[實(shí)用新型]基于H橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520953058.8
• 申請(qǐng)日: 2015-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN205123260U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳細(xì)秀;程詩敏;童思雨;周朕蕊;李怡凡;肖亞波;吳長彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/01
• 分類號(hào): H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)與電能質(zhì)量控制研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于H橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置。

背景技術(shù)

隨著電力電子器件的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中非線性負(fù)載的容量不斷增加，電網(wǎng)中的諧波污染問題日趨嚴(yán)重，給電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行帶來了負(fù)面影響。目前，主要采用有源和無源濾波兩種方法解決電網(wǎng)諧波問題。無源電力濾波器利用LC串聯(lián)諧振電路，這種濾波方法的缺點(diǎn)是一組濾波裝置只能消除特定頻率附近的諧波。因裝置參數(shù)LC的設(shè)計(jì)受電網(wǎng)影響較大，工作時(shí)電網(wǎng)參數(shù)會(huì)波動(dòng)，故而補(bǔ)償效果有限，且裝置本身體積太大，不利于安裝使用。有源電力濾波器是目前治理諧波的重要發(fā)展趨勢(shì)。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)阻抗的影響。

目前市場(chǎng)上常見的有源電力濾波器(ActivePowerFilter,APF)其逆變器部分多為兩電平逆變器。兩電平的APF，其輸出相電壓只有兩個(gè)電平，合成的電壓波形諧波含量大。因其工作直流母線電壓偏高，故對(duì)直流母線電容和半導(dǎo)體開關(guān)器件耐壓要求也高，導(dǎo)致成本上升；同時(shí)直流母線電壓偏高會(huì)導(dǎo)致較大的du/dt，進(jìn)而帶來干擾問題。公開號(hào)為CN203352174U的中國專利申請(qǐng)公開了一種二極管鉗位型的三電平有源電力濾波器，但這種逆變器需要12個(gè)反并聯(lián)二極管的絕緣柵雙極性晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)和6個(gè)獨(dú)立的二極管，增加了成本。此外也有文獻(xiàn)中也提到了飛跨電容型的三電平逆變器，但這種飛跨電容型的三電平逆變器拓?fù)淇刂品椒ㄟ^于復(fù)雜，啟動(dòng)時(shí)電容需預(yù)充電，正常工作時(shí)需要對(duì)每一個(gè)電容的電壓進(jìn)行控制，且電容體積相對(duì)龐大，故此類型的有源電力濾波器實(shí)際應(yīng)用較少。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有濾波器存在的上述不足，提供一種基于H橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、體積小、成本低、響應(yīng)速度快、諧波治理全面，且具有動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償功能。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

基于H橋三電平逆變器的有源電力濾波器裝置，包括三個(gè)部分，分別為H橋三電平逆變器、系統(tǒng)控制板和IGBT驅(qū)動(dòng)板，系統(tǒng)控制板的PWM信號(hào)輸出端經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)板與H橋三電平逆變器連接；

所述系統(tǒng)控制板用于通過采樣電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流，檢測(cè)出負(fù)載的諧波電流，生成相應(yīng)的PWM信號(hào)給IGBT驅(qū)動(dòng)板；

所述IGBT驅(qū)動(dòng)板用于將系統(tǒng)控制板輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行隔離放大后驅(qū)動(dòng)H橋三電平逆變器中的各IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷，使H橋三電平逆變器發(fā)出補(bǔ)償負(fù)載諧波的電流；

所述H橋三電平逆變器包括三個(gè)以星形連接方式組成的單相H橋逆變器，每個(gè)單相H橋逆變器主要由H橋、IGBT緩沖電路和停機(jī)電容放電電路組成，通過控制H橋上的四個(gè)IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷控制H橋三電平逆變器輸出的電壓，進(jìn)而控制H橋三電平逆變器輸出的電流；IGBT緩沖電路用于吸收IGBT關(guān)斷過程中產(chǎn)生的浪涌電壓；停機(jī)電容放電電路用于釋放停機(jī)時(shí)直流母線電容中殘留的電荷。

按上述方案，所述系統(tǒng)控制板主要包括電壓電流采樣電路、直流母線電壓過壓保護(hù)電路、APF輸出過流保護(hù)電路、微處理器和RS422通信電路，電壓電流采樣電路用于采集電網(wǎng)電壓、直流母線電壓、負(fù)載電流以及APF輸出電流信號(hào)并送入微處理器，微處理器用于將采集來的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并發(fā)出PWM信號(hào)給IGBT驅(qū)動(dòng)板，直流母線電壓過壓保護(hù)電路和APF輸出過流保護(hù)電路用于保證裝置遇到故障時(shí)IGBT的安全，RS422通信電路用于微處理器與上位機(jī)進(jìn)行通信。

按上述方案，所述微處理器的型號(hào)為SMT32F427。

按上述方案，所述IGBT驅(qū)動(dòng)板采用隔離DC/DC電源、隔離芯片以及IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，隔離DC/DC電源、隔離芯片用于將控制部分的弱電與主電路部分的強(qiáng)電進(jìn)行隔離，IGBT驅(qū)動(dòng)芯片用于控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷。

按上述方案，所述IGBT驅(qū)動(dòng)板采用可插撥的方式安裝在H橋三電平逆變器上(有利于模塊的安裝與替換)。

本實(shí)用新型的工作原理：系統(tǒng)控制板首先獲取電網(wǎng)電壓、負(fù)載電流、APF輸出電流以及三相直流母線電壓等數(shù)據(jù)，然后由STM32F427微處理器進(jìn)行處理獲取相應(yīng)的PWM信號(hào)，發(fā)送給IGBT驅(qū)動(dòng)板，IGBT驅(qū)動(dòng)板根據(jù)相應(yīng)的PWM信號(hào)控制H橋三電平逆變器中各IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷，發(fā)出電流，補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波。