專利名稱：三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有源電力濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)型有源電力濾波器。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中大量使用的整流橋裝置是產(chǎn)生諧波的主要來(lái)源。為了抑制這類諧波，目前普遍采用功率因數(shù)校正(PFC)和并聯(lián)型有源電力濾波器(APF)，它們是針對(duì)整流橋負(fù)載諧波治理的兩種主要方案。其中，PFC是從消除諧波源的角度治理諧波污染。所有結(jié)構(gòu)的PFC電路，都需要處理全部的輸出功率，限制了其實(shí)際應(yīng)用。特別針對(duì)三相系統(tǒng)，工業(yè)中尚未找到一種比較成熟的三相PFC解決方案。APF是對(duì)負(fù)載諧波和無(wú)功電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，僅需處理諧波和無(wú)功功率，相對(duì)于PFC而言，其處理功率小。同時(shí)，補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗變化的影響較小，且不存在“諧波放大”的危險(xiǎn)。因而被認(rèn)為是一種很有前途的諧波治理方法。然而，由于目前的APF均是安裝在電網(wǎng)交流側(cè)的，電壓電流在4個(gè)象限運(yùn)行，需要較多的高頻功率開(kāi)關(guān)器件，主電路成本高，而且常規(guī)APF需要實(shí)時(shí)檢測(cè)諧波電流，控制電路復(fù)雜，也限制了并聯(lián)型有源電力濾波器(APF)的應(yīng)用。
直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器在高壓直流輸電等領(lǐng)域得到應(yīng)用，用于改善無(wú)源濾波器的濾波特性，濾除換流器輸出直流電壓和電流的紋波。但不對(duì)交流側(cè)輸出電流諧波進(jìn)行抑制；同時(shí)，直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器也被用于高精度直流電源和高響應(yīng)速度電源中，用于改善直流電壓或者直流電流的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于整流橋交流側(cè)的輸入電流沒(méi)有補(bǔ)償功能。所有的三相整流橋直流側(cè)有源電力濾波器均用于濾除負(fù)載中的諧波分量，而用于整流橋入線電流諧波治理的整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器尚無(wú)報(bào)道和研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種電路簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低、并能夠?qū)θ嗾鳂蜇?fù)載進(jìn)行諧波治理的并聯(lián)型有源電力濾波器。
本發(fā)明的第二目的是提供一種適用于上述并聯(lián)型有源電力濾波器的控制電路。
為達(dá)到第一發(fā)明目的，本發(fā)明提供技術(shù)方案是一種三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器。該濾波器包括帶有高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管的雙向升壓型功率變換器、低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管和控制電路。本發(fā)明的雙向升壓型功率變換器有兩個(gè)，它們各自分別由依次串聯(lián)的各一個(gè)電感、各一個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管和各一個(gè)電容、以及在該電感和該高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管的連接處各又分接了另一個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管的電路構(gòu)成。這兩個(gè)雙向升壓型功率變換器通過(guò)把兩個(gè)電容、兩個(gè)分接的高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管連接在一個(gè)公共連接點(diǎn)上而串聯(lián)在一起。該公共連接點(diǎn)通過(guò)三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管與三相整流橋的交流側(cè)及交流電網(wǎng)連接，這兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器位于兩個(gè)電感一側(cè)的輸入端分別連接在三相整流橋直流側(cè)的正負(fù)輸出端上。
