基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器制造技术

一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器。目前，有源电力滤波器在我国的应用仍以低压小容量系统为主，研究和应用水平与发达国家相比有较大差距，这与国内电网谐波污染日益严重的状况很不适应。一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，具有以下特征：主电路拓扑采用改进的中性点箝位型结构，这种新型拓扑由5电平有源中性点箝位模块和低压子模块组成，每相最多可输出11种电平，在谐波电流的检测中，采用基于瞬时无功功率理论的ip‑iq电流检测法；在电流的跟踪控制中，采用PI控制和重复控制对指令电流进行精确控制，直流电压采用分级控制方式，先控制整体直流侧电压，再控制相间电压平衡，最后控制相内电压平衡。

An Improved Neutral Point Clamped Multilevel Active Power Filter

【技术实现步骤摘要】
基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器
：本专利技术涉及一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器。
技术介绍
：电能作为人们生活所必需的能源，其覆盖范围和应用程度代表着我国综合国力，随着经济和科技的发展，特别是电力电子技术迅猛发展，被大规模地运用在了电力领域。由于不平衡和非线性的负荷在配电网中不断地增多，电能质量受到了严重的影响，其危害越来越严重。因此，有效的抑制电网谐波以及补偿无功功率便成了解决这一问题的关键技术之一，有源电力滤波器就这样应运而生了。目前，有源电力滤波器在我国的应用仍以低压小容量系统为主，研究和应用水平与发达国家相比有较大差距，这与国内电网谐波污染日益严重的状况很不适应。随着我国电能质量治理工作的深入和国内对谐波问题重视程度的提高，有源滤波技术必将在我国得到广泛地应用，市场潜力巨大。基本拓扑功率主回路的通常结构为两电平电压型PWM整流器（VSR），为提高电压等级和补偿容量，通过多重化和多电平技术又发展出多电平结构和级联结构等。多电平技术提出至今，已经有很多种变流器拓扑结构，但归纳后主要有四种拓扑：中性点箝位型、飞跨电容箝位型、模块化级联机构型以及具有独立直流电压源的H桥级联型。与两电平APF相对比发现，多电平APF具有明显的优势，不仅降低了电力器件的耐压要求，而且装置输出电流谐波小且更接近正弦波，补偿效果更加“精细”。目前，国内投入市场的多以两电平拓扑结构的APF为主，本专利技术提出一种新型的11电平APF拓扑，由5电平有源中性点箝位模块和低压子模块结合而成，具有高频开关数量少，易模块化，装置输出电平数多，谐波小等特点。专利技术内容：本专利技术的目的是提供一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，在电流内环控制策略上采用新颖的比例积分（PI）控制加重复控制的组合控制策略实现对谐波电流的无静差跟踪，使用双二阶广义积分器锁相环跟踪电压矢量相角，使得装置在电网电压含有谐波成分时正常运行，设计了独特的调制算法，减轻了DSP的运算压力，通过电压分级控制和基于Buck-Boost电路的硬件均压方式实现电容电压的平衡控制和直流母线电压平衡控制。此外，系统还具有过压、过流、过温保护功能，确保了系统安全、可靠运行。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其组成包括：核心控制电路、信号调理电路和驱动电路，所述的核心控制电路、所述的信号调理电路和所述的驱动电路组成电力滤波器，系统主电路由连接电网的电感和中性点箝位型多电平有源滤波器组成，所述的信号调理电路和功率单元与三相交流电网和三非线性负载连接，所述的功率单元与所述的信号调理电路连接，所述的核心控制单元与所述的驱动电路连接，所述的驱动电路以CONCEPT公司的2SD315为核心，所述的核心控制电路以TI公司的DSP芯片TMS320F28335和ALTREA公司的FPGA芯片EP4CE15E22C8N为核心。所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，所述的有源电力滤波器主功率拓扑采用改进的5电平有源中性点箝位模块结合低压子模块组成，直流母线上下两电容电压均为Udc/2，所述的5电平有源中性点箝位模块中箝位电容电压为Udc/4，低压子模块中电容电压为Udc/8，新型拓扑每相最多可以输出11种电压，有源电力滤波器装置输出波形谐波小。所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，所述的有源电力滤波器的核心控制器采用DSP+FPGA架构，其中DSP数字处理芯片选用TI公司的TMS320F28335芯片，FPGA选用ALTERA公司的EP4CE15E22C8N芯片，所述的DSP数字处理芯片主要负责经过处理的采样信号的运算、指令电流提取、电流跟踪控制算法、均压算法的实现以及得到最终的三相调制信号，并将调制波并行发送给FPGA，FPGA主要负责将收到的调制信号数据经过调制算法的运算，得到带死区的PWM信号。所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，所述的有源电力滤波器采用双二阶广义积分器锁相环对电网电压进行相位的检测跟踪，当在电网不平衡与含有谐波的情况下，能够提取电压正序基波信号并跟踪它的相位、频率，当在普通锁相环中，加入所述的二阶广义积分器，提取电网基波信号及其正交信号，实现在电网不平衡和谐波干扰的复杂环境下依然能够准确锁相。所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其所述的有源电力滤波器的直流电压控制方式，直流侧电压采用三级控制方法，首先要控制直流侧电压维持在给定值Uref，此时得到调制波相角为，然后再控制三相之间的电压平衡，得到各相相位角偏差、、，最后再进行相内电容电压平衡控制，通过对各正弦调制进行微调实现。所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，所述的有源电力滤波器的中点电压平衡控制策略，采用硬件电路控制电压平衡，是一种由储能电感及两个功率开关管IGBT与上、下电容构成的Buck-Boost硬件均压电路。所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器的补偿方法，其改方法包括如下步骤：首先由信号检测单元完成各电压、电流的检测与转换，包括电网三相电压、负载侧三相电流、有源电力滤波器输出的三相反馈电流、直流侧的电容电压；然后，根据检测到的数据在控制单元进行运算和控制，得到开关管的控制信号PWM；最后，PWM控制信号经功放驱动有源电力滤波器中各功率开关管的通断，使换流器输出相应的补偿电流，以补偿系统谐波电流。本专利技术的有益效果：1.本专利技术提出了一种新型的中性点箝位式11电平拓扑，由5电平有源中性点箝位模块和低压子模块组成，采用比例积分加重复控制组合的复合控制策略对谐波电流进行精准跟踪，基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法，三级控制直流电容电压，双二阶广义积分器锁相环对电网电压相位进行同步跟踪。（1）提出的新型中性点箝位11电平变换器单相拓扑结构，是由一个5电平有源中性点箝位模块和一个低压子模块构成，通过低压子模块中较低的电容电压实现电平的倍增，提高滤波器的输出电平且减小了输出波形的谐波含量。（2）采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法，该方法能准确的检测出电网中的有功电流和无功电流的大小，提高系统的稳定性，并使用双二阶广义积分器锁相环对电网电压相位进行同步跟踪。（3）对传统的电流环PI控制进行了改变，使用比例积分（PI）控制加重复控制的组合控制策略实现对谐波电流的无静差跟踪，从而保证有源电力滤波器的谐波补偿精度。（4）通过电压分级控制和基于Buck-Boost电路的硬件均压方式实现电容电压的平衡控制和直流母线电压平衡控制，采用独特的调制算法，缩短了APF控制算法的运算周期，提高了系统的响应时间。（5）采用DSP+FPGA的控制方式，DSP和FPGA分工明确，协同工作。DSP主要负责采样数据真实值处理及电流跟踪控制算法实现，FPGA作为DSP芯片的外围扩展器件，主要是实现并行接收DSP发出的数据，经过FPGA的逻辑运算来实现PWM脉冲信号的输出。本专利技术的目的在于提供一种快速、安全、稳定的有源电力滤波器装置，优点是改进的中性点箝位11电平主功率拓扑具有输出电平数多，谐波小，低压子模块较低的电容电压可以实现装置电平的翻倍，实现了装置多电平波形输出，且新型拓扑高频开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其组成包括：核心控制电路、信号调理电路和驱动电路，其特征是：所述的核心控制电路、所述的信号调理电路和所述的驱动电路组成电力滤波器，系统主电路由连接电网的电感和中性点箝位型多电平有源滤波器组成，所述的信号调理电路和功率单元与三相交流电网和三非线性负载连接，所述的功率单元与所述的信号调理电路连接，所述的核心控制单元与所述的驱动电路连接，所述的驱动电路以CONCEPT公司的2SD315模块为核心，所述的核心控制电路以TI公司的DSP芯片TMS320F28335和ALTREA公司的FPGA芯片EP4CE15E22C8N为核心。

