牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器，属于电能 质量和多电平技术领域。第一功率单元(U1)的两相交流接线端子分别依次串联n 个第三功率单元(U3)构成两相上桥臂，第二功率单元(U2)的两相交流接线端子分 别依次串联n个第四功率单元(U4)组成两相下桥臂，两相上桥臂和两相下桥臂之 间通过两个电抗器串联连接，所述两电抗器之间的连接点为两相交流输出端，n 取正整数。该有源电力滤波器的交流输出端直接连接牵引供电网的正、负馈线， 无需工频变压器，即可实现牵引供电系统的直接挂网运行。本发明专利技术的牵引供电 用单相模块组合型有源电力滤波器能和无源电力滤波器等装置串并联使用组成 混合补偿系统，具体组合形式根据滤波和无功性能指标确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电能质量补偿装置，特别涉及一种牵引供电用单相模块组 合型有源电力滤波器。
技术介绍
电力机车是一种单相非线性大容量负荷，具有强烈的波动性和随机性，通 过牵引变压器接入三相对称的电力系统时，通常会向其中注入大量的负序电流、 谐波电流和无功分量，影响牵引供电系统的电能质量，目前研究的焦点问题之 一是谐波问题。尽管通过对今后投入的新车型进行改进，能够减少电力机车产 生的谐波，且功率因数近似为1，但针对我国当前运行中的大量电力机车几乎不 可能完全进行改造。因此装设谐波补偿装置是目前一种切实可行的解决方案。为了抑制电网谐波，提高电网供电质量，传统的方法是采用无源电力滤波 器，利用电感和电容的谐振特性形成对特定谐波的陷波器，但无源电力滤波器 存在一些固有的缺陷，如体积大、只能抑制固定频率的谐波电流，容易与电网 阻抗发生串并联谐振等。有源电力滤波器和采用无功功率补偿电路(Reactive Power Compensation, RPC)等方法是有效的改善电能质量的方案，然而在高压领域的应用中，由于受 到器件耐压和容量等级的限制，常用的方式是通过工频变压器接入高压电网， 笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的成本、体积，并且限制了系 统的效率，难以在牵引供电系统中进行推广应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是解决传统有源电力滤波器在高压领域中应用的局限性，提出了一种无需工频变压器直接挂网运行的牵引供电用单相模块 组合型有源电力滤波器。本专利技术的技术方案如下一种牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器，其特征在于包括A相 桥臂和B相桥臂，第一功率单元的第一交流接线端子依次串联"个第三功率单元 构成A相上桥臂，第二功率单元的第一交流接线端子依次串联w个第四功率单 元构成A相下桥臂，A相上桥臂和A相下桥臂之间通过第一电抗器和第二电抗 器串联连接，所述第一电抗器和第二电抗器之间的连接点为A相桥臂的交流输 出端；第一功率单元的第二交流接线端子依次串联w个第三功率单元构成B相上桥臂，第二功率单元的第二交流接线端子依次串联"个第四功率单元构成B相下 桥臂，B相上桥臂和B相下桥臂之间通过第三电抗器和第四电抗器串联连接， 所述第三电抗器和第四电抗器之间的连接点为B相桥臂的交流输出端；功率单元数量"取任意正整数，改变串联的第三功率单元和第四功率单元的数量"能改变牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的输出电压的电平数。 第一功率单元的第一开关的阴极和第二开关的阳极相连，连接点作为第一功率单元的第一交流接线端子；第三开关的阴极和第四开关的阳极相连，连接 点作为第一功率单元的第二交流接线端子；第一开关、第三开关的阳极和直流 电容的正极相连，第二开关、第四开关的阴极和直流电容的负极相连；第一交 流接线端子与构成A相上桥臂的第一个第三功率单元的第一接线端子连接，第 二交流接线端子与构成B相上桥臂的第一个第三功率单元的第一接线端子连接。 第二功率单元的第一开关的阴极和第二开关的阳极相连，连接点作为第二功率单元的第一交流接线端子；第三开关的阴极和第四开关的阳极相连，连接点作为第二功率单元的第二交流接线端子；第一开关、第三开关的阳极和直流 电容的正极相连，第二开关、第四开关的阴极和直流电容的负极相连；第一交 流接线端子与构成A相下桥臂的第"个第四功率单元的第二接线端子连接，第 二交流接线端子与构成B相下桥臂的第"个第四功率单元的第二接线端子连接。 第三功率单元、第四功率单元能够相互替换。第一至第四功率单元的第一到第四开关是可关断型半导体功率开关。 输出滤波电感一分为二，分别安装到A相桥臂和B相桥臂中。 本专利技术的有源电力滤波器能和无源电力滤波器、晶闸管投切电容器等装置串并联使用组成混合补偿系统，具体组合形式可根据滤波和无功性能指标确定。 本专利技术的有益效果本专利技术提出的牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器无需工频变压器，能直接应用于高压领域，与传统的单相并联型有源电力滤波器相比，利用低压功率器件实现高压大功率输入、输出，具有占地面积小、器件开关频率低、损耗小、易于模块化等优点。附图说明图1为牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的结构示意图。 