一種有源電力濾波器的功率單元及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種有源電力濾波器的功率單元及其控制方法。功率單元包括H橋逆變電路，與逆變電路直流母線相連接的直流環(huán)節(jié)電容以及控制功率單元工作的控制電路，所述功率單元還包括一斬波能耗電路，結(jié)合有源電力濾波器吸收的少量有功功率實(shí)現(xiàn)功率單元直流母線電壓的控制。本發(fā)明由于每個(gè)功率單元的直流母線二端并聯(lián)有斬波能耗電路，解決了功率單元直流母線電壓控制問題，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)功率單元直流母線電壓的獨(dú)立控制。當(dāng)有源電力濾波器初次上電時(shí)，電網(wǎng)電壓會(huì)通過(guò)預(yù)充電電路給功率單元直流環(huán)節(jié)的電容進(jìn)行充電，解決了初次上電時(shí)的沖擊電流問題，使主回路器件選擇更加合理，降低成本，同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
【專利說(shuō)明】一種有源電力濾波器的功率單元及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)】
[0002] 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(lái)越關(guān)出。
[0003] 中國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社《諧波抑制和無(wú)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(wú)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(wú)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(lái)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(wú)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。
[0004] 美國(guó)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?？梢钥闯?，組成逆變器的功率單元為單相Η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。
[0005] 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。
[0006] 該專利提出的有源電力濾波器存在的主要問題有：
[0007] 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。
[0008] 2.逆變器的輸出端經(jīng)過(guò)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。
[0009] 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。
[0010] 中國(guó)專利200310115393. 2提出了一種基于鏈?zhǔn)侥孀兤鞯臒o(wú)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(guò)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。
[0011] 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(guò)程中產(chǎn)生的浪涌電壓可能導(dǎo)致IGBT過(guò)壓損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 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。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0014] 一種用于有源電力濾波器的功率單元，包括Η橋逆變電路，與Η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Η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Η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(guò)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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 在所述功率單元兩輸出端之間設(shè)有旁路電路。
