一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，包括呈三相Y型连接的A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路。本发明专利技术采用直接交-交变换方式，通过对交流开关实施脉冲宽度调制，并在占空比中注入偶次调制谐波，可实现对电网的无功电流及谐波电流进行补偿；本发明专利技术的相补偿电路通过使用交流负载电容，并采用滤波电感并网以及带反并二极管的功率开关管组合封装，无需大容量的储能器件，从而使得装置的体积大大减小，结构更加简单紧凑，网侧电流纹波小，且寄生参数小，装置的维护以及使用成本大大降低，具有明显的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统的滤波
，具体涉及一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器。
技术介绍
电能质量是电力系统中的一项重要指标，而谐波的含量则是影响电能质量的一个重要因素。随着现代工业技术的发展，电力系统中的非线性负载大量增加，如整流负载、照明、电弧炉等。近年来电力电子装置的大量使用，使得电网中的谐波含量大幅度增加，电能质量进一步下降。电网中的谐波危害极大，它使得用电设备所处的环境恶化，并对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害，由谐波引起的各种故障和事故也时有发生。有源电力滤波器就是在此背景下产生的，并联型有源电力滤波器主要用于补偿电网中的谐波电流以及无功功率，最终使得电网中的电流功率因数高且谐波含量低。可见，有源电力滤波器在现在电力系统中发挥着重要的作用。常规的有源电力滤波器采用逆变器结构，在其直流侧需要安装大量的电解电容器作为储能元件。而电解电容器的体积大、寿命短，通常情况下电解电容器的使用寿命不到一年，因此传统的有源电力滤波器需要定期更换电解电容器，这使得传统的有源电力滤波器的维护、使用成本过高，大多数企业难以接受，以至于传统的有源电力滤波器难以普及应用。鉴于传统有源电力滤波器的不足，不需要储能元件的有源滤波器结构被提出来，主要实现方式包括矩阵式变换器和直接交流_交流变换器两类。然而矩阵式变换器需要的双向开关管的数量较多，而且控制复杂，故变换器本身的可靠性不高。而降压型 (Buck-type)的直接交流-交流变换器由于其网侧电流断续，谐波含量较大，也不是有源电力滤波器的最佳结构。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，解决了现有技术有源电力滤波器所存在的上述技术缺陷，无需大容量的储能器件，变换电路结构简单，网侧电流纹波小。一种基于升压型直接交_交变换电路的有源电力滤波器，包括三组呈三相Y型连接的相补偿电路。所述的相补偿电路包括一个电感、一个交流负载电容和四个带反并二极管的功率开关管；其中，电感的一端与所述的相补偿电路对应的电网母线相连，电感的另端与第一带反并二极管的功率开关管的集电极和第四带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第一带反并二极管的功率开关管的发射极与第二带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第二带反并二极管的功率开关管的集电极与第三带反并二极管的功率开关管的发射极相连并构成所述的相补偿电路的中性点，第三带反并二极管的功率开关管的集电极与交流负载电容的一端相连，交流负载电容的另端与第四带反并二极管的功率开关管的集电极相连， 所有带反并二极管的功率开关管的基极均接收外部设备提供的驱动信号。所述的第一带反并二极管的功率开关管的基极和第二带反并二极管的功率开关管的基极接收的驱动信号与所述的第三带反并二极管的功率开关管的基极和第四带反并二极管的功率开关管的基极接收的驱动信号相位互补。优选的技术方案中，所述的第一带反并二极管的功率开关管与第四带反并二极管的功率开关管可组合成为半桥式封装的开关管模块，所述的第二带反并二极管的功率开关管与第三带反并二极管的功率开关管可组合成为半桥式封装的开关管模块，集成度高、寄生参数小、结构紧凑。优选的技术方案中，所述的带反并二极管的功率开关管为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。优选的技术方案中，所述的交流负载电容为薄膜电容，体积小、成本低、使用寿命长、维护成本低。本专利技术的有源电力滤波器，三组相补偿电路工作方式对称，以任一相为例，当由第一带反并二极管的功率开关管和第二带反并二极管的功率开关管组成的第一交流开关开通/关断时，则由第三带反并二极管的功率开关管和第四带反并二极管的功率开关管组成的第二交流开关关断/开通；第一交流开关和第二交流开关的驱动控制信号采用脉冲宽度调制方式，当在其占空比中注入偶次调制谐波，则交流负载电容上会得到相应的奇次谐波无功电压，从而产生一定量的奇次谐波电流和无功电流，经过电感滤波后，注入电网；注入电网的补偿电流与负载的谐波电流及无功电流幅值相等且相位相反，从而相互抵消，最终使得电网电流不含有谐波电流和无功电流，且与电网电压波形同相位。本专利技术的有益技术效果为(1)本专利技术采用直接交-交变换方式，不需要传统电压型逆变器技术方案中的直流母线，不需要大容量的电解电容作为储能元件，从而使得装置的体积大大减小，结构更加紧凑。