[發(fā)明專利]一種有源電力濾波器的功率單元及其控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410475154.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN104218586A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張朝龍;胡紹剛;劉君;李旭陽;陳昱達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司
• 主分類號(hào): H02J3/01
• 分類號(hào): H02J3/01;H02J3/12
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所 21224
• 代理人: 張群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有源電力濾波器的功率單元及其控制方法。

背景技術(shù)

由于各種非線性用電負(fù)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(wǎng)的諧波污染、功率因數(shù)下降、電壓不對(duì)稱、供電中斷、電壓波動(dòng)和閃變等問題越來越突出。

中國機(jī)械工業(yè)出版社《諧波抑制和無功補(bǔ)償》(ISBN?7-111-06298-1/TM.728)第7章介紹了用于低壓供電電網(wǎng)的有源電力濾波器。有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行快速補(bǔ)償。利用電力電子裝置產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的諧波電流注入供電電網(wǎng)來抵消非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，從而阻止諧波電流流入電網(wǎng)，避免電網(wǎng)電壓畸變。根據(jù)需要，有源電力濾波器還能實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償功能。低壓有源電力濾波器得到了廣泛應(yīng)用，但是由于電力電子器件耐壓等級(jí)的限制，低壓有源電力濾波器一般只能用于電壓等級(jí)較低的電網(wǎng)(如380V或以下)。當(dāng)電網(wǎng)電壓等級(jí)較高(如6KV)時(shí)，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(gè)功率單元串聯(lián)的有源電力濾波器，如圖1所示。其原理是采用多個(gè)功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)高壓有源電力濾波功能。其功率單元組成結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，由4個(gè)電力電子器件(包含反并聯(lián)續(xù)流二極管)和直流環(huán)節(jié)電容及相關(guān)電路組成。

這種源電力濾波器正常工作時(shí)，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(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。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(hào)，與給定值比較，構(gòu)成閉環(huán)控制，同時(shí)結(jié)合脈沖輪換的方法實(shí)現(xiàn)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(cè)后傳送至中央控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，原則上只能實(shí)現(xiàn)該特定功率單元直流母線電壓的控制。當(dāng)功率單元之間特性和工況有差異時(shí)，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(gòu)成閉環(huán)控制，仍會(huì)出現(xiàn)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(jīng)過濾波器后直接連接到電網(wǎng)，當(dāng)有源電力濾波器初次上電時(shí)，由于功率單元內(nèi)部電容充電造成的沖擊電流可能導(dǎo)致有源電力濾波器損壞。

3.當(dāng)逆變器中任何一個(gè)功率單元故障時(shí)，整個(gè)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?zhǔn)侥孀兤鞯臒o功發(fā)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(zhǔn)電壓，將功率單元的直流母線電壓與之進(jìn)行誤差調(diào)節(jié)，輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過放大器后調(diào)節(jié)功率單元直流母線電壓，實(shí)現(xiàn)不同功率單元直流母線電壓的平衡。

該發(fā)明能實(shí)現(xiàn)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(shè)定值。此外，該發(fā)明中放電電阻二端沒有設(shè)置續(xù)流二極管，當(dāng)電阻內(nèi)寄生電感較大時(shí)，直流母線調(diào)節(jié)用IGBT關(guān)斷過程中產(chǎn)生的浪涌電壓可能導(dǎo)致IGBT過壓損壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種克服上述不足、可實(shí)現(xiàn)每個(gè)功率單元直流母線電壓控制的有源電力濾波器的功率單元及其控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

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(huán)節(jié)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(lián)后并接在所述H橋逆變電路直流母線兩端，電壓檢測(cè)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(shè)定電路的輸出端和電壓檢測(cè)電路的輸出端經(jīng)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(qū)動(dòng)保護(hù)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)保護(hù)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(lián)的續(xù)流二極管。

所述電壓控制電路為滯環(huán)比較器、周期采樣控制比較電路或開關(guān)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(wěn)定在設(shè)定值。

在所述功率單元兩輸出端之間設(shè)有旁路電路。

在所述H橋逆變電路直流母線兩端之間設(shè)有依次串聯(lián)的充放電電路和儲(chǔ)能電路。

所述旁路電路包括兩個(gè)反向并聯(lián)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。