[0018] 在所述Η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。
[0019] 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。
[0020] 所述Η橋逆變電路為二電平結(jié)構(gòu)、三電平或多電平結(jié)構(gòu)。
[0021] 所述功率單元的控制方法，包括如下步驟：
[0022] 1)諧波補(bǔ)償電流計(jì)算：根據(jù)負(fù)載電流1L，經(jīng)過(guò)諧波補(bǔ)償電流計(jì)算環(huán)節(jié)，得到有源 電力濾波器所需要吸收的諧波電流ih ;
[0023] 2)有功電流的給定：有功電流ip的相位和電網(wǎng)電壓Vs同相，其大小根據(jù)有源電力 濾波器的容量按比例得到，并保證每個(gè)功率單元凈有功吸取值和斬波能耗電路的放電功率 平衡；
[0024] 3)無(wú)功補(bǔ)償電流計(jì)算：根據(jù)負(fù)載電流的無(wú)功分量和補(bǔ)償后需要達(dá)到的目標(biāo)功率 因數(shù)，計(jì)算出有源電力濾波器需要提供的無(wú)功電流iq ;
[0025] 4)逆變器輸入電流的給定值if = ih+ip+iq，檢測(cè)逆變器實(shí)際輸入電流1作為反 饋值，經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)和多電平PWM環(huán)節(jié)得到每個(gè)功率單元的觸發(fā)脈沖，使逆變器輸入電流 的實(shí)際值跟蹤給定值。
[0026] 所述無(wú)功電流iq為零，諧波電流ih不為零，有源電力濾波器只實(shí)現(xiàn)諧波抑制功 能。
[0027] 所述諧波電流ih為零，無(wú)功電流iq不為零，有源電力濾波器只實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償功 能，此時(shí)有源電力濾波器相當(dāng)于靜止無(wú)功發(fā)生器。
[0028] 有益效果
[0029] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0030] 本發(fā)明由于每個(gè)功率單元的直流母線二端并聯(lián)有斬波能耗電路，解決了功率單元 直流母線電壓控制問題，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)功率單元直流母線電壓的獨(dú)立控制。當(dāng)有源電力濾波 器初次上電時(shí)，電網(wǎng)電壓會(huì)通過(guò)預(yù)充電電路給功率單元直流環(huán)節(jié)的電容進(jìn)行充電，解決了 初次上電時(shí)的沖擊電流問題，使主回路器件選擇更加合理，降低成本，同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)的沖 擊。由于功率單元特性的差異，每個(gè)功率單元的直流母線電壓在充電過(guò)程中不一定相等，個(gè) 別功率單元的直流母線電壓可能偏高，這時(shí)斬波能耗電路就可以工作，確保功率單元的直 流母線電壓不會(huì)超過(guò)設(shè)定值，保證功率單元內(nèi)電容和電力電子器件的安全；此時(shí)斬波能耗 電路起到了預(yù)充電過(guò)程中串聯(lián)在一起的功率單元之間直流母線電壓的動(dòng)態(tài)均衡功能。配備 功率單元旁路電路后，能實(shí)現(xiàn)功率單元冗余功能，在功率單元故障情況下實(shí)現(xiàn)有源電力濾 波器的繼續(xù)運(yùn)行。
[0031] 本發(fā)明涉及的有源電力濾波器能應(yīng)用于輸變電、冶金、鐵路等領(lǐng)域，尤其適用高壓 電網(wǎng)（380V以上，800KV以下），實(shí)現(xiàn)諧波抑制和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙δ堋?br>
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為美國(guó)專利US6075350功率單元串聯(lián)式有源電力濾波器結(jié)構(gòu)；
[0033] 圖2為美國(guó)專利US6075350的功率單元；
[0034] 圖3為中國(guó)專利200310115393. 2的直流電壓平衡電路；
