一种配电网有源滤波装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种配电网有源滤波装置，包括依次连接的谐波电流检测单元、控制系统、碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，所述控制系统与远程监控装置连接。本实用新型专利技术所述的优越效果在于：(1)采用碳化硅金属氧化物场效应晶体管作为全桥电路的功率器件，耐压高、通态电阻低、漏电流小、开关速度高、电流密度高、耐高温。(2)利用碳化硅金属氧化物场效应晶体管半导体器件的高效化和高频化能有效提高有源滤波装置整体系统的稳定性和响应速度，降低了研发成本、生产成本和运输成本；同时使得有源滤波装置的结构能够得到有效简化，减小了系统的体积；在应用于电力系统中有效提升了电能质量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力电子设备制造
，具体涉及一种配电网有源滤波装置，尤其是涉及一种采用碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管作为开关器件的配电网高效率有源滤波装置。
技术介绍
能源作为推动当今社会发展的重要动力，越来越受到人们的关注，而其中的重要组成部分电能更是与我们的日常生活息息相关。随着电力技术的不断发展，为了满足人们的生产、生活需要，各种用电设备不断涌现，其中不乏多种电力电子设备，这些设备在运行过程中因非线性负载的接入，高频开关器件的开关动作等将会对配电网造成谐波污染。如电力变压器、相控整流器、电弧炉等各种工业用大功率用电设备运行时，配电网中电压电流波形将发生严重畸变，功率因数降低，无功能量在配电网中流动，配电线路发热严重，甚至造成配电网输电故障。为此，谐波抑制技术的研究意义重大，有源电力滤波器作为电能质量治理技术的重要组成部分，成为研究的热点。有源电力滤波技术依托于电力电子变换技术，结合数字信号处理技术，通过对配电网电压、电流信号的检测，进而实现有源滤波装置同配电网之间的能量交换，抵消配电网中的谐波及无功分量，使得网侧电压、电流呈同频同相的标准正弦，其补偿效果好，实时检测配电网电流，系统实时性、稳定性更高。然而现代半导体元件在耐压等级、开关损耗等方面的发展速度难以满足有源滤波器装机容量的要求，目前主要通过拓扑结构角度出发进而弥补功率器件容量的不足，而拓扑结构的复杂同时也带来了控制复杂、系统不稳定等许多问题。目前基于碳化硅(SiC)金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)发展迅速，正逐步应用于新能源大功率变换应用领域。尤其是1200V碳化硅金属氧化物场效应晶体管与传统的硅基IGBT相比具有极低开关和导通损耗、高可靠性、高耐压、高雪崩击穿能力等特点，为电力电子变换器系统的小型化、简洁化、轻型化、高效化带来可能。碳化硅是第三代半导体材料的典型代表，它具有宽带隙、高饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优势，特别适合制作大功率功率器件，而利用碳化硅材料实现的功率半导体器件目前正带领电力电子应用领域实现一场“绿色新能源革命”；并且，碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)已发展近十五年，已经广泛用在高效电力电子系统设计中。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本技术的目的在于提出一种配电网有源滤波装置。本技术是通过以下技术方案来实现的：一种配电网有源滤波装置，包括依次连接的谐波电流检测单元、控制系统、碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，所述控制系统与远程监控装置连接；其中，所述谐波电流检测单元用于采集配电网的电压信号和电流信号，及用于采集有源滤波装置输出的电压信号和电流信号，以及采用瞬时功率ip-iq方法得出无功电流，所述的无功电流作为有源滤波装置输出的指令电流，经过控制系统计算后得到调制信号，并将调制信号传输至碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，进而控制逆变桥输出相应的无功电流；由于所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路的交流输出端连接于配电网与负载之间，从而使有源滤波装置产生的无功电流传输至配电网及负载，实现滤除配电网无功电流的目的；所述远程监控装置用于实现控制系统与远程控制中心的信号交互。优选为，所述谐波电流检测单元通过电压互感器采集配电网与有源滤波装置输出的电压信号，以及通过电流互感器采集配电网与有源滤波装置输出的电流信号。优选为，所述控制系统采用电压环和功率环的双闭环控制算法。优选为，所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路为三相电压型桥式电路。优选为，所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路包括若干碳化硅金属氧化物场效应晶体管，及并联在每个碳化硅金属氧化物场效应晶体管两端的二极管。进一步地，所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管的数量为六个。优选为，所述远程监控装置包括相互连接的监控界面屏与操作界面屏，实现有源滤波装置与上位机及控制中心的通讯。与现有技术相比，本技术所述的优越效果在于：(1)采用碳化硅金属氧化物场效应晶体管作为全桥电路的功率器件，耐压高、通态电阻低、漏电流小、开关速度高、电流密度高、耐高温。