基于MLDCL和H桥组合的APF及电流检测方法技术

基于MLDCL和H桥组合的APF及电流检测方法。现有的有电力电子器件的工艺水平，其功率处理能力和开关频率之间是矛盾的，往往功率越大，开关频率越低。本发明专利技术组成包括：该无功补偿装置由主电路，电流电压检测电路，控制电路和驱动电路组成，所述的主电路由MLDCL、桥式逆变器构成的逆变器和连接电网的LCL滤波器组成，所述的电流电压检测电路由电流电压霍尔及采样电路组成。本发明专利技术用于基于MLDCL和H桥组合的无功补偿及电流检测。

APF and Current Detection Method Based on MLDCL and H Bridge Combination

【技术实现步骤摘要】
基于MLDCL和H桥组合的APF及电流检测方法
本专利技术涉及一种针对无功负载和非线性负载综合补偿的装置，具体涉及一种基于MLDCL和H桥组合的APF及电流检测方法。
技术介绍
由于当代科技的快速进步以及品类繁多的用电设施的使用，造成了电网中谐波和无功含量持续增加，我们都知道，谐波对电网以及各种用电设施造成的不良影响也越来越严重。因为21世纪的电网正在逐步的智能化，所以我们会利用网络通信系统来时时刻刻的监视以及保护电力系统的工作，电网的网络通信系统会因为谐波电流的存在而无法正常准确的工作，还对电力系统的安全、稳定带来了极大的伤害。APF随之出现，它可以有效地补偿电网中的谐波和无功分量，并且补偿的效果非常的明显。人们希望电力电子装置能够承受尽可能高的电压，具备尽可能大的功率处理能力。另一方面，为了满足输出电压谐波含量的要求，又希望这些大功率电力电子装置能够工作在高开关频率下，但以现有电力电子器件的工艺水平，其功率处理能力和开关频率之间是矛盾的，往往功率越大，开关频率越低。为了实现尽量高频化、大功率变换，在功率器件水平未有本质突破的情况下，仅有的手段只能是从电路拓扑和控制方法上找到解决问题的方案。对于具有串联连接的开关的两电平无功补偿装置来说，多电平结构可以在有源开关之间保持静态和动态均衡，可以提供更好的电压波形，谐波含量更少。此装置相对于级联H桥有更少的开关数量，更易扩展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于动态抑制谐波，同时补偿无功的电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行实时补偿的基于MLDCL和H桥组合的APF及电流检测方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于MLDCL和H桥组合的APF，该无功补偿装置由主电路，电流电压检测电路，控制电路和驱动电路组成，所述的主电路由MLDCL、H桥构成的逆变器和连接电网的LCL滤波器组成，所述的电流电压检测电路由电流电压霍尔及采样电路组成。所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，所述的控制电路以FPGA芯片10M25SCE144C8G为核心。所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，所述的驱动电路将FPGA输入的PWM信号放大隔离驱动IGBT。所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，所述每相模块由MLDCL和H桥组成，每个的MLDCL由3个直流链路构成，每个所述的直流链路由1个电容和2个开关管组成：电容C1正极与功率开关管S1集电极连接，S1发射极与功率开关管S2集电极连接，S2发射极与电容C1负极连接，H桥由四个功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成桥式结构，3个直流链路分别串接，MLDCL与H桥并联，H桥每个桥臂的中点分别引出作为与其他模块或耦合点相连的引出点，三相采用星型连接。所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，每相多级直流链路提供具有阶梯形状的直流电压：0，，，，H桥提供电压极性，可以产生7电平相电压阶梯波形：0，，，，，，。一种基于MLDCL和H桥组合的APF的电流检测方法，该方法包括如下步骤：采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法，首先，将三相负载电流变换到dq坐标系下，即其中，变换矩阵为式中，是与电网同步的旋转角度，由锁相环PLL来实现；负载中有功、无功电流分量，经均值滤波器处理后，得到反映负载基波分量的，分别将与作差得到反映谐波的有功、无功分量、。将以上的、和进行组合，即可形成具有实际意义的三种电流，分别是：1）、为负载中谐波；2）为负载中无功；3）为负载中的无功和谐波。所述的基于MLDCL和H桥组合的APF的电流检测方法，所述的均值滤波的算法为：将其离散化后，得到数字化的均值滤波算法为：有益效果：1.本专利技术能够在较低的器件开关频率下实现等效高开关频率的效果，而且逆变器级联结构简单，产生相同电平数下开关器件最少。本专利技术相比于H桥级联拓扑，可以减少开关，钳位二极管或电容器的数量。