基于h橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力電子技術(shù)與電能質(zhì)量控制研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于Η橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子器件的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中非線性負(fù)載的容量不斷增加，電網(wǎng)中的諧波污染問題日趨嚴(yán)重，給電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行帶來了負(fù)面影響。目前，主要采用有源和無源濾波兩種方法解決電網(wǎng)諧波問題。無源電力濾波器利用LC串聯(lián)諧振電路，這種濾波方法的缺點是一組濾波裝置只能消除特定頻率附近的諧波。因裝置參數(shù)LC的設(shè)計受電網(wǎng)影響較大，工作時電網(wǎng)參數(shù)會波動，故而補償效果有限，且裝置本身體積太大，不利于安裝使用。有源電力濾波器是目前治理諧波的重要發(fā)展趨勢。其基本原理是從補償對象中檢測諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值變化的諧波進行跟蹤補償，且補償性能不受電網(wǎng)阻抗的影響。
[0003]目前市場上常見的有源電力濾波器(ActivePower Filter，APF)其逆變器部分多為兩電平逆變器。兩電平的APF，其輸出相電壓只有兩個電平，合成的電壓波形諧波含量大。因其工作直流母線電壓偏高，故對直流母線電容和半導(dǎo)體開關(guān)器件耐壓要求也高，導(dǎo)致成本上升；同時直流母線電壓偏高會導(dǎo)致較大的du/dt，進而帶來干擾問題。公開號為CN203352174U的中國專利申請公開了一種二極管鉗位型的三電平有源電力濾波器，但這種逆變器需要12個反并聯(lián)二極管的絕緣柵雙極性晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)和6個獨立的二極管，增加了成本。此外也有文獻中也提到了飛跨電容型的三電平逆變器，但這種飛跨電容型的三電平逆變器拓?fù)淇刂品椒ㄟ^于復(fù)雜，啟動時電容需預(yù)充電，正常工作時需要對每一個電容的電壓進行控制，且電容體積相對龐大，故此類型的有源電力濾波器實際應(yīng)用較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有濾波器存在的上述不足，提供一種基于Η橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、易于控制、體積小、成本低、響應(yīng)速度快、諧波治理全面，且具有動態(tài)無功補償功能。
[0005]本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]基于Η橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置，包括三個部分，分別為Η橋三電平逆變器、系統(tǒng)控制板和IGBT驅(qū)動板，系統(tǒng)控制板的Ρ麗信號輸出端經(jīng)IGBT驅(qū)動板與Η橋三電平逆變器連接；
[0007]所述系統(tǒng)控制板用于通過采樣電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流，檢測出負(fù)載的諧波電流，生成相應(yīng)的PWM信號給IGBT驅(qū)動板；
[0008]所述IGBT驅(qū)動板用于將系統(tǒng)控制板輸出的HVM信號進行隔離放大后驅(qū)動Η橋三電平逆變器中的各IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷，使H橋三電平逆變器發(fā)出補償負(fù)載諧波的電流；
[0009]所述H橋三電平逆變器包括三個以星形連接方式組成的單相H橋逆變器，每個單相H橋逆變器主要由H橋、IGBT緩沖電路和停機電容放電電路組成，通過控制H橋上的四個IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷控制H橋三電平逆變器輸出的電壓，進而控制H橋三電平逆變器輸出的電流；IGBT緩沖電路用于吸收IGBT關(guān)斷過程中產(chǎn)生的浪涌電壓;停機電容放電電路用于釋放停機時直流母線電容中殘留的電荷。
[0010]按上述方案，所述系統(tǒng)控制板主要包括電壓電流采樣電路、直流母線電壓過壓保護電路、APF輸出過流保護電路、微處理器和RS422通信電路，電壓電流采樣電路用于采集電網(wǎng)電壓、直流母線電壓、負(fù)載電流以及APF輸出電流信號并送入微處理器，微處理器用于將采集來的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并發(fā)出PWM信號給IGBT驅(qū)動板，直流母線電壓過壓保護電路和APF輸出過流保護電路用于保證裝置遇到故障時IGBT的安全，RS422通信電路用于微處理器與上位機進行通信。
[0011]按上述方案，所述微處理器的型號為SMT32F427。
[0012]按上述方案，所述IGBT驅(qū)動板采用隔離DC/DC電源、隔離芯片以及IGBT驅(qū)動芯片，隔離DC/DC電源、隔離芯片用于將控制部分的弱電與主電路部分的強電進行隔離，IGBT驅(qū)動芯片用于控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0013]按上述方案，所述IGBT驅(qū)動板采用可插撥的方式安裝在H橋三電平逆變器上(有利于模塊的安裝與替換)。
[0014]本實用新型的工作原理:系統(tǒng)控制板首先獲取電網(wǎng)電壓、負(fù)載電流、APF輸出電流以及三相直流母線電壓等數(shù)據(jù)，然后由STM32F427微處理器進行處理獲取相應(yīng)的PWM信號，發(fā)送給IGBT驅(qū)動板，IGBT驅(qū)動板根據(jù)相應(yīng)的PffM信號控制H橋三電平逆變器中各IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，發(fā)出電流，補償負(fù)載電流中的諧波。
[0015]本實用新型的有益效果:
[0016](I)本裝置通過檢測負(fù)載電流的諧波進行實時補償，速響應(yīng)諧波的頻率和幅值變化，實現(xiàn)各次諧波的動態(tài)治理，不但能動態(tài)補償和隔離諧波源，還具有無功補償?shù)淖饔?，三電平技術(shù)使得有源電力濾波器輸出電壓波形的質(zhì)量更高，對電網(wǎng)的干擾更小，可降低并網(wǎng)電感的大小和成本；
[0017](2)本裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，易于控制，使用的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件個數(shù)相對于其他三電平技術(shù)的有源電力濾波器最少，裝置自身消耗功率低，體積小，成本低；
[0018](3)與兩電平的有源電力濾波器相比，在相同電網(wǎng)電壓等級的情況下，直流母線電壓的設(shè)定值降低了一半，對相關(guān)器件的耐壓要求也降低了約一半，有利于降低裝置的成本；
[0019](4)本裝置在設(shè)計采用了可插拔的IGBT驅(qū)動板，使整個裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且便于裝置的檢修，維護和模塊的更換，是一種能全面提高電能質(zhì)量的控制裝置。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型基于H橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型技術(shù)方案進行詳細(xì)的描述。
[0022]如圖1所示，本實用新型所述的基于H橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置，包括三個部分，分別為H橋三電平逆變器、系統(tǒng)控制板和IGBT驅(qū)動板，系統(tǒng)控制板的PffM信號輸出端經(jīng)IGBT驅(qū)動板與H橋三電平逆變器連接；
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