五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法技术

本发明专利技术提供一种五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法，属于电力谐波抑制技术领域。本发明专利技术的五电平双降压并联有源电力滤波器由两个相同的模块构成，每个模块均包括单功率管和二极管串联桥臂、双功率管串联桥臂、交流侧并联双电感以及直流侧电容。本发明专利技术的控制方法对单功率管和二极管串联桥臂采用电流高频半波控制，对双功率管串联桥臂采用电压低频半波控制。本发明专利技术不仅能提高系统可靠性，同时补偿电流跟踪精度也更高，补偿效果更理想。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，适 用于高可靠性要求的各种中、大功率用电系统，属于电力谐波抑制

技术介绍
由于电力电子装置的应用日益广泛，使得谐波和无功问题引起人们越来越多的 关注。同时，也正是由于电力电子的飞速发展，在谐波抑制与无功补偿方面也取得了一 些突破性的进展。抑制电网中的谐波、提高装置的功率因数成为电力电子和电力系统等 研究领域所面临的一个重大课题。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。其基于电力电子装 置，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，既 可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可以对多个谐波和无功源集中补偿，因而收到了 广泛的重视。在有源电力滤波器的各种类型中，占主导地位的是并联型有源电力滤波 器，迄今为止并联型有源电力滤波器发展了多种拓扑方式，基本组成单元主要采用双开 关管串联的半桥或全桥结构。根据现有研究表明为了保证有源电力滤波器具备良好的补偿特性，有必要尽 可能提高开关频率。但是在大功率背景下，开关器件首先面对的就是功率高低和工作频 率大小间的直接矛盾；同时，保证大功率有源电力滤波系统运行的安全可靠性也尤为重 要，例如在航空电源系统中，有源滤波器的可靠性直接决定航空供电系统的可靠性，对 飞机的安全运行十分重要。为了缓解开关器件在功率等级和开关频率间的矛盾，提高电力电子装置对大功 率的处理能力，人们对电力电子装置及其控制手段进行了大量的探索研究，其最具代表 性的科研成果是多重化技术、相移SPWM组合变流器以及五电平变流器等。其基本思想 均是采用多个相同或相似模块(开关器件)构建成新的电力电子装置，对应一定的控制 手段，减轻单开关器件的功率压力。为了保证大功率有源电力滤波系统运行的安全可靠性，特别是高频情况下，往 往在控制上作出调整，如增大死区时间，降低开关频率等，其不仅影响有源电力滤波器 的补偿性能，而且并没有从根本上解决桥臂直通的隐患问题。因此，如何在尽可能少的增加成本的前提下，既不损失有源电力滤波器滤波特 性，又能从根本上解决有源电力滤波系统安全可靠性隐患，通过对有源电力滤波器的电 路拓扑和控制策略的改进以达到谐波抑制和无功补偿的目的，对有源电力滤波器的发展与应用有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的所要解决的技术问题是针对存在电能污染的单相、三相大功率电网， 实现高可靠性大容量的谐波及无功滤除功能，避免桥臂直通等不可靠的安全隐患，提出一种，克服半桥结构的并联型 有源滤波器补偿能力不足，有效利用直流侧电容电压，降低各功率器件电压等级，并且 提高有源电力滤波器的谐波补偿特性。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案一种五电平双降压并联有源电力滤波器，包括第一模块和第二模块，所述第一模块 包括交流侧第一双电感以及在直流侧相互并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一 电容；所述第二模块包括交流侧第二双电感以及在直流侧相互并联的第四桥臂、第五桥 臂、第六桥臂、第二电容；其中，所述第一桥臂、第二桥臂、第四桥臂、第五桥臂均分别包括相互串联的单功率管和 一个二极管；其中第一桥臂、第四桥臂中，单功率管的源极与二极管的阴极连接；第二 桥臂、第五桥臂中，单功率管的漏极与二极管的阳极连接；所述第三桥臂、第六桥臂均分别包括两个相互串联的功率管，其中上功率管的源极 与下功率管的漏极连接；所述第三桥臂的中点与第六桥臂的中点相连接；所述第一双电感、第二双电感均分别由两个相互连接的电感组成；其中第一双电感 的两个电感分别与所述第一桥臂、第二桥臂的中点连接；第二双电感的两个电感分别与 所述第四桥臂、第五桥臂的中点连接；第一双电感中两个电感的连接点、第二双电感中两个电感的连接点分别与电网的第 一母线、第二母线相连接。