[发明专利]一种低谐波含量的多电平有源电力滤波器

说明书

本发明涉及一种低谐波含量的有源电力滤波器及其控制方法。本发明的有源箝位多电平有源电力滤波器包括：熔断器、浪涌抑制器、充电电阻、充电开关、交流电抗器、有源箝位多电平三相桥、直流母线电容、控制器单元。本发明的有源箝位多电平有源电力滤波器，应用在中压领域时可使用1700V及以下电压等级的IGBT，等效开关频率高，高次谐波补偿能力好。本发明相比现有的基于升压变压器的中压有源电力滤波器结构，避免了使用升压变压器对滤波器高次谐波补偿能力的不良影响；相比级联H桥多电平结构，复杂程度大大降低，可靠性更高；相比一般的二极管箝位多电平结构，桥臂上每个器件严格均压，损耗分布更加均匀滤波效果更好。

技术领域

本发明涉及电力电子工程技术领域，具体涉及一种基于有源箝位多电平拓扑的有源电力滤波器。

背景技术

中压变频器在工业上广泛应用，大量变频器工作时其前端三相不控整流电路产生的谐波电流对电力系统的污染日趋严重，对厂区电力系统中其它设备造成巨大的危害。有源电力滤波器经历多年的发展，在低压配电网和高压电网中的应用日臻完善。但在中压配电网中，目前在谐波抑制上主要采用无源电力滤波器。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有以下优点:1、可对频率和幅值大小都变化的谐波以及变化的无功功率实现动态补偿；2、滤波特性不受电网频率变化的影响；3、受电网阻抗的影响不大，不容易发生谐振；4、体积和重量较小；5、被补偿对象超出容量限制时，不会发生过载。

目前中压有源电力滤波器有两种常见方案，一种是400V低压有源电力滤波器经过升压变压器挂接到中压电网上的方案，采用升压变压器的有源补偿系统，升压变压器可以降低有源补偿主电路的电压等级，但大功率高压变压器难以得到精准的高频特性，且高频阻抗很大，因此高频响应性能差，影响谐波补偿效果。此外，该方案还存在变压器造价高、占用面积大、损耗大等缺点；还有一种方法就是采用高压电网中常用的级联H桥多电平方案，该拓扑结构具有以下优点：无需箝位元件；模块化程度好，实际安装和维护便利；等效开关频率高，采用低压低频元件即可实现高压高频大功率变换；各单元开关特性相似。但是由于使用多个H桥模块，IGBT多、驱动信号多，多个独立的直流母线也需要额外的均压控制，控制系统比较复杂，为保证系统可靠性，往往需要增加冗余H桥模块，进一步增加了系统复杂程度，体积重量大，限制了应用场合。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的基于升压变压器的中压有源电力滤波器的不足，包括高频响应性能差，变压器占用面积大、损耗大等问题，还避免级联H桥多电平中压有源电力滤波器方案系统复杂可靠性低的缺点，从而提供一种低谐波含量、综合性能良好且易于实现的中压有源电力滤波器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低谐波含量的多电平有源电力滤波器，所述多电平有源电力滤波器包括：熔断器、浪涌抑制器、充电电阻、充电开关、交流电抗器、有源箝位多电平三相桥、直流母线电容、控制器单元，其特征在于，

中压电网公共点经所述熔断器连接至所述浪涌抑制器，所述浪涌抑制器通连接至所述充电开关，所述充电开关与所述充电电阻并联，二者并联后连接至所述交流电抗器，所述交流电抗器连接至所述有源箝位多电平三相桥，所述有源箝位多电平三相桥连接至所述直流母线电容，所述控制器单元用于生成驱动信号以驱动所述有源箝位三相桥上的功率开关进行开关动作，所述有源箝位多电平三相桥包括三相桥臂，每相桥臂包括两个外管、两个内管和两个侧臂管，每相的输入经相应交流电抗器后输入至两个内管，每个内管与一个外管串联连接后连接至串联连接的直流母线电容C1和C2的外侧，两组外-内管串联电路的中点形成两个连接点，两个侧臂管串联在该两个连接点之间，并且两个侧臂管的中点连接至所述第一电容C1和第二电容C2的中点。

优选地，所述熔断器在所述多电平有源电力滤波器发生输入侧过流时熔断，以保护所述多电平三相桥上的功率开关。

优选地，所述浪涌抑制器将三相进线连接至大地，用以防止雷击或者电网过压时损坏所述多电平三相桥上的功率开关。