(2)利用碳化硅金属氧化物场效应晶体管半导体器件的高效化和高频化能有效提高有源滤波装置整体系统的稳定性和响应速度，降低了研发成本、生产成本和运输成本；同时使得有源滤波装置的结构能够得到有效简化，减小了系统的体积；在应用于电力系统中有效提升了电能质量。附图说明图1为所述配电网有源滤波装置原理框图；图2为图1中所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路原理框图；图3为图1中所述谐波电流检测单元与控制系统原理框图。具体实施方式以下，结合附图，对本技术的具体实施方式进行进一步说明。如附图1所示，一种配电网有源滤波装置，包括依次连接的谐波电流检测单元、控制系统、碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，所述控制系统与远程监控装置连接。进一步地，所述控制系统采用电压环和功率环的双闭环控制算法。在本实施例中，所述谐波电流检测单元通过电压互感器(PT)采集配电网与有源滤波装置输出的电压信号，以及通过电流互感器(CT)采集配电网与有源滤波装置输出的电流信号。在本实施例中，所述远程监控装置包括相互连接的监控界面屏与操作界面屏，实现有源滤波装置与上位机及控制中心的通讯；其中，所述远程监控装置为现有设备，所述远程监控装置作为信号中转站，将控制系统的信号发送至远程监控中心，同时接受远程监控中心的指令，并将所述指令传送至控制系统。所述的监控界面屏、操作界面屏为现有设备。在本实施例中，所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路包括6个碳化硅金属氧化物场效应晶体管，分别为VS1-VS6，及并联在每个碳化硅金属氧化物场效应晶体管两端的二极管组成三相电压型桥式电路。如图2所示，其中VS1与VS2串联、VS3与VS4串联、VS5与VS6串联，同时与储能电热C并联，且每个碳化硅金属氧化物场效应晶体管的两端并联一个二极管，以及在VS1与VS2之间通过滤波电抗器L1输出，在VS3与VS4之间通过滤波电抗器L2输出，在VS5与VS6之间通过滤波电抗器L3输出。所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路的交流输出端通过上述滤波电抗器L1、L2、L3连接于配电网与负载之间，进而补偿配电网所需的无功电流。本技术提取负载无功电流采用瞬时功率ip-iq方法计算，所述谐波电流检测单元利用谐波电流提取原理的检测过程如图3所示，具体包括：三相电压经过CLARKE变换到两相静止坐标系得到eα和eβ，三相负载电流经过CLARKE变换到两相静止坐标系得到iLα和iLβ。所述有源滤波装置的输出电流经过CLARKE变换得到icα和icβ。将两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系下得到up、uq。其中，uq利用锁相环(PLL)进行闭环计算得到实时相角w，负载电流进行PARK变换得到有功电流iLd和无功电流iLq，有源滤波装置的输出电流进行PARK变换得到有功电流idf和无功电流iqf。负载的无功电流iLq作为有源滤波装置(APF)的无功电流指令iqref送给控制系统进行相应控制。所述控制系统采用电压环和电流环的双闭环控制算法，控制算法如图3所示。电压外环控制直流母线电压，为有源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网有源滤波装置，其特征在于，包括依次连接的谐波电流检测单元、控制系统、碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，所述控制系统与远程监控装置连接；其中，所述谐波电流检测单元用于采集配电网的电压信号和电流信号，及用于采集有源滤波装置输出的电压信号和电流信号，以及采用瞬时功率ip‑iq方法得出无功电流，所述的无功电流作为有源滤波装置输出的指令电流，经过控制系统计算后得到调制信号，并将调制信号传输至碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，进而控制逆变桥输出相应的无功电流；由于所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路的交流输出端连接于配电网与负载之间，从而使有源滤波装置产生的无功电流传输至配电网及负载，实现滤除配电网无功电流的目的；所述远程监控装置用于实现控制系统与远程控制中心的信号交互。

【技术特征摘要】
1.一种配电网有源滤波装置，其特征在于，包括依次连接的谐波电流检测单元、控制系统、碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，所述控制系统与远程监控装置连接；其中，所述谐波电流检测单元用于采集配电网的电压信号和电流信号，及用于采集有源滤波装置输出的电压信号和电流信号，以及采用瞬时功率ip-iq方法得出无功电流，所述的无功电流作为有源滤波装置输出的指令电流，经过控制系统计算后得到调制信号，并将调制信号传输至碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路，进而控制逆变桥输出相应的无功电流；由于所述碳化硅金属氧化物场效应晶体管桥式电路的交流输出端连接于配电网与负载之间，从而使有源滤波装置产生的无功电流传输至配电网及负载，实现滤除配电网无功电流的目的；所述远程监控装置用于实现控制系统与远程控制中心的信号交互。2.根据权利要求1所述的配电网有源滤波装置，其特征在于，所述谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，孟晓丽，刘科研，董伟杰，叶学顺，宋晓辉，贾东梨，何开元，唐建岗，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网山东省电力公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11