為達(dá)到第二發(fā)明目的，本發(fā)明提供這樣一個(gè)用于本三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器的控制電路。該控制電路包括，兩個(gè)串接在三相整流橋直流側(cè)正、負(fù)輸出端的各一個(gè)電流傳感器、并聯(lián)在交流電網(wǎng)的相位檢測(cè)電路、與串聯(lián)的兩個(gè)電容并聯(lián)或者與其中任意一個(gè)電容并聯(lián)的電壓取樣電路、和與兩個(gè)電流傳感器的輸出端、相位檢測(cè)電路的輸出端、電壓取樣電路的輸出端連接的一個(gè)控制與驅(qū)動(dòng)單元，該控制與驅(qū)動(dòng)單元的輸出端分別與三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管和四個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管連接以用于驅(qū)動(dòng)它們。
本發(fā)明的優(yōu)越性如下1、本發(fā)明特別適合于針對(duì)三相整流橋負(fù)載的諧波治理。
在用于抑制整流橋前端注入電網(wǎng)的諧波電流時(shí)，能使整個(gè)整流橋裝置從電網(wǎng)吸收的電流接近正弦波，功率因數(shù)近似為1。與傳統(tǒng)的交流側(cè)有源電力濾波器相比，可以減少高頻有源開(kāi)關(guān)的數(shù)量，因此，電路相對(duì)簡(jiǎn)單、成本也相對(duì)較低；與功率因數(shù)校正器相比，本發(fā)明僅處理負(fù)載電流中的諧波分量，處理的電流更小，可以減小諧波治理裝置的額定容量，也大大地降低了成本。
2、由于本發(fā)明將傳統(tǒng)的有源電力濾波器移到三相整流橋的直流側(cè)，該直流側(cè)APF只需在電壓電流兩個(gè)象限運(yùn)行，因此可以使本發(fā)明的直流側(cè)APF電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，具有處理功率小、所用有源開(kāi)關(guān)數(shù)量少的優(yōu)勢(shì)，成本大大降低，使之能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1——整流橋直流側(cè)有源電力濾波器原理2——整流橋直流側(cè)有源電力濾波器控制電路原理3a——三相電壓區(qū)間劃分3b——低頻雙向開(kāi)關(guān)控制時(shí)序4——區(qū)間II等效電路5a——未加直流側(cè)有源電力濾波器的a相輸入電流波形5b——未加直流側(cè)有源電力濾波器的b相輸入電流波形5c——未加直流側(cè)有源電力濾波器的c相輸入電流波形6a——加直流側(cè)有源電力濾波器后的a相輸入電流波形6b——加直流側(cè)有源電力濾波器后的b相輸入電流波形6c——加直流側(cè)有源電力濾波器后的c相輸入電流波形6d——加直流側(cè)有源電力濾波器后的補(bǔ)償電感L1電流波形6e——加直流側(cè)有源電力濾波器后的補(bǔ)償電感L2電流波形圖具體實(shí)施方式
一種三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器(參考圖1)。該濾波器包括帶有高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管的雙向升壓型功率變換器、低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管和控制電路。在本發(fā)明中，雙向升壓型功率變換器有兩個(gè)，它們各自分別由依次串聯(lián)的各一個(gè)電感(L1、L2)、各一個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp2、Sn2)和各一個(gè)電容(Cp、Cn)、以及在該電感(L1、L2)和該高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp2、Sn2)的連接處各又分接了另一個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sn1)的電路構(gòu)成。這兩個(gè)雙向升壓型功率變換器通過(guò)把兩個(gè)電容(Cp、Cn)、兩個(gè)分接的高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sn1)連接在一個(gè)公共連接點(diǎn)上而串聯(lián)在一起；該公共連接點(diǎn)通過(guò)三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)與三相整流橋ZLQ的交流側(cè)及交流電網(wǎng)DW連接。這兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器DCAPF位于兩個(gè)電感(L1、L2)一側(cè)的輸入端分別連接在所述三相整流橋ZLQ直流側(cè)的正負(fù)輸出端上。
顯然，所謂的交流電網(wǎng)DW可為市電電源，也可為發(fā)電機(jī)的輸出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，根據(jù)其他條件或需要，其中的兩個(gè)電感(L1、L2)的值可以相等的，也可以不相等的。
進(jìn)一步講，在三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)的三條支路上可以另外分別串聯(lián)進(jìn)各一個(gè)電感，也就是在圖1中的a、b、c三處各串入一個(gè)電感。
另外，三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)還可以通過(guò)一個(gè)串聯(lián)在所述公共連接點(diǎn)處的電感與兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器DCAPF連接，也就是在圖1中的e處串入一個(gè)電感。