[0035] 圖4為本發(fā)明的帶斬波能耗電路的功率單元；
[0036] 圖5為本發(fā)明的帶斬波能耗電路的功率單元串聯(lián)式有源電力濾波器結(jié)構(gòu)；
[0037] 圖6為電抗器增加濾波電容后組成LC濾波器的方案；
[0038] 圖7為有源電力濾波器控制原理圖；
[0039] 圖8為有源電力濾波器工作時(shí)各支路電流波形；
[0040] 圖9為采用二個(gè)可控硅進(jìn)行旁路的方法；
[0041] 圖10為用于三相四線制電網(wǎng)帶零線的功率單元串聯(lián)式有源電力濾波器；
[0042] 圖11為用于單相電網(wǎng)的功率單元串聯(lián)式有源電力濾波器；
[0043] 圖12為增加儲(chǔ)能環(huán)節(jié)和充放電控制電路后的功率單元。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0045] 圖4為本發(fā)明用于有源電力濾波器的帶斬波能耗電路的功率單元。功率單元由四 個(gè)功率器件組成Η橋逆變電路，直流環(huán)節(jié)采用電容器進(jìn)行濾波和儲(chǔ)能，功率單元的直流母 線二端并聯(lián)有斬波能耗電路，實(shí)現(xiàn)功率單元直流母線電壓的控制。
[0046] 功率單元的電力電子器件Q 1?Q4可以采用IGBT、MOSFET、IGCT、IEGT等器件， 以IGBT為例說(shuō)明。利用脈沖寬度調(diào)制（PWM)等方式實(shí)現(xiàn)直流變交流的逆變過(guò)程，輸出所需 的交流電壓。逆變用的四個(gè)電力電子器件Q1?Q4分別和四個(gè)續(xù)流二極管D1?D4反并 聯(lián)，如圖4所示。通常來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的商品化IGBT模塊已經(jīng)把續(xù)流二極管和IGBT芯片封裝 在同一模塊內(nèi)。根據(jù)需要，圖中所示的每個(gè)器件可以采用多個(gè)器件并聯(lián)和/或串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，以 擴(kuò)展容量。每個(gè)功率單元除了上述主電路以外，還必須設(shè)置單元控制電路完成電力電子器 件Q1?Q4的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)及功率單元的其它保護(hù)等功能，并通過(guò)光纖和中央控制系統(tǒng)進(jìn)行通 信。電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)及浪涌吸收電路和串并聯(lián)技術(shù)等為本專業(yè)技術(shù)人員所公知， 不再贅述。
[0047] 電容器組C并聯(lián)在直流母線二端，提供高頻濾波和能量?jī)?chǔ)存功能。電容器可采用 電解電容或薄膜電容，根據(jù)需要可由多個(gè)電容串并聯(lián)組成，串聯(lián)時(shí)配備均壓電阻。
[0048] 斬波能耗電路401由電壓設(shè)定電路、電壓檢測(cè)電路、電壓控制電路、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電 路、電力電子器件Q5、放電電阻Rb、續(xù)流二極管D5組成。
[0049] 電壓設(shè)定電路用于設(shè)定功率單元直流母線電壓控制的目標(biāo)值。設(shè)定值通常為一固 定值，也可通過(guò)中央控制系統(tǒng)設(shè)定，根據(jù)不同的工作狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
[0050] 電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)功率單元的直流母線電壓，通?？捎没魻栯妷簜鞲衅骰螂?阻分壓等常用方法實(shí)現(xiàn)。
[0051] 電壓控制電路用于將功率單元直流母線電壓的實(shí)際檢測(cè)值Vdc與功率單元直流 母線電壓設(shè)定值Vdc*進(jìn)行比較，其偏差經(jīng)過(guò)滯環(huán)比較器或其它相應(yīng)電路，輸出脈寬調(diào)制信 號(hào)。其目的是控制直流母線電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。
