专利名称：一种适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于电网系统的并联型有源电力滤波器，尤其涉及一种适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器。
背景技术：
随着电力电子技术的不断发展，越来越多的电力电子装置被广泛应用于各种领域，同时也将大量的谐波注入电网。电网中谐波的危害极大，它会使电网供电电压波形发生畸变而使供电质量下降，电力系统的能量损耗增加、供用电设备寿命缩短，还会对其它电子设备造成电磁干扰。由于电网谐波引起的电能质量问题日益受到重视，有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)作为一种动态抑制谐波和补偿无功电流的新型电力电子装置，已经成为解决日益严重的电力谐波污染问题最有效和最有前途的补偿方式。目前，三相三线制APF已经得到了广泛的研究，并有许多研究成果，已在实际系统中得到应用。而由于三相四线制供电方式在低压配电系统中是最主要的供电方式，并在工业、办公及民用建筑、城市供电、工厂供电等电力系统中广为应用，其谐波和三相不平衡所产生的问题越来越引起人们的重视，所占的谐波比重也逐年增加。综上，对三相四线制系统中存在的谐波和三相不平衡进行补偿有着重要意义。如何使得有源电力滤波器既能抵制三相四线制APF三相电流中的正序和负序谐波分量，又能补偿系统的零序谐波电流，是一个非常重要的技术问题，成为了当前的研究难点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器。根据本发明的一方面，提供了一种适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器。该并联型有源电力滤波器包括三相全桥逆变电路(111)，其与所述三相四线电网系统电连接；半桥斩波电路(112)，其与所述三相全桥逆变电路(111)相并联，用于控制所述并联型有源电力滤波器的直流侧电压；以及双电容(120)，所述半桥斩波电路(112)通过电感与所述直流侧双电容(120)的中点电连接。其中，所述三相全桥逆变电路(111)由相互并联的三组桥臂构成，所述桥臂由两个串联的功率开关管构成，所述功率开关管由功率管和反并联二极管构成，以及所述三相全桥逆变电路(111)经由三相电感与所述三相四线电网系统电连接。其中，所述半桥斩波电路(112)由两个串联的功率开关管构成，所述功率开关管由功率管和反并联二极管构成。根据本发明又一方面提供的并联型有源电力滤波器还包括控制模块，所述控制模块其采用双闭环控制，内环为用于维持所述并联型有源电力滤波器直流侧电压稳定的电压环子模块(130)、以及外环为用于控制所述并联型有源电力滤波器的输出电流的电流环子模块(140)。其中，所述电压环子模块(130)与所述双电容(120)的两端直接或间接电连接。其中，所述电压环子模块(130)根据并联型有源电力滤波器的直流侧能量的变化来得到作为逆变器瞬时谐波补偿参考值的参考电流‘。根据本发明又一方面提供的并联型有源电力滤波器，所述电流环子模块(140)根据所述参考电流&来对所述并联型有源电力滤波器中三相全桥逆变电路(111)的输出电流进行控制。其中，所述电流环子模块(140)采用脉冲宽度调制控制。根据本发明又一方面提供的并联型有源电力滤波器，将作为逆变器瞬时谐波补偿参考值的参考电流&确定为与实际负载所需的电流值的差，其中，/表示所述电网的参考电流值，以及根据A和;^来算得<，\表示所述并联型有源电力滤波器的非线性负载端的电压值，;？〗表示所述并联型有源电力滤波器的有源电力滤波器的瞬时有功功率参考值来计算所述。与现有技术相比，本发明至少具有以下优点相比传统并联型有源电力滤波器，本发明的并联型有源电力滤波器改变了传统的并联型有源电力滤波器的结构，例如，新增了半桥斩波电路112并采用了电感连接中性点钳位电路，使得根据本发明的并联型有源电力滤波器既能抵制三相四线制APF三相电流中的正序和负序谐波分量，又能补偿系统的零序谐波电流。更具体地，三相全桥逆变电路控制 111用于输出电流，半桥斩波电路112用于消除因零序电流引起的直流端电压波动，因此可以很好地实现直流端电压与电流控制的耦合，在三相四线有源电力滤波系统中具有实际应用价值。 此外，根据本发明的适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器还采用了双闭环控制的控制模式，其中，内环为电压环，其提供能量前馈控制直流端电压稳定，抑制零序电流扰动；外环为电流环，电流环采用PWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation) 控制，这样的双闭环控制结构相比现有技术，能够更好地补偿电网谐波电流，并有效解决了三相四线系统中的三相不平衡问题。此外，在根据本发明的并联型有源电力滤波器中所采用的能量前馈计算参考电流的方法、从能量的方面考虑系统谐波、无功的补偿，三相不平衡的补偿，进一步提高了并联型有源电力滤波器的性能，对负载突变具有强鲁棒性，保证了系统稳定性。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1是根据本发明第一实施例的适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器的结构示意图；图2是根据本发明第一实施例的并联型有源电力滤波器中一个开关脚的等效单级、双刀开关示意图；图3是根据本发明第二实施例的适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器的结构示意图；图4是根据本发明第二实施例的适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器的能量关系示意图；图5是根据本发明第二实施例的电压环能量前馈控制的示意图；图6是未采用根据本发明滤波器进行谐波补偿时、电网相电流、相电压及中线电流波形示意图；图7是采用了根据本发明滤波器进行谐波补偿时、电网相电流、相电压及中线电流波形示意图。
