[發明專利]含有功率單元的有源電力濾波器及其控制方法

無效

• 申請號: 201410474960.1
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104218585A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 張朝龍;胡紹剛;劉君;李旭陽;陳昱達
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及含有功率單元的有源電力濾波器及其控制方法。

背景技術

由于各種非線性用電負載，如變頻器、整流裝置、電弧爐、高壓直流輸電用變流器等的增加，電網的諧波污染、功率因數下降、電壓不對稱、供電中斷、電壓波動和閃變等問題越來越突出。

中國機械工業出版社《諧波抑制和無功補償》(ISBN7-111-06298-1/TM.728)第7章介紹了用于低壓供電電網的有源電力濾波器。有源電力濾波器是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行快速補償。利用電力電子裝置產生對應的諧波電流注入供電電網來抵消非線性負載產生的諧波電流，從而阻止諧波電流流入電網，避免電網電壓畸變。根據需要，有源電力濾波器還能實現無功補償功能。低壓有源電力濾波器得到了廣泛應用，但是由于電力電子器件耐壓等級的限制，低壓有源電力濾波器一般只能用于電壓等級較低的電網(如380V或以下)。當電網電壓等級較高(如6KV)時，通常采用低壓有源電力濾波器加變壓器耦合的方式。

美國專利US6075350提出了一種采用多個功率單元串聯的有源電力濾波器，如圖1所示。其原理是采用多個功率單元串聯的方式實現高壓有源電力濾波功能。其功率單元組成結構如圖2所示。可以看出，組成逆變器的功率單元為單相H橋結構，由4個電力電子器件(包含反并聯續流二極管)和直流環節電容及相關電路組成。

這種源電力濾波器正常工作時，所有功率單元直流母線電壓必須控制在一合適的值。功率單元直流母線電壓的控制是這種有源電力濾波器實現的難點。該專利提出的方法為：取其中某一功率單元直流母線電壓作為反饋信號，與給定值比較，構成閉環控制，同時結合脈沖輪換的方法實現功率單元直流母線電壓的控制和平衡。

該專利提出的有源電力濾波器存在的主要問題有：

1.直流母線電壓控制方法只將某一特定功率單元的直流母線電壓檢測后傳送至中央控制系統進行閉環調節，原則上只能實現該特定功率單元直流母線電壓的控制。當功率單元之間特性和工況有差異時，即使采用了脈沖輪換的方法，由于其它功率單元的直流母線電壓沒有構成閉環控制，仍會出現其它功率單元的直流母線電壓偏離給定值。

2.逆變器的輸出端經過濾波器后直接連接到電網，當有源電力濾波器初次上電時，由于功率單元內部電容充電造成的沖擊電流可能導致有源電力濾波器損壞。

3.當逆變器中任何一個功率單元故障時，整個有源電力濾波器就停止工作，不具有功率單元冗余功能。

中國專利200310115393.2提出了一種基于鏈式逆變器的無功發生裝置的直流電壓平衡電路，如圖3所示。其原理是利用最小電容電壓求取器得到所有功率單元直流母線電壓中的最小值，然后將此值作為基準電壓，將功率單元的直流母線電壓與之進行誤差調節，輸出脈寬調制信號，經過放大器后調節功率單元直流母線電壓，實現不同功率單元直流母線電壓的平衡。

該發明能實現不同功率單元直流母線電壓的平衡，但不能將功率單元的直流電壓控制在某一設定值。此外，該發明中放電電阻二端沒有設置續流二極管，當電阻內寄生電感較大時，直流母線調節用IGBT關斷過程中產生的浪涌電壓可能導致IGBT過壓損壞。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種克服上述不足、可實現每個功率單元直流母線電壓控制的含有功率單元的有源電力濾波器及其控制方法。

本發明的技術方案一是：

一種用于有源電力濾波器的功率單元，包括H橋逆變電路，與H橋逆變電路直流母線連接的直流環節電容以及控制功率單元工作的控制電路，斬波能耗電路；在所述斬波能耗電路中，放電電阻與電力電子器件串聯后并接在所述H橋逆變電路直流母線兩端，電壓檢測電路的輸入端與所述H橋逆變電路的直流母線相連，電壓設定電路的輸出端和電壓檢測電路的輸出端經過比較后的誤差輸入到電壓控制電路，電壓控制電路的輸出端連接到驅動保護電路的輸入端，驅動保護電路的輸出端連接到電力電子器件的門極。

所述斬波能耗電路還包括與所述放電電阻反并聯的續流二極管。

所述電壓控制電路為滯環比較器、周期采樣控制比較電路或開關電源用集成電路之中的一種，用于控制功率單元直流母線電壓穩定在設定值。

在所述功率單元兩輸出端之間設有旁路電路。

在所述H橋逆變電路直流母線兩端之間設有依次串聯的充放電電路和儲能電路。

所述旁路電路包括兩個反向并聯的可控硅和串接在所述功率單元一輸出端與所述可控硅相連支路上的熔斷器。