[0052] 驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路用于將電壓控制電路輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大后連接到電力 電子器件的門極，從而驅(qū)動(dòng)電力電子器件。驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路同時(shí)對(duì)電力電子器件進(jìn)行保護(hù)。t匕 如，當(dāng)檢測(cè)到電力電子器件過(guò)流時(shí)，關(guān)閉觸發(fā)脈沖。
[0053] 電力電子器件Q5用于控制放電電阻Rb的工作，從而控制直流母線電壓。電力電 子器件Q5可以采用IGBT等電力電子器件。
[0054] 放電電阻Rb和電力電子器件Q5串聯(lián)后并聯(lián)在功率單元直流母線二端。當(dāng)電力電 子器件Q5導(dǎo)通時(shí)，電容器組C上儲(chǔ)存的能量通過(guò)放電電阻Rb進(jìn)行放電，使得直流母線電壓 瞬時(shí)下降。
[0055] 續(xù)流二極管D5和放電電阻Rb并聯(lián)。主要作用是在電力電子器件Q5關(guān)斷時(shí)給放電 電阻Rb內(nèi)寄生的寄生電感上流過(guò)的電流提供續(xù)流回路。當(dāng)放電電阻Rb采用無(wú)感電阻時(shí)， 續(xù)流二極管D5也可不設(shè)置。
[0056] 電力電子器件Q5、放電電阻Rb以及反并聯(lián)續(xù)流二極管D5的位置可以上下互換。
[0057] 逆變器在工作過(guò)程中需要從電網(wǎng)吸取少量的有功功率以維持每個(gè)功率單元電容 器組二端的直流母線電壓。有源電力濾波器從電網(wǎng)吸取的有功功率扣除電抗器、Η橋逆變環(huán) 節(jié)、直流環(huán)節(jié)電容器組本身?yè)p耗等損耗后的功率定義為有源電力濾波器的凈有功吸取值。 當(dāng)功率單元的凈有功吸取值大于零時(shí)，功率單元直流環(huán)節(jié)電容被充電，直流母線電壓上升， 然后通過(guò)斬波能耗電路進(jìn)行斬波放電，每個(gè)功率單元斬波能耗電路的平均放電功率和每個(gè) 功率單元的凈有功吸取值實(shí)現(xiàn)平衡，使直流母線電壓控制在所需的數(shù)值。由于有源電力濾 波器從電網(wǎng)吸取的有功功率非常小，'如有源電力濾波器額定容量的1?2%，所以斬波能 耗電路中電力電子器件的電流和放電電阻的平均功率也很小。但放電電阻的瞬時(shí)功率必須 大于功率單元凈有功吸取值，確保電力電子器件Q5導(dǎo)通時(shí)直流母線電壓能瞬時(shí)下降。由 于每個(gè)功率單元特性和工況會(huì)有差異，導(dǎo)致不同功率單元吸取的凈有功不一致，但由于每 個(gè)功率單元內(nèi)采取了獨(dú)立的斬波能耗電路，所以仍可保證每個(gè)功率單元直流母線電壓的一 致。
[0058] 下面以滯環(huán)比較器作為電壓控制電路的實(shí)現(xiàn)例子，說(shuō)明斬波能耗電路的工作原 理。每個(gè)功率單元直流母線電壓的實(shí)際檢測(cè)值Vdc與功率單元直流母線電壓設(shè)定值Vdc*進(jìn) 行比較，其偏差經(jīng)過(guò)具有滯環(huán)的比較器，控制電力電子器件Q5的導(dǎo)通或關(guān)斷。滯環(huán)比較器 的滯環(huán)寬度設(shè)定為2AVdc，其中AVdc為功率單元直流母線電壓允許偏差。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)值 Vdc > Vd*c十Λ Vdc時(shí)，滯環(huán)比較器輸出高電平，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路后使電力電子器件Q5 導(dǎo)通，直流環(huán)節(jié)電容儲(chǔ)存的能量通過(guò)放電電阻Rb進(jìn)行放電，促使實(shí)際檢測(cè)值Vdc下降。當(dāng) Vdc < Vdc*-AVdc時(shí)，滯環(huán)比較器輸出低電平，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路后使電力電子器件Q5關(guān) 斷，停止放電，同時(shí)利用功率單元吸取的凈有功促使直流母線電壓上升。而當(dāng)Vdc C*+Vdc > Vdc > Vdc*_ Λ Vdc時(shí)，滯環(huán)比較器輸出不變。此反復(fù)通斷，迫使直流母線電壓跟蹤設(shè)定值， 僅在允許的誤差范圍2AVdc內(nèi)鋸齒狀小幅波動(dòng)，達(dá)到直流母線電壓控制的目的。當(dāng)然同時(shí) 還需要對(duì)電力電子器件Q5的最高開關(guān)頻率進(jìn)行限制。
[0059] 電壓控制電路除了用滯環(huán)比較器外，還可采用周期采樣控制比較電路、開關(guān)電源 用集成電路等方式實(shí)現(xiàn)。
