍以低压小容量系统为主，研究和应用水平与发达国家相比有较大差距，这与国内电网谐波污染日益严重的状况很不适应。随着我国电能质量治理工作的深入和国内对谐波问题重视程度的提高，有源滤波技术必将在我国得到广泛地应用，市场潜力巨大。基本拓扑功率主回路的通常结构为两电平电压型PWM整流器（VSR），为提高电压等级和补偿容量，通过多重化和多电平技术又发展出多电平结构和级联结构等。多电平技术提出至今，已经有很多种变流器拓扑结构，但归纳后主要有四种拓扑：中性点箝位型、飞跨电容箝位型、模块化级联机构型以及具有独立直流电压源的H桥级联型。

与两电平APF相对比发现，多电平APF具有明显的优势，不仅降低了电力器件的耐压要求，而且装置输出电流谐波小且更接近正弦波，补偿效果更加“精细”。目前，国内投入市场的多以两电平拓扑结构的APF为主，本发明提出一种新型的11电平APF拓扑，由5电平有源中性点箝位模块和低压子模块结合而成，具有高频开关数量少，易模块化，装置输出电平数多，谐波小等特点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，在电流内环控制策略上采用新颖的比例积分（PI）控制加重复控制的组合控制策略实现对谐波电流的无静差跟踪，使用双二阶广义积分器锁相环跟踪电压矢量相角，使得装置在电网电压含有谐波成分时正常运行，设计了独特的调制算法，减轻了DSP的运算压力，通过电压分级控制和基于Buck-Boost电路的硬件均压方式实现电容电压的平衡控制和直流母线电压平衡控制。此外，系统还具有过压、过流、过温保护功能，确保了系统安全、可靠运行。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其组成包括：核心控制电路、信号调理电路和驱动电路，所述的核心控制电路、所述的信号调理电路和所述的驱动电路组成电力滤波器，系统主电路由连接电网的电感和中性点箝位型多电平有源滤波器组成，所述的信号调理电路和功率单元与三相交流电网和三非线性负载连接，所述的功率单元与所述的信号调理电路连接，所述的核心控制单元与所述的驱动电路连接，所述的驱动电路以CONCEPT公司的2SD315为核心，所述的核心控制电路以TI公司的DSP芯片TMS320F28335和ALTREA公司的FPGA芯片EP4CE15E22C8N为核心。

所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，所述的有源电力滤波器主功率拓扑采用改进的5电平有源中性点箝位模块结合低压子模块组成，直流母线上下两电容电压均为Udc/2，所述的5电平有源中性点箝位模块中箝位电容电压为Udc/4，低压子模块中电容电压为Udc/8，新型拓扑每相最多可以输出11种电压，有源电力滤波器装置输出波形谐波小。