(2)本专利技术通过使用一个较小的交流负载电容产生奇次谐波电流和无功电流来补偿负载的谐波电流和无功电流，该交流负载电容可以使用薄膜电容实现，其寿命远长于电解电容，不用频繁更换，从而使得装置的维护成本大大降低，减小用户的使用成本，具有明显的经济效益。(3)本专利技术通过功率开关管的位置变换、组合后，可以使用常见的半桥式封装的模块实现双向交流开关，这使得装置的实现更容易，且寄生参数小，并且有利于大规模生产。(4)本专利技术通过采用滤波电感并网，相对于降压型交-交变换电路而言，并网电流连续且开关纹波小，不需要额外的滤波电路，从而装置的结构更加简单。附图说明图1为本专利技术有源电力滤波器的电路结构示意图。图2为本专利技术有源电力滤波器应用于电力系统中的结构示例图。图3为本专利技术有源电力滤波器对电网进行谐波和无功补偿的A相母线上的电流电压波形示意图。具体实施例方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案及其相关原理进行详细说明。如图1所示，一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，包括呈三相 Y型连接的A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路。A相补偿电路包括一个A相电感、一个A相薄膜电容和四个A相IGBT ；其中，A相电感La的一端与电网A相母线相连，A相电感La的另端与第一 A相IGBTQal的集电极和第四A相IGBTQa4的发射极相连，第一 A相IGBTOal的发射极与第二 A相IGBTQa2的发射极相连，第二 A相IGBTQa2的集电极与第三A相IGBTQa3的发射极相连并构成A相补偿电路的中性点，第三A相IGBTQa3的集电极与A相薄膜电容Ca的一端相连，A相薄膜电容Ca的另端与第四A相IGBTQa4的集电极相连，所有A相IGBT的基极均接收外部设备提供的驱动信号，其中第一 A相IGBTQal的基极和第二 A相IGBTQa2的基极接收的驱动信号与第三A相IGBTQa3 的基极和第四A相IGBTQa4的基极接收的驱动信号相位互补。B相补偿电路包括一个B相电感、一个B相薄膜电容和四个B相IGBT ；其中，B相电感Lb的一端与电网B相母线相连，B相电感Lb的另端与第一 B相IGBTObl的集电极和第四B相IGBTQb4的发射极相连，第一 B相IGBTObl的发射极与第二 B相IGBTQb2的发射极相连，第二 B相IGBTQb2的集电极与第三B相IGBTQb3的发射极相连并构成B相补偿电路的中性点，第三B相IGBTQb3的集电极与B相薄膜电容Cb的一端相连，B相薄膜电容Cb的另端与第四B相IGBTQb4的集电极相连，所有B相IGBT的基极均接收外部设备提供的驱动信号，其中第一 B相IGBTObl的基极和第二 B相IGBTQb2的基极接收的驱动信号与第三B相IGBTQb3 的基极和第四B相IGBTQb4的基极接收的驱动信号相位互补。C相补偿电路包括一个C相电感、一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于升压型直接交－交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于：包括三组呈三相Ｙ型连接的相补偿电路；所述的相补偿电路包括一个电感、一个交流负载电容和四个带反并二极管的功率开关管；其中，电感的一端与所述的相补偿电路对应的电网母线相连，电感的另端与第一带反并二极管的功率开关管的集电极和第四带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第一带反并二极管的功率开关管的发射极与第二带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第二带反并二极管的功率开关管的集电极与第三带反并二极管的功率开关管的发射极相连并构成所述的相补偿电路的中性点，第三带反并二极管的功率开关管的集电极与交流负载电容的一端相连，交流负载电容的另端与第四带反并二极管的功率开关管的集电极相连，所有带反并二极管的功率开关管的基极均接收外部设备提供的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于包括三组呈三相Y型连接的相补偿电路；所述的相补偿电路包括一个电感、一个交流负载电容和四个带反并二极管的功率开关管；其中，电感的一端与所述的相补偿电路对应的电网母线相连，电感的另端与第一带反并二极管的功率开关管的集电极和第四带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第一带反并二极管的功率开关管的发射极与第二带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第二带反并二极管的功率开关管的集电极与第三带反并二极管的功率开关管的发射极相连并构成所述的相补偿电路的中性点，第三带反并二极管的功率开关管的集电极与交流负载电容的一端相连，交流负载电容的另端与第四带反并二极管的功率开关管的集电极相连，所有带反并二极管的功率开关管的基极均接收外部设备提供的驱动信号。2.根据权利要求1所述的基于升压型直...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓焰，刘全伟，李楚杉，彭浩，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86