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。第一实施例下面参考图1来说明本发明的第一实施例。图1是根据本发明第一实施例的适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器(下文中，也简称为有源电力滤波器)的结构示意图。如图1所示，有源电力滤波器，根据本实施例的适用于三相四线电网系统的有源电力滤波器包括三相全桥逆变电路111，其经由三相电感与三相四线电网系统电连接，以并网至三相四线电网系统。其中，三相全桥逆变电路111由相互并联的三组桥臂构成，每组桥臂均由两个串联的功率开关管构成，功率开关管由功率管和反并联二极管构成，每组单相桥逆变电路的中点分别电连接至交流电网中三条母线之一。根据本实施例的适用于三相四线电网系统的有源电力滤波器还包括与三相全桥逆变电路111相并联的半桥斩波电路112。该半桥斩波电路112用于控制有源电力滤波器的直流侧电压。优选地，该半桥斩波电路112与三相全桥逆变电路111不通过其它器件直接并联。该半桥斩波电路112可由两个串联的功率开关管构成，功率开关管由功率管和反并联二极管构成。此外，根据本实施例的有源电力滤波器还包括直流端双电容120。半桥斩波电路112通过电感与该直流端双电容120的中点连接，以钳位控制电容中点电压，使零序电流不流过双电容，从而能够使直流侧电压稳定。为了便于理解，发明人进一步通过图2示出了根据本发明第一实施例的有源电力滤波器中一个开关脚的等效单级、双刀开关示意图。每个开关的状态可以表示为如式(1)所示的两种状态。更具体地，以S表示每个电子开关器件，参见图3，每个桥臂可以表示为一个单级双刀开关，根据本实施例的有源电
权利要求
1.一种适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器，其特征在于，包括三相全桥逆变电路(111)，其与所述三相四线电网系统电连接；半桥斩波电路(112)，其与所述三相全桥逆变电路(111)相并联，用于控制所述并联型有源电力滤波器的直流侧电压；以及双电容(120)，所述半桥斩波电路(112)通过电感与所述直流侧双电容(120)的中点电连接。
2.根据权利要求1所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，所述三相全桥逆变电路(111)由相互并联的三组桥臂构成，所述桥臂由两个串联的功率开关管构成，所述功率开关管由功率管和反并联二极管构成，以及所述三相全桥逆变电路(111)经由三相电感与所述三相四线电网系统电连接。
3.根据权利要求1所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，所述半桥斩波电路(112)由两个串联的功率开关管构成，所述功率开关管由功率管和反并联二极管构成。
4.根据权利要求1所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块其采用双闭环控制，内环为用于维持所述并联型有源电力滤波器直流侧电压稳定的电压环子模块(130)、以及外环为用于控制所述并联型有源电力滤波器的输出电流的电流环子模块(140)。
5.根据权利要求4所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，所述电压环子模块(130)与所述双电容(120)的两端直接或间接电连接。
6.根据权利要求5所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，所述电压环子模块(130)根据并联型有源电力滤波器的直流侧能量的变化来得到作为逆变器瞬时谐波补偿参考值的参考电流&。
7.根据权利要求5所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，所述电流环子模块(140)根据所述参考电流^来对所述并联型有源电力滤波器中三相全桥逆变电路(111)的输出电流进行控制。
8.根据权利要求4所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，所述电流环子模块(140)采用脉冲宽度调制控制。
9.根据权利要求4至8任一项所述的并联型有源电力滤波器，其特征在于，将作为逆变器瞬时谐波补偿参考值的参考电流&确定为《与实际负载所需的电流值的差，其中，表示所述电网的参考电流值，以及根据Vl和/^来算得 , Vl表示所述并联型有源电力滤波器的非线性负载端的电压值，P；·表示所述并联型有源电力滤波器的有源电力滤波器的瞬时有功功率参考值来计算所述。
全文摘要
本发明公开了一种适用于三相四线电网系统的并联型有源电力滤波器，其主要由三相全桥逆变电路、半桥斩波电路以及双电容组成，所述三相全桥逆变电路与三相四线电网系统电连接并且与半桥斩波电路相并联；所述半桥斩波电路另一侧通过电感与所述直流侧双电容的中点电连接，其用于控制并联型有源电力滤波器的直流侧电压。此外本发明还采用了双闭环控制的控制模式，其中，内环为电压环，其提供能量前馈控制直流端电压稳定，抑制零序电流扰动；外环为电流环，其控制所述并联型有源电力滤波器的输出电流。这样的双闭环控制结构相比现有技术，能够更好地补偿电网谐波电流，抑制三相不平衡。
文档编号H02J3/01GK102195287SQ20111013169
公开日2011年9月21日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者于晶荣, 孙尧, 敖杰, 杨建 , 王辉, 粟梅, 肖亮, 董密 申请人:江西中能电气科技有限公司