專利名稱：一種并聯(lián)型有源電力濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本新型涉及一種適用于電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器，尤其涉及一種適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的電力電子裝置被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，同時也將大量的諧波注入電網(wǎng)。電網(wǎng)中諧波的危害極大，它會使電網(wǎng)供電電壓波形發(fā)生畸變而使供電質(zhì)量下降，電力系統(tǒng)的能量損耗增加、供用電設(shè)備壽命縮短，還會對其它電子設(shè)備造成電磁干擾。由于電網(wǎng)諧波引起的電能質(zhì)量問題日益受到重視，有源電力濾波器(Active Power Filter，簡稱APF)作為一種動態(tài)抑制諧波和補償無功電流的新型電力電子裝置，已經(jīng)成為解決日益嚴重的電力諧波污染問題最有效和最有前途的補償方式。目前，三相三線制APF已經(jīng)得到了廣泛的研究，并有許多研究成果，已在實際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。而由于三相四線制供電方式在低壓配電系統(tǒng)中是最主要的供電方式，并在工業(yè)、辦公及民用建筑、城市供電、工廠供電等電力系統(tǒng)中廣為應(yīng)用，其諧波和三相不平衡所產(chǎn)生的問題越來越引起人們的重視，所占的諧波比重也逐年增加。綜上，對三相四線制系統(tǒng)中存在的諧波和三相不平衡進行補償有著重要意義。如何使得有源電力濾波器既能抵制三相四線制APF三相電流中的正序和負序諧波分量，又能補償系統(tǒng)的零序諧波電流，是一個非常重要的技術(shù)問題，成為了當(dāng)前的研究難點。
實用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本新型提供了一種適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器。根據(jù)本新型的一方面，提供了一種并聯(lián)型有源電力濾波器。該并聯(lián)型有源電力濾波器包括三相全橋逆變電路，其與所述三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)電連接；半橋斬波電路，其與所述三相全橋逆變電路相并聯(lián)，用于控制所述并聯(lián)型有源電力濾波器的直流側(cè)電壓；雙電容，所述半橋斬波電路通過電感與所述直流側(cè)雙電容(120)的中點電連接， 以及雙電容的中點接地；以及所述控制單元單元，其采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為用于維持所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電壓穩(wěn)定的電壓環(huán)子模塊、以及外環(huán)為用于控制所述并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出電流的電流環(huán)子模塊，其中，所述半橋斬波電路由兩個串聯(lián)的功率開關(guān)管構(gòu)成，所述功率開關(guān)管由功率管和反并聯(lián)二極管構(gòu)成。其中，所述三相全橋逆變電路由相互并聯(lián)的三組橋臂構(gòu)成，所述橋臂由兩個串聯(lián)的功率開關(guān)管構(gòu)成，所述功率開關(guān)管由功率管和反并聯(lián)二極管構(gòu)成，以及所述三相全橋逆變電路經(jīng)由三相電感與所述三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)電連接。根據(jù)本新型另一方面提供的并聯(lián)型有源電力濾波器，還包括控制單元單元，所述控制單元其采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為用于維持所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電壓穩(wěn)定的電壓環(huán)子模塊、以及外環(huán)為用于控制所述并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出電流的電流環(huán)子模塊。其中，所述電壓環(huán)子模塊與所述雙電容的兩端直接或間接電連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本新型具有以下優(yōu)點相比傳統(tǒng)并聯(lián)型有源電力濾波器，本新型的并聯(lián)型有源電力濾波器改變了傳統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)，例如，新增了半橋斬波電路112并采用了電感連接中性點鉗位電路，使得根據(jù)本新型的并聯(lián)型有源電力濾波器既能抵制三相四線制APF三相電流中的正序和負序諧波分量，又能補償系統(tǒng)的零序諧波電流。更具體地，三相全橋逆變電路控制 111用于輸出電流，半橋斬波電路112用于消除因零序電流引起的直流端電壓波動，因此可以很好地實現(xiàn)直流端電壓與電流控制的耦合，在三相四線有源電力濾波系統(tǒng)中具有實際應(yīng)用價值。此外，根據(jù)本新型的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器還采用了雙閉環(huán)控制的控制模式，其中，內(nèi)環(huán)為電壓環(huán)，其提供能量前饋控制直流端電壓穩(wěn)定，抑制零序電流擾動；外環(huán)為電流環(huán)，電流環(huán)采用PWM(脈沖寬度調(diào)制Pulse Width Modulation) 控制，這樣的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)相比現(xiàn)有技術(shù)，能夠更好地補償電網(wǎng)諧波電流，抑制系統(tǒng)三相不平衡。此外，在根據(jù)本新型的并聯(lián)型有源電力濾波器中所采用的能量前饋計算參考電流的方法、從能量的方面考慮系統(tǒng)諧波、無功的補充，三相不平衡的補償，進一步提高了并聯(lián)型有源電力濾波器的性能，對負載突變具有強魯棒性，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性。本新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本新型而了解。本新型的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖用來提供對本新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本新型的實施例一起用于解釋本新型，并不構(gòu)成對本新型的限制。