【技术特征摘要】
2019.03.10 CN 20191017773921.一种基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其组成包括：核心控制电路、信号调理电路和驱动电路，其特征是：所述的核心控制电路、所述的信号调理电路和所述的驱动电路组成电力滤波器，系统主电路由连接电网的电感和中性点箝位型多电平有源滤波器组成，所述的信号调理电路和功率单元与三相交流电网和三非线性负载连接，所述的功率单元与所述的信号调理电路连接，所述的核心控制单元与所述的驱动电路连接，所述的驱动电路以CONCEPT公司的2SD315模块为核心，所述的核心控制电路以TI公司的DSP芯片TMS320F28335和ALTREA公司的FPGA芯片EP4CE15E22C8N为核心。2.根据权利要求1所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其特征是：所述的有源电力滤波器主功率拓扑采用改进的5电平有源中性点箝位模块结合低压子模块组成，直流母线上下两电容电压均为Udc/2，所述的5电平有源中性点箝位模块中箝位电容电压为Udc/4，低压子模块中电容电压为Udc/8，新型拓扑每相最多可以输出11种电压，有源电力滤波器装置输出波形谐波小。3.根据权利要求2所述的基于改进的中性点箝位型多电平有源电力滤波器，其特征是：所述的有源电力滤波器的核心控制器采用DSP+FPGA架构，其中DSP数字处理芯片选用TI公司的TMS320F28335芯片，FPGA选用ALTERA公司的EP4CE15E22C8N芯片，所述的DSP数字处理芯片主要负责经过处理的采样信号的运算、指令电流提取、电流跟踪控制算法、均压算法的实现以及得到最终的三相调制信号，并将调制波并行发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，张鹏飞，许明章，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23