多功率单元并联式有源电力滤波器制造技术

多功率单元并联式有源电力滤波器，包括主控制器和至少两个功率单元，电网的谐波电流输入主控制器，各功率单元并联连接主控制器的输出端，各功率单元的输出端并联至电网，所述功率单元包括独立的三相脉宽调制逆变器，通过光纤与主控制器连接。本实用新型专利技术通过多个功率单元直接并联实现大电流输出，提高了补偿能力又无需输出变压器，总体电路结构简单，单个功率单元的散热可以采用目前已有的成熟可靠的风冷方式，具有良好的整体可靠性和可维护性能，并联式的功率单元降低了对电路元件的参数要求，且仍能保证良好的滤波补偿效果；本实用新型专利技术适用于大电流的有源电力滤波场合。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于有源电力滤波器
，具体为一种多功率单元并联式有源电力 滤波器。
技术介绍
随着当今计算机技术和信息自动化技术的飞速发展，电力系统自动化程度的大大提 高，高密度的计算机网络系统，微机化的测控仪器，计算机控制系统，不间断电源，变 频器及可控整流电源大量使用在电力系统中。这些装置和系统在提高系统自动化程度和 改善系统可靠性的同时也在供电系统中产生了大量的谐波，这些谐波的产生势必极大的 降低电能质量，从而引起各种事故飽不断发生。如高压线路的通讯严重干扰，电脑的 非正常死机，各种精密加工产品质量的下降，继电保护误动等等。有源电力滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个 与该谐波电流相反的补偿电流，从而使电网中只含有基波电流。有源电力滤波器不受电 网阻抗的影响，且可以对频率和幅值都变化的"准"谐波进行补偿，因而受到广泛的重 视。实际应用中，对电力系统影响较大的谐波源往往来自于那些大功率的负载中，对这 些大功率的负载所带来的谐波进行补偿时，要求相应的滤波器也要具有较大的容量。然 而目前市场上的大容量电力电子器件存在散热困难，大电流的高频电抗器制作困难等问 题，不能满足生产大容量滤波器的需求。
技术实现思路
本技术要解决的问题是在实际应用中，有源电力滤波器要求大容量，而大容 量有源电力滤波器存在散热和高频电抗器制作困难等问题，需要一种散热好、对输出电 抗器的要求低的大容量有源电力滤波器。本技术的技术方案是多功率单元并联式有源电力滤波器，包括主控制器和至 少两个功率单元，电网的谐波电流输入主控制器，各功率单元并联连接主控制器的输出 端，各功率单元的输出端并联至电网，所述功率单元包括独立的三相脉宽调制逆变器， 通过光纤与主控制器连接。本技术主控制器由数字控制板，无源传感器板、电源板和光纤板组成，各板通 过母板和母线连接，电源板提供电源，无源传感器板连接电网和各功率单元，测量电网 电压、电流和各个功率单元的输出电流、直流侧电容、电压；数字控制板包括DSP芯 片、FPGA芯片、AD采样转换电路和对外通讯接口，无源传感器板连接AD釆样转换 电路，AD采样转换电路的输出连接FPGA芯片，FPGA芯片的输出分别连接光纤板和 DSP芯片，光纤板连接各功率单元，DSP芯片连接232/485通讯电路和USB接口电路。 AD采样转换电路将电网电压、电流等模拟量转换为数字量；DSP芯片与FPGA芯片根 据采样结果分析电网谐波含量、计算补偿量、完成各种保护和通讯数据传输；对外通讯 接口包括232/485通讯电路和USB接口电路，232/485通讯电路用来同触摸屏和PC机 通讯，完成人机交互的功能；USB接口可用来保存数据。功率单元由一三相脉宽调制逆变器、 一输出电抗器和一滤波电容组成，所述三相脉 宽调制逆变器由6个IGBT组成的三相逆变桥及其驱动和控制电路、直流电容组成，三 相脉宽调制逆变器的输出端连接输出电抗器和滤波电容。本技术中使用的各功率单 元结构、参数相同。本技术各功率单元并联，多个独立的三相脉宽调制(PWM)逆变器分别连接一 输出电抗器，然后直接并联在一起，对电网的谐波电流进行补偿。每个功率单元都是一 致的，可以互换，有源电力滤波器的总容量为所有功率单元容量的总和，所有的功率单 元由 一个主控制器通过光纤进行统一控制。主控制器负责采样、检测电网中的谐波电流， 并运用重复学习BOOST变换控制算法计算出需要补偿的分量，再将补偿量分配给每个 功率单元，通过对各个功率单元的载波进行移相控制，可以提高等效开关频率，获得更 好的补偿效果；，同时，通过对各个功率单元的直流侧电压进行单独的BOOST控制， 可以维持直流电压稳定和一致，减小功率单元之间的环流。