在附圖中圖1是根據(jù)本新型第一實施例的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本新型第一實施例的并聯(lián)型有源電力濾波器中一個開關(guān)腳的等效單級、雙刀開關(guān)示意圖；圖3是根據(jù)本新型第二實施例的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本新型第二實施例的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器的能量關(guān)系示意圖；圖5是根據(jù)本新型第二實施例的電壓環(huán)能量前饋控制的示意圖；圖6是未采用根據(jù)本新型濾波器進行諧波補償時、電網(wǎng)相電流、相電壓及中線電流波形示意圖；[0028]圖7是采用了根據(jù)本新型濾波器進行諧波補償時、電網(wǎng)相電流、相電壓及中線電流波形示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本新型的實施方式，借此對本新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本新型中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本新型的保護范圍之內(nèi)。第一實施例下面參考圖1來說明本新型的第一實施例。圖1是根據(jù)本新型第一實施例的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器(下文中，也簡稱為有源電力濾波器)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，有源電力濾波器，根據(jù)本實施例的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的有源電力濾波器包括三相全橋逆變電路111，其經(jīng)由三相電感與三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)電連接，以并網(wǎng)至三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)。其中，三相全橋逆變電路111由相互并聯(lián)的三組橋臂構(gòu)成，每組橋臂均由兩個串聯(lián)的功率開關(guān)管構(gòu)成，功率開關(guān)管由功率管和反并聯(lián)二極管構(gòu)成，每組單相橋逆變電路的中點分別電連接至交流電網(wǎng)中三條母線之一。根據(jù)本實施例的適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的有源電力濾波器還包括與三相全橋逆變電路111相并聯(lián)的半橋斬波電路112。該半橋斬波電路112用于控制有源電力濾波器的直流側(cè)電壓。優(yōu)選地，該半橋斬波電路112與三相全橋逆變電路111不通過其它器件直接并聯(lián)。該半橋斬波電路112可由兩個串聯(lián)的功率開關(guān)管構(gòu)成，功率開關(guān)管由功率管和反并聯(lián)二極管構(gòu)成。此外，根據(jù)本實施例的有源電力濾波器還包括直流端雙電容120。半橋斬波電路112通過電感與該直流端雙電容120的中點連接，以鉗位控制電容中點電壓，使零序電流不流過雙電容，從而能夠使直流側(cè)電壓穩(wěn)定。為了便于理解，發(fā)明人進一步通過圖2示出了根據(jù)本新型第一實施例的有源電力濾波器中一個開關(guān)腳的等效單級、雙刀開關(guān)示意圖。每個開關(guān)的狀態(tài)可以表示為如式(1)所示的兩種狀態(tài)。更具體地，以S表示每個電子開關(guān)器件，參見圖3，每個橋臂可以表示為一個單級雙刀開關(guān)，根據(jù)本實施例的有源電力濾波器通過逆變器中的開關(guān)控制來進行控制。則每個橋臂的狀態(tài)滿足式O)。
權(quán)利要求1.一種并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，包括三相全橋逆變電路，其與所述三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)電連接；半橋斬波電路，其與所述三相全橋逆變電路相并聯(lián)，用于控制所述并聯(lián)型有源電力濾波器的直流側(cè)電壓；雙電容，所述半橋斬波電路通過電感與所述直流側(cè)雙電容(120)的中點電連接，以及雙電容的中點接地；以及控制單元，其采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為用于維持所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電壓穩(wěn)定的電壓環(huán)子模塊、以及外環(huán)為用于控制所述并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出電流的電流環(huán)子模塊，其中，所述半橋斬波電路由兩個串聯(lián)的功率開關(guān)管構(gòu)成，所述功率開關(guān)管由功率管和反并聯(lián)二極管構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述三相全橋逆變電路由相互并聯(lián)的三組橋臂構(gòu)成，所述橋臂由兩個串聯(lián)的功率開關(guān)管構(gòu)成，所述功率開關(guān)管由功率管和反并聯(lián)二極管構(gòu)成，以及所述三相全橋逆變電路經(jīng)由三相電感與所述三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，還包括控制單元單元， 所述控制單元其采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為用于維持所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電壓穩(wěn)定的電壓環(huán)子模塊、以及外環(huán)為用于控制所述并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出電流的電流環(huán)子模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述電壓環(huán)子模塊與所述雙電容的兩端直接或間接電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述電壓環(huán)子模塊根據(jù)并聯(lián)型有源電力濾波器的直流側(cè)能量的變化來得到作為逆變器瞬時諧波補償參考值的參考電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述電流環(huán)子模塊根據(jù)所述參考電流來對所述并聯(lián)型有源電力濾波器中三相全橋逆變電路的輸出電流進行控制。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器，其主要由三相全橋逆變電路、半橋斬波電路、雙電容以及控制單元組成，所述三相全橋逆變電路與三相四線電網(wǎng)系統(tǒng)電連接并且與半橋斬波電路相并聯(lián)；所述半橋斬波電路另一側(cè)通過電感與所述直流側(cè)雙電容的中點電連接，其用于控制并聯(lián)型有源電力濾波器的直流側(cè)電壓；所述控制單元采用了雙閉環(huán)控制的控制結(jié)構(gòu)。本實用新型的并聯(lián)型有源電力濾波器的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)相比現(xiàn)有技術(shù)能夠更好地補償電網(wǎng)諧波電流，有效抑制三相不平衡。
文檔編號H02J3/26GK202050244SQ201120162880
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者于晶榮, 孫堯, 敖杰, 楊建 , 王輝, 粟梅, 肖亮, 董密 申請人:江西中能電氣科技有限公司