进一步的，前述的五电平双降压并联有源电力滤波器，所述第一桥臂包括第一功率管、第一二极管，第二桥臂包括第二功率管、第二二极 管，第三桥臂包括第三功率管、第四功率管；其中，第一功率管的漏极、第二二极管的阴极、第三功率管的漏极以及第一电容的一端分 别与第一直流正母线相连接；第一二极管的阳极、第二功率管的源极、第四功率管的源极以及第一电容的另一端 分别与第一直流负母线相连接；所述第四桥臂包括第五功率管、第三二极管，第五桥臂包括第六功率管、第四二极 管，第六桥臂包括第七功率管、第八功率管；其中，第五功率管的漏极、第四二极管的阴极、第七功率管的漏极以及第二电容的一端分 别与第二直流正母线相连接；第三二极管的阳极、第六功率管的源极、第八功率管的源极以及第二电容的另一端 分别与第二直流负母线相连接。交流侧第一双电感由第一电感、第二电感组成，其中第一电感的一端与第二电 感的一端相连后与电网的第一母线连接，第一电感的另一端分别与第一桥臂中第一功率 管的源极和第一二极管的阴极相连，第二电感的另一端分别与第二桥臂中第二功率管的 漏极和第二二极管的阳极相连；交流侧第二双电感由第三电感、第四电感组成，其中第三电感的一端与第四电感的 一端相连后与电网的第二母线连接，第三电感的另一端与第四桥臂中第五功率管的源极 和第三二极管的阴极相连，第四电感的另一端与第五桥臂中第六功率管的漏极和第四二极管的阳极相连。第三桥臂中第三功率管的源极、第四功率管的漏极分别与第六桥臂中第七功率 管的源极、第八功率管的漏极相连接，作为所述第一模块和所述第二模块的连接点。一种五电平双降压并联有源电力滤波器的双频半波控制方法，包括以下步骤 A，采用现有谐波及无功检测方法提取谐波及无功电流，作为电流控制的参考信号；B，检测补偿电流信号，将其与参考信号比较后经过电流控制器输出调制信号； C，将电流控制器输出调制信号分别与相位差为180°的两个高频三角载波进行 SPWM调制，分别得到两组互补的高频SPWM控制信号，其中第一组互补的高频SPWM 控制信号第一高频控制信号、第二高频控制信号；第二组互补的高频SPWM控制信 号第三高频控制信号、第四高频控制信号；D,采用过零比较器将参考信号与0进行比较，获得对应参考信号正负极性的一组互 补的低频SPWM信号第一低频控制信号、第二低频控制信号；E，将第一高频控制信号、第三高频控制信号分别与第一低频控制信号经过逻辑与门 得到第一桥臂中功率管的高频控制信号和第五桥臂中功率管的高频控制信号，以确保补 偿电流小于0时，仅控制第一桥臂的功率管和第五桥臂的功率管；F，将第二高频控制信号、第四高频控制信号分别与第二低频控制信号经过逻辑与门 得到第二桥臂的功率管的高频控制信号和第四桥臂的功率管的高频控制信号，以确保补 偿电流大于0时，仅控制第二桥臂的功率管和第四桥臂的功率管；G，检测电网电压，采用过零比较器将其与0进行比较，获得对应其正负极性的一组 互补的低频SPWM信号第一电压低频控制信号与第二电压低频控制信号；将第一电压低频控制信号分别作为第三桥臂的A功率管、第六桥臂的B功率管的控 制信号；将第二电压低频控制信号分别作为第三桥臂的B功率管、第六桥臂的A功率管的控 制信号；当电网电压大于0时，长开通第三桥臂的A功率管、第六桥臂的B功率管，闭合第 三桥臂的B功率管、第六桥臂的A功率管；当电网电压小于0时，前述的方式调换； H，将各个桥臂中的功率管的控制信号分别经过对应的驱动电路获得对应的驱动信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五电平双降压并联有源电力滤波器，其特征在于：包括第一模块（Ⅰ）和第二模块（Ⅱ），所述第一模块（Ⅰ）包括交流侧第一双电感以及在直流侧相互并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电容；所述第二模块（Ⅱ）包括交流侧第二双电感以及在直流侧相互并联的第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第二电容；其中，所述第一桥臂、第二桥臂、第四桥臂、第五桥臂均分别包括相互串联的单功率管和一个二极管；其中第一桥臂、第四桥臂中，单功率管的源极与二极管的阴极连接；第二桥臂、第五桥臂中，单功率管的漏极与二极管的阳极连接；所述第三桥臂、第六桥臂均分别包括两个相互串联的功率管，其中上功率管的源极与下功率管的漏极连接；所述第三桥臂的中点与第六桥臂的中点相连接；所述第一双电感、第二双电感均分别由两个相互连接的电感组成；其中第一双电感的两个电感分别与所述第一桥臂、第二桥臂的中点连接；第二双电感的两个电感分别与所述第四桥臂、第五桥臂的中点连接；第一双电感中两个电感的连接点、第二双电感中两个电感的连接点分别与电网的第一母线、第二母线相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，陈淼，石磊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]