上述三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，可以用現(xiàn)有的且與其適應(yīng)的控制電路來(lái)對(duì)其控制與驅(qū)動(dòng)其中的各個(gè)低頻、高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管。也可以專為它設(shè)置更加適應(yīng)的控制電路，本發(fā)明控制電路就是其中之一。該控制電路(參考圖2)包括，兩個(gè)串接在三相整流橋ZLQ直流側(cè)正、負(fù)輸出端的各一個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)、并聯(lián)在交流電網(wǎng)DW的相位檢測(cè)電路VT、與串聯(lián)的兩個(gè)電容(Cp、Cn)并聯(lián)或者與其中任意一個(gè)電容(Cp或Cn)并聯(lián)的電壓取樣電路PT(由于顯見(jiàn)，省略了電壓取樣電路PT與任意一個(gè)電容(Cp或Cn)并聯(lián)的附圖)、和與兩個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)的輸出端、相位檢測(cè)電路VT的輸出端、電壓取樣電路PT的輸出端連接的一個(gè)控制與驅(qū)動(dòng)單元KZQDDL，該控制與驅(qū)動(dòng)單元KZQDDL的輸出端分別與三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)和四個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)連接以用于驅(qū)動(dòng)它們。
進(jìn)一步講，所述并聯(lián)在交流電網(wǎng)DW的相位檢測(cè)電路VT，可以與該交流電網(wǎng)DW的三相線均連接上、也可以僅與其中的任意兩相線連接上、還可以僅與其中的任意一相線連接上(同樣由于顯見(jiàn)，也省略后兩種情況的附圖)。
下面結(jié)合上述具體實(shí)施方式
披露的電路，對(duì)其諧波治理過(guò)程作進(jìn)一步的介紹。
本發(fā)明的相位檢測(cè)電路VT通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓得到三個(gè)三相低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)的控制時(shí)序，在每個(gè)電網(wǎng)工頻周期內(nèi)分成6個(gè)區(qū)間，三個(gè)三相雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)工作在二倍工頻(參考圖3a、圖3b)。在任意一個(gè)區(qū)間內(nèi)，交流電網(wǎng)DW、三相整流橋ZLQ以及并聯(lián)型直流側(cè)有源電力濾波器可以等效為兩個(gè)串聯(lián)連接的雙向升壓型功率變換器(參考圖4，該圖僅繪制出了在區(qū)間II的等效電路圖)。通過(guò)電流傳感器(CT1、CT2)分別取得三相整流橋ZLQ輸出端的電流信號(hào)，電壓取樣電路PT取得直流側(cè)電容(Cp、Cn或Cp或Cn)的電壓信號(hào)，控制與驅(qū)動(dòng)單元KZQDDL可采用PWM控制方式產(chǎn)生各高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的控制信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)本發(fā)明濾波電路中的低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)和高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通斷，實(shí)現(xiàn)諧波治理的功能。圖5a、圖5b、圖5c分別是未接入本發(fā)明濾波器的a、b、c三相的輸入電流(Ia、Ib、Ic)波形圖。從三個(gè)波形圖中可以看出，其輸入電流波形接近方波，其中含有大量的諧波分量。圖6a、圖6b、圖6c是接入本發(fā)明的濾波器后的a、b、c相輸入電流(Ia、Ib、Ic)波形圖。從對(duì)比的波形圖后不難發(fā)現(xiàn)，治理后的a、b、c相輸入電流(Ia、Ib、Ic)已經(jīng)十分接近正弦波了，它們的功率因數(shù)近似為1。圖6d、圖6e是接入本發(fā)明的濾波器后的補(bǔ)償電感L1、L2的電流(IL1、IL2)波形圖。從后兩個(gè)波形圖中可以看出從諧波治理成正弦波的變化過(guò)程。
采用本發(fā)明，只需要4個(gè)高頻功率開(kāi)關(guān)，可以降低成本，減小補(bǔ)償容量。本發(fā)明只需要四個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)管，可以使得三相整流橋諧波治理裝置的成本降低，補(bǔ)償容量減小。本發(fā)明中電感、電容及其各功率開(kāi)關(guān)管的選擇與現(xiàn)有濾波器選擇的原則相同，故具體參數(shù)未披露。
權(quán)利要求