本技术有以下优点和积极效果1) 通过多个功率单元直接并联实现大电流输出，提高了补偿能力又无需输出变压器；2) 电路主结构通过多个功率单元的输出并联，避免了直接制造大容量有源电力滤波器 时，需要对多个功率半导体开关器件特别是IGBT的并联使用这个复杂的问题；3) 单个功率单元结构简单、体积小，其散热可以采用目前已有的成熟可靠的风冷方式， 无需复杂又昂贵的水冷、油冷方式；4) 输出电流由各个功率单元平均分担，每个功率单元的输出电抗器只承载本功率单元 的输出电流，输出电抗器的加工难度大大降低，散热也相对容易；5) 各个功率单元是并联工作的，功率单元的故障不相互影响，可以实现冗余运行，大 大提高装置的整体可靠性，且各个功率单元是完全一致的，可以互换，提高了可维护性 能；6) 通过对各个功率单元的三角载波进行移相，可以实现交错控制，提高了等效开关频 率，获得更好的补偿效果，也可以显著减小开关频率次高频谐波对电网及用电设备的危 害；7) 由主控制器对每个功率单元的直流侧电压均单独检测，并通过比例积分(PI)控制进行 调节，确保各个功率单元直流侧电压的稳定和一致，进而保证单元之间无环流；8) 由同一个主控制器控制所有的功率单元，共用一套谐波检测电路，避免了谐波检测 电路的重复，简化了结构。本技术适用于大电流的有源电力滤波场合。附图说明图1为本技术原理电路图。图2为本技术的主电路结构图。图3为本技术功率单元的主回路电路图。图4为本技术主控制器框图。具体实施方式有源电力滤波器APF的基本工作原理是检测电网的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流， 补偿电流与负载电流中需要补偿的谐波以及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。如图1所示，有源电力滤波器通过数字控制模块D检测出补偿对象&的负载电流/, 的谐波分量，设谐波分量为^，将其反极性后作为补偿电流的指令，由补偿电流发生 电路产生与^大小相等、方向相反的补偿电流^，从而达到抑制谐波的目的。用公式 可以表示如下5"=V + L = V + Z矽二 — 、fs 一 Z丄^尸二式中，^为负载电流的基波分量，4为电网系统电流，可看出经过补偿后，消除了负载电流的谐波分量。本技术多功率单元并联式有源电力滤波器如图2，包括主控制器1和至少两个 功率单元2，电网的谐波电流输入主控制器l，各功率单元2并联连接主控制器1的输 出端，主控制器l运用重复学习BOOST变换控制算法计算出需要补偿的分量，再将补 偿量分配给每个功率单元2，各功率单元2的输出端并联至电网，最终输出的补偿电流^是由多个功率单元共同提供的，所有的功率单元由一个主控制器统一控制，共用一 套谐波检测电路。各个功率单元的三角载波之间可进行移相处理，以达到提高等效开关频率的目的； 第w个功率单元的移相角度如下所示A =180'J *"/^N为功率单元总个数，功率单元的个数可以根据实际需要补偿的谐波容量来确定。 本技术功率单元的核心是一个三相PWM逆变器，由6个IGBT组成的三相逆 变桥及其驱动和控制电路、直流电容Qx;组成，结构如图3所示。例如，针对380V三 相交流电网系统，为达到最好的补偿效果，逆变器直流侧电压取1000V，因此可采用3 组额定电压为400V的电解电容作为直流电容CDC串联来承受1000V直流电压，每只电 解电容均并联均压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
多功率单元并联式有源电力滤波器，其特征是包括主控制器和至少两个功率单元，电网的谐波电流输入主控制器，各功率单元并联连接主控制器的输出端，各功率单元的输出端并联至电网，所述功率单元包括独立的三相脉宽调制逆变器，通过光纤与主控制器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：查晓明，徐卫东，陶桂洪，
申请(专利权)人：南京同步科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]