图2为功率单元数量为1时牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的 结构示意图。图3为功率单元数量为200时牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器 的结构示意图。图4 (a) (b) (c) (d)为第一、第二、第三、第四功率单元的结构示意图。图5 (a)、 (b)、 (c)为功率单元的开关示意图。图6为单相模块组合型有源电力滤波器应用于牵引供电网的示意图。具体实施方式结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明-图1为牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的结构示意图。牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器包括A相桥臂和B相桥臂，第一功率单元 R的第一交流接线端子11依次串联"个第三功率单元"构成A相上桥臂，第二 功率单元"的第一交流接线端子21依次串联w个第四功率单元^构成A相下桥 臂，A相上桥臂和A相下桥臂之间通过第一电抗器1和第二电抗器2连接，所 述第一电抗器1和第二电抗器2之间的连接点为A相桥臂的交流输出端仏第 一功率单元t/,的第二交流接线端子12依次串联"个第三功率单元"构成B相上 桥臂，第二功率单元"的第二交流接线端子22依次串联"个第四功率单元"构 成B相下桥臂，B相上桥臂和B相下桥臂之间通过第三电抗器3和第四电抗器 4连接，所述第三电抗器3和第四电抗器4之间的连接点为B相桥臂的交流输出 端F。功率单元数量"取任意正整数，目前可以达到200多，随着半导体功率开关 器件和控制技术的发展，w可以达到更多。改变串联的第三功率单元"和第四功 率单元"4的数量"能改变牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的输出电 压的电平数。第三功率单元"、第四功率单元"能够相互替换。图2为功率单元数量为1时牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的 结构示意图。牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器包括A相桥臂和B相 桥臂，第一功率单元^的第一交流接线端子11串联1个第三功率单元"3构成A 相上桥臂，第二功率单元^的第一交流接线端子21串联1个第四功率单元^构 成A相下桥臂，A相上桥臂和A相下桥臂之间通过第一电抗器1和第二电抗器 2串联连接，所述第一电抗器1和第二电抗器2之间的连接点为A相桥臂的交 流输出端t/。第一功率单元CA的第二交流接线端子12串联1个第三功率单元[/3构成B相上桥臂，第二功率单元R的第二交流接线端子22串联1个第四功率单 元^构成B相下桥臂，B相上桥臂和B相下桥臂之间通过第三电抗器3和第四 电抗器4串联连接，所述第三电抗器3和第四电抗器4之间的连接点为B相桥 臂的交流输出端F。图3为功率单元数量为200时牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器 的结构示意图。牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器包括A相桥臂和B 相桥臂，第一功率单元^的第一交流接线端子11依次串联200个第三功率单元 ^构成A相上桥臂，第二功率单元[/2的第一交流接线端子21依次串联200个 第四功率单元"构成A相下桥臂，A相上桥臂和A相下桥臂之间通过第一电抗 器1和第二电抗器2串联连接，所述第一电抗器本文档来自技高网...

【技术保护点】
牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器，其特征在于：包括Ａ相桥臂和Ｂ相桥臂，第一功率单元（Ｕ↓［１］）的第一交流接线端子（１１）依次串联ｎ个第三功率单元（Ｕ↓［３］）构成Ａ相上桥臂，第二功率单元（Ｕ↓［２］）的第一交流接线端子（２１）依次串联ｎ个第四功率单元（Ｕ↓［４］）构成Ａ相下桥臂，Ａ相上桥臂和Ａ相下桥臂之间通过第一电抗器（１）和第二电抗器（２）串联连接，所述第一电抗器（１）和第二电抗器（２）之间的连接点为Ａ相桥臂的交流输出端（Ｕ）；　第一功率单元（Ｕ↓［１］）的第二交流接线端子（１２）依次串联ｎ个第三功率单元（Ｕ↓［３］）构成Ｂ相上桥臂，第二功率单元（Ｕ↓［２］）的第二交流接线端子（２２）依次串联ｎ个第四功率单元（Ｕ↓［４］）构成Ｂ相下桥臂，Ｂ相上桥臂和Ｂ相下桥臂之间通过第三电抗器（３）和第四电抗器（４）串联连接，所述第三电抗器（３）和第四电抗器（４）之间的连接点为Ｂ相桥臂的交流输出端（Ｖ）；　功率单元数量ｎ取任意正整数，改变串联的第三功率单元（Ｕ↓［３］）和第四功率单元（Ｕ↓［４］）的数量ｎ能改变牵引供电用单相模块组合型有源电力滤波器的输出电压的电平数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑琼林，杨晓峰，黄先进，孙湖，贺明智，林飞，
申请(专利权)人：郑琼林，杨晓峰，黄先进，孙湖，贺明智，林飞，
类型：发明
国别省市：11