1.一種三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，該濾波器包括帶有高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管的雙向升壓型功率變換器、低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管和控制電路，其特征在于，所述的雙向升壓型功率變換器有兩個(gè)，它們各自分別由依次串聯(lián)的各一個(gè)電感(L1、L2)、各一個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp2、Sn2)和各一個(gè)電容(Cp、Cn)、以及在該電感(L1、L2)和該高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp2、Sn2)的連接處各又分接了另一個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sn1)的電路構(gòu)成；這兩個(gè)雙向升壓型功率變換器通過(guò)把兩個(gè)電容(Cp、Cn)、兩個(gè)分接的高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sn1)連接在一個(gè)公共連接點(diǎn)上而串聯(lián)在一起，該公共連接點(diǎn)通過(guò)三個(gè)所述的低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)與三相整流橋(ZLQ)的交流側(cè)及其交流電網(wǎng)DW連接，這兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器(DCAPF)位于兩個(gè)電感(L1、L2)一側(cè)的輸入端分別連接在所述三相整流橋(ZLQ)直流側(cè)的正負(fù)輸出端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，在所述的三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)的三條支路上分別串聯(lián)有各一個(gè)電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述的三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)通過(guò)一個(gè)串聯(lián)在所述公共連接點(diǎn)處的電感與兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器(DCAPF)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述控制電路包括，兩個(gè)串接在所述三相整流橋(ZLQ)直流側(cè)正、負(fù)輸出端的各一個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)、并聯(lián)在交流電網(wǎng)DW的相位檢測(cè)電路(VT)、與所述串聯(lián)的兩個(gè)電容(Cp、Cn)并聯(lián)或者與其中任意一個(gè)電容(Cp或Cn)并聯(lián)的電壓取樣電路(PT)、和與兩個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)的輸出端、相位檢測(cè)電路(VT)的輸出端、電壓取樣電路(PT)的輸出端連接的一個(gè)控制與驅(qū)動(dòng)單元(KZQDDL)，該控制與驅(qū)動(dòng)單元(KZQDDL)的輸出端分別與三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sa、Sb、Sc)和四個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)連接以用于驅(qū)動(dòng)它們。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于，所述并聯(lián)在交流電網(wǎng)DW的相位檢測(cè)電路(VT)，可以與該交流電網(wǎng)DW的三相線均連接上、也可以僅與其中的任意兩相線連接上、還可以僅與其中的任意一相線連接上。
全文摘要
一種三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器。該濾波器包括電容、電感、三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管和四個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管。其中三個(gè)低頻雙向功率開(kāi)關(guān)管連接在三相整流橋的三個(gè)輸入端，由電容、電感和四個(gè)高頻雙向功率開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器并聯(lián)在整流橋的直流側(cè)。本發(fā)明特別適合于針對(duì)三相整流橋負(fù)載的諧波治理。與傳統(tǒng)的交流側(cè)有源電力濾波器相比，本發(fā)明減少了高頻有源開(kāi)關(guān)的數(shù)量；與功率因數(shù)校正器相比，本發(fā)明僅處理負(fù)載電流中的諧波分量，處理的電流更小，可以減小諧波治理裝置的額定容量，也大大地降低了成本。
文檔編號(hào)H02M1/14GK101043175SQ20061009531
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者周雒維, 杜雄, 羅全明, 盧偉國(guó) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)