本实用新型专利技术公开了一种基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，包括三个部分，分别为H桥三电平逆变器、系统控制板和IGBT驱动板，系统控制板的PWM信号输出端经IGBT驱动板与H桥三电平逆变器连接；系统控制板用于通过采样电网电压和负载电流，检测出负载的谐波电流，生成相应的PWM信号给IGBT驱动板；IGBT驱动板用于将系统控制板输出的PWM信号进行隔离放大后驱动H桥三电平逆变器中的各IGBT导通或关断，使H桥三电平逆变器发出补偿负载谐波的电流；H桥三电平逆变器包括三个以星形连接方式组成的单相H桥逆变器。通过检测负载电流的谐波进行实时补偿，实现各次谐波的动态治理，拓扑结构简单、易于控制、体积小、成本低、响应速度快、谐波治理全面。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于电力电子技术与电能质量控制研究领域，具体涉及一种基于Η桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置。
技术介绍
随着电力电子器件的广泛应用，电网中非线性负载的容量不断增加，电网中的谐波污染问题日趋严重，给电网的安全、经济、稳定运行带来了负面影响。目前，主要采用有源和无源滤波两种方法解决电网谐波问题。无源电力滤波器利用LC串联谐振电路，这种滤波方法的缺点是一组滤波装置只能消除特定频率附近的谐波。因装置参数LC的设计受电网影响较大，工作时电网参数会波动，故而补偿效果有限，且装置本身体积太大，不利于安装使用。有源电力滤波器是目前治理谐波的重要发展趋势。其基本原理是从补偿对象中检测谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿性能不受电网阻抗的影响。目前市场上常见的有源电力滤波器(ActivePower Filter，APF)其逆变器部分多为两电平逆变器。两电平的APF，其输出相电压只有两个电平，合成的电压波形谐波含量大。因其工作直流母线电压偏高，故对直流母线电容和半导体开关器件耐压要求也高，导致成本上升；同时直流母线电压偏高会导致较大的du/dt，进而带来干扰问题。公开号为CN203352174U的中国专利申请公开了一种二极管钳位型的三电平有源电力滤波器，但这种逆变器需要12个反并联二极管的绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)和6个独立的二极管，增加了成本。此外也有文献中也提到了飞跨电容型的三电平逆变器，但这种飞跨电容型的三电平逆变器拓扑控制方法过于复杂，启动时电容需预充电，正常工作时需要对每一个电容的电压进行控制，且电容体积相对庞大，故此类型的有源电力滤波器实际应用较少。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，针对现有滤波器存在的上述不足，提供一种基于Η桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，拓扑结构简单、易于控制、体积小、成本低、响应速度快、谐波治理全面，且具有动态无功补偿功能。本技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是:基于Η桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，包括三个部分，分别为Η桥三电平逆变器、系统控制板和IGBT驱动板，系统控制板的Ρ丽信号输出端经IGBT驱动板与Η桥三电平逆变器连接；所述系统控制板用于通过采样电网电压和负载电流，检测出负载的谐波电流，生成相应的PWM信号给IGBT驱动板；所述IGBT驱动板用于将系统控制板输出的HVM信号进行隔离放大后驱动Η桥三电平逆变器中的各IGBT导通或关断，使H桥三电平逆变器发出补偿负载谐波的电流；所述H桥三电平逆变器包括三个以星形连接方式组成的单相H桥逆变器，每个单相H桥逆变器主要由H桥、IGBT缓冲电路和停机电容放电电路组成，通过控制H桥上的四个IGBT导通与关断控制H桥三电平逆变器输出的电压，进而控制H桥三电平逆变器输出的电流；IGBT缓冲电路用于吸收IGBT关断过程中产生的浪涌电压;停机电容放电电路用于释放停机时直流母线电容中残留的电荷。按上述方案，所述系统控制板主要包括电压电流采样电路、直流母线电压过压保护电路、APF输出过流保护电路、微处理器和RS422通信电路，电压电流采样电路用于采集电网电压、直流母线电压、负载电流以及APF输出电流信号并送入微处理器，微处理器用于将采集来的电压、电流信号转换成数字信号并发出PWM信号给IGBT驱动板，直流母线电压过压保护电路和APF输出过流保护电路用于保证装置遇到故障时IGBT的安全，RS422通信电路用于微处理器与上位机进行通信。按上述方案，所述微处理器的型号为SMT32F427。按上述方案，所述IGBT驱动板采用隔离DC/DC电源、隔离芯片以及IGBT驱动芯片，隔离DC/DC电源、隔离芯片用于将控制部分的弱电与主电路部分的强电进行隔离，IGBT驱动芯片用于控制IGBT的导通与关断。按上述方案，所述IGBT驱动板采用可插拨的方式安装在H桥三电平逆变器上(有利于模块的安装与替换)。本技术的工作原理:系统控制板首先获取电网电压、负载电流、APF输出电流以及三相直流母线电压等数据，然后由STM32F427微处理器进行处理获取相应的PWM信号，发送给IGBT驱动板，IGBT驱动板根据相应的PffM信号控制H桥三电平逆变器中各IGBT的导通与关断，发出电流，补偿负载电流中的谐波。本技术的有益效果:(I)本装置通过检测负载电流的谐波进行实时补偿，速响应谐波的频率和幅值变化，实现各次谐波的动态治理，不但能动态补偿和隔离谐波源，还具有无功补偿的作用，三电平技术使得有源电力滤波器输出电压波形的质量更高，对电网的干扰更小，可降低并网电感的大小和成本；(2)本装置拓扑结构简单，易于控制，使用的功率半导体开关器件个数相对于其他三电平技术的有源电力滤波器最少，装置自身消耗功率低，体积小，成本低；(3)与两电平的有源电力滤波器相比，在相同电网电压等级的情况下，直流母线电压的设定值降低了一半，对相关器件的耐压要求也降低了约一半，有利于降低装置的成本；(4)本装置在设计采用了可插拔的IGBT驱动板，使整个装置结构更加紧凑，并且便于装置的检修，维护和模块的更换，是一种能全面提高电能质量的控制装置。【附图说明】图1为本技术基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置的结构框图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本技术技术方案进行详细的描述。如图1所示，本技术所述的基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，包括三个部分，分别为H桥三电平逆变器、系统控制板和IGBT驱动板，系统控制板的PffM信号输出端经IGBT驱动板与H桥三电平逆变器连接；[0当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于H桥三电平逆变器的有源电力滤波器装置，其特征在于：包括三个部分，分别为H桥三电平逆变器、系统控制板和IGBT驱动板，系统控制板的PWM信号输出端经IGBT驱动板与H桥三电平逆变器连接；所述系统控制板用于通过采样电网电压和负载电流，检测出负载的谐波电流，生成相应的PWM信号给IGBT驱动板；所述IGBT驱动板用于将系统控制板输出的PWM信号进行隔离放大后驱动H桥三电平逆变器中的各IGBT导通或关断，使H桥三电平逆变器发出补偿负载谐波的电流；所述H桥三电平逆变器包括三个以星形连接方式组成的单相H桥逆变器，每个单相H桥逆变器主要由H桥、IGBT缓冲电路和停机电容放电电路组成，通过控制H桥上的四个IGBT导通与关断控制H桥三电平逆变器输出的电压，进而控制H桥三电平逆变器输出的电流；IGBT缓冲电路用于吸收IGBT关断过程中产生的浪涌电压；停机电容放电电路用于释放停机时直流母线电容中残留的电荷。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴细秀，程诗敏，童思雨，周朕蕊，李怡凡，肖亚波，吴长彬，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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