交流侧采用LCL滤波器可以减少电流中的高次谐波含量，提高系统的动态响应，采用ip-iq无功谐波电流检测法和分级电容均压控制保证电容电压的均衡，采用FPGA作为主控芯片进行采样和控制，与使用DSP芯片控制相比系统速度更快、更高效。本专利技术是一种基于多级直流链路（MLDCL）和桥式逆变器组合的7电平主功率拓扑，此拓扑的优点包括：1）多级结构可以在有源开关之间保持静态和动态电压均衡，而对于两电平逆变器来说则是困难的；2）由于消除了庞大的耦合变压器和电感器，因此可以大大减小尺寸和体积；3）多级逆变器可以提供更好的电压波形，谐波含量更少，因此可以显著减小无源滤波器元件的尺寸和重量。降低了开关管和和直流电容的耐压值，这将使逆变器的复杂性和总成本降低，提高滤波器的输出电平且减小了输出波形的谐波含量。本专利技术交流侧应用LCL滤波器可以减少电流中的高次谐波含量,并在同样的谐波要求下,相对纯电感型滤波器可以降低电感值的大小，提高系统的动态响应，具有优良的高频衰减性能，加入阻尼电阻后系统能变得稳定，输出电流含有较大的纹波，但同单电感滤波仿真波形相比纹波要小，并且动态性加强。本专利技术数字滑动均值滤波器的延时比低通滤波器小，对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡系统。本专利技术采用FPGA进行多电平多系统控制具有独特的优势,这些优势使得FPGA在实现多电平装置控制时非常方便，具有单片机(MCU)和数字信号处理器(DSP)无法比拟的优点。FPGA编程灵活，设计方便，本专利技术采用基于DSPBuilder的一种图形化设计方法。这种设计方法具有图形化、模块化的优点,大大方便了用户的FPGA开发设计。附图说明图1为系统整体框图；图2为一相装置拓扑结构图；图3为LCL滤波器电路图；图4为谐波和无功电流检测环节仿真模型图；图5为平均值算法提取基波分量示意图；图6为逆变器输出相电压波形图；图7为逆变器输出线电压波形图；图8为阻感性负载下A相补偿前电网电压和电流波形图；图9为阻感性负载下A相补偿后电网电压和电流波形图；图10为非线性负载下A相补偿前电网电流波形图；图11为非线性负载下补偿前A相电流频谱图；图12为非线性负载下A相补偿后电网电流波形图；图13为非线性负载下补偿后A相电流频谱图；图14为直流母线电容电压采样电路图；图15为电网电压采样电路图；图16为交流电流采样电路图；图17为开关信号隔离电路图；图18为主程序流程图；图19为采样控制程序流程图；具体实施方式实施例1：一种基于MLDCL和H桥组合的APF，该无功补偿装置由主电路，电流电压检测电路，控制电路和驱动电路组成，所述的主电路由MLDCL（多级直流链路）、桥式逆变器（H桥）构成的逆变器和连接电网的LCL滤波器组成，所述的电流电压检测电路由电流电压霍尔及采样电路组成。控制策略具体为：控制策略具体分为：谐波无功电流检测、直流侧电容电压控制。谐波检测采用基于瞬时无功功率理论的闭环检测方法，既保留了瞬时无功功率理论的实时性，又具有鲁棒性强、稳定度好等优点为了补偿系统本身的损耗，直流侧控制采用两级电容均压控制。驱动电路将FPGA输入的PWM信号放大隔离驱动IGBT。多级直流链路（MLDCL）和桥式逆变器组合拓扑工作原理：如图2所示为多级直流链路（MLDCL）和桥式逆变器组合拓扑结构，其中每相多级直流链路（MLD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MLDCL和H桥组合的APF，其特征是：该无功补偿装置由主电路，电流电压检测电路，控制电路和驱动电路组成，所述的主电路由MLDCL、H桥构成的逆变器和连接电网的LCL滤波器组成，所述的电流电压检测电路由电流电压霍尔及采样电路组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于MLDCL和H桥组合的APF，其特征是：该无功补偿装置由主电路，电流电压检测电路，控制电路和驱动电路组成，所述的主电路由MLDCL、H桥构成的逆变器和连接电网的LCL滤波器组成，所述的电流电压检测电路由电流电压霍尔及采样电路组成。2.根据权利要求1所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，其特征是：所述的控制电路以FPGA芯片10M25SCE144C8G为核心。3.根据权利要求1所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，其特征是：所述的驱动电路将FPGA输入的PWM信号放大隔离驱动IGBT。4.根据权利要求1所述的基于MLDCL和H桥组合的APF，其特征是：所述每相模块由MLDCL和H桥组成，每个的MLDCL由3个直流链路构成，每个所述的直流链路由1个电容和2个开关管组成：电容C1正极与功率开关管S1集电极连接，S1发射极与功率开关管S2集电极连接，S2发射极与电容C1负极连接，H桥由四个功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成桥式结构，3个直流链路分别串接，MLDCL与H桥并联，H桥每个桥臂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，程喆，李志影，刘旭，
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