[发明专利]六开关七电平有源电力滤波器及补偿方法

权利要求书

1.一种六开关七电平有源电力滤波器，其特征是：该六开关七电平有源电力滤波器包括采样单元、控制单元、驱动单元和功率单元，所述的采样单元的输入端分别连接三相交流电网和所述的功率单元，所述的采样单元包括电网电压采样电路、交流电流采样电路和直流电容电压采样电路，所述的采样单元的输出端连接所述的控制单元，所述的控制单元通过所述的驱动单元与所述的功率单元建立连接，所述的功率单元的补偿信号送入三相非线性负载中进行谐波补偿；

所述的功率单元包括七电平逆变器，所述的七电平逆变器包括结构相同的A相逆变器、B相逆变器和C相逆变器，三相采用中性点悬浮的星型结构连接，所述的A相逆变器、B相逆变器和C相逆变器都是由2个电容，6个开关管和2个二极管组成，电容C₁正极与开关管S₁的集电极连接，S₁的发射极与二极管D₁的阴极连接，D₁的阳极和电容C1的负极连接，电容C₁的负极和电容C₂的正极连接，电容C₂的负极与开关管S₂的发射连接，S₂的集电极和二极管D₂的阳极连接，D₂的阴极和D₁的阳极连接，开关管S₃、S₄、S₅、S₆组成桥式逆变器结构，S₁的发射极和桥式逆变器开关管S3的集电极连接，S2的集电极和桥式逆变器开关管S₄的发射极连接；

所述的A相逆变器、B相逆变器和C相逆变器中，直流电容C₁的电压值V₁是直流电容C₂电压值V₂的两倍，每个逆变器可以输出0，±(V₁+V₂)，±V₁，±V₂7种电平；

六开关七电平有源电力滤波器的补偿方法包括如下步骤：

(1)通过ip-iq电流检测法得到三相有功电流；

通过下式得到i_p、i_q；

其中，进而得到：

式中，其中：ωt是锁相环跟踪电网得到的同步相位；

将所述i_p、i_q进行数字滤波得到直流分量通过下式进行反变换得到三相有功电流；

(2)三相负载电流与三相有功电流作差得到三相指令电流；

(3)三相指令电流与三相逆变器输出电流作差后得到偏差信号，将偏差电流信号送入由准PR控制器和重复控制器构成的复合控制器中，经处理后生成调制信号；

(4)对每相上的2个直流电容的电压进行分级控制；

(5)输出同经过准PR+重复控制器处理后的调制信号叠加生成最终的调制波；

所述准PR控制器的传递函数为：

式中：K_p为准PR控制器的比例系数；K_in为谐振系数；ω_c是等效低通滤波器的截止频率；ω_n为准PR控制器的谐振频率；

所述重复控制包括正反馈环节和补偿器，所述正反馈环节的传递函数为：

其中，Q(z)为衰减滤波器，z^-N为滞后时间的离散形式；

所述补偿器的G_c(z)为：

G_c(z)＝K_r·z^k·s(z)；

其中，K_r表示重复控制器的增益；z^k表示超前补偿环节；s(z)为低通滤波器和陷波器的组合；

(6)调制波经过载波层叠调制技术，得到带死区的PWM信号；

准PR控制扩宽了谐振带宽，削弱了对电网频率的敏感度，提高了系统的动态性能；重复控制利用谐波干扰的周期性扰动规律，进行逐周期积分补偿，抑制来电网低频谐波，避免引入谐波补偿器，简化了系统算法；

(7)所述PWM信号驱动七电平逆变器的开关管，输出七个电压；

当输出电平为V1+V2时，开关管S₁、S₂、S₃和S₆闭合，开关S₄和S₅断开；

当输出电平为V1时，开关管S₁、S₃和S₆闭合，开关S₂、S₄和S₅断开；

当输出电平为V2时，开关管S₂、S₃和S₆闭合，开关S₁、S₄和S₅断开；

当输出电平为0时，开关管S₃和S₆闭合，开关S₁、S₂、S₄和S₅断开，或开关管S₄和S₅闭合，开关S₁、S₂、S₃和S₆断开；

当输出电平为-V2时，开关管S₂、S₄和S₅闭合，开关S₁、S₃和S₆断开；

当输出电平为-V1时，开关管S₁、S₄和S₅闭合，开关S₂、S₃和S₆断开；

当输出电平为-(V1+V2)，开关管S₁、S₂、S₄和S₅闭合，开关管S₃和S₆断开。