[0060] 功率單元直流母線電壓設(shè)定值Vdc*和功率單元直流母線電壓允許偏差Λ Vdc通 常設(shè)為一固定值，也可通過(guò)中央控制系統(tǒng)設(shè)定，根據(jù)不同的工作狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
[0061] 功率單元直流母線電壓設(shè)定值Vdo*設(shè)定原則為：在預(yù)充電過(guò)程及預(yù)充電結(jié)束后 運(yùn)行前，由于此時(shí)功率單元內(nèi)電力電子器件Q1?Q4處于關(guān)斷狀態(tài)，相當(dāng)于電網(wǎng)電壓通過(guò)串 聯(lián)在一起的每個(gè)功率單元內(nèi)的續(xù)流二極管D1?D4給每個(gè)功率單元的電容進(jìn)行充電。功率 單元直流母線電壓設(shè)定值Vdc*確保要高于串聯(lián)功率單元平均承受的直流母線電壓。大部 分功率單元的斬波能耗電路不作，僅有個(gè)別功率單元由于特性差異引起直流母線電壓過(guò)高 時(shí)通過(guò)斬波能耗電路進(jìn)行調(diào)整。如果功率單元直流母線電壓設(shè)定值Vdc*的設(shè)定值太低，會(huì) 導(dǎo)致所有功率單元的直流母線電壓一直高于設(shè)定值，電力電子器件Q5 -直導(dǎo)通的情況，必 須避免。在有源電力濾波裝置正常工作時(shí)，應(yīng)滿足以下要求：功率單元串聯(lián)后逆變器的最高 輸出電壓足夠支撐電網(wǎng)電壓和電抗器L上的壓降；考慮電網(wǎng)電壓的正常波動(dòng)；考慮諧波補(bǔ) 償時(shí)逆變器輸出電壓中疊加的諧波電壓分量。
[0062] 按照上述原則，可參考以下公式選擇直流母線電壓設(shè)定值Vdc*
[0063] Vdc* ^ KUlnp/n
[0064] 其中Ulnp為電網(wǎng)相電壓峰值，η為每相串聯(lián)功率單元個(gè)數(shù)，K為綜合電網(wǎng)電壓波 動(dòng)、電抗器壓降和逆變器輸出電壓諧波分量后的系數(shù)，通常取1. 2以上。
[0065] 以線電壓有效值為3KV的電網(wǎng)應(yīng)用的有源電力濾波器為例，假設(shè)每相由3個(gè)功率 單元串聯(lián)而成，選擇Κ = 1. 2,可得Vdc*彡1. 2* (3000*1. 414/1. 732)/3 = 980V?？扇」β?單元直流母線電壓設(shè)定值Vdc*為1000V。主電路可選擇耐壓為1700V的IGBT器件，選擇額 定電壓為450V的電解電容3組串聯(lián)。
[0066] 圖5為本發(fā)明的帶斬波能耗電路的功率單元串聯(lián)式有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)。包 括每相由至少一個(gè)帶斬波能耗電路的功率單元組成的逆變器、濾波電路、預(yù)充電電路、進(jìn)線 開關(guān)、電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路、中央控制系統(tǒng)、光纖、接口和通信電路、冷卻裝置等組 成。
[0067] 逆變器510每相由n(n大于等于1)個(gè)具有獨(dú)立直流環(huán)節(jié)的帶斬波能耗電路的功 率單元依次串聯(lián)而成。三相形成星形接法，串聯(lián)后的高壓輸出端506, 507, 508通過(guò)濾波電 路、預(yù)充電電路和進(jìn)線開關(guān)后各自連接到電網(wǎng)的三相。每個(gè)功率單元輸出為3個(gè)電平，分別 為正的直流母線電壓、負(fù)的直流母線電壓和零電平，η個(gè)功率單元串聯(lián)后逆變器輸出相電壓 為2η+1個(gè)電平。通常而言，如圖5中所示，逆變器中三相串聯(lián)而成的功率單元形成星形接 法。在特定情況下，也可將三相按照三角形接法連接。
[0068] 濾波電路通常采用電抗器L作為濾波元件。電抗器L的作用是防止電網(wǎng)Vs和逆 變器輸出Vf這二個(gè)電壓源的直接耦合，同時(shí)利用二者的電壓差經(jīng)電抗器作用后產(chǎn)生需要補(bǔ) 償?shù)碾娏?。電抗器同時(shí)還對(duì)電力電子器件開關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的高頻諧波電流起到抑制作用。為 了改善高頻諧波抑制效果，降低有源電力濾波器的EMI (電磁干擾），除電抗器L外還可增加 高頻濾波電容C。組成LC濾波電路，如圖6所示。濾波電路還可以采取其它各種公知的結(jié) 構(gòu)。電抗器可以采用如圖5所示的三個(gè)單相電抗器，也可采用一個(gè)三相電抗器。電抗器可 采用硅鋼片或非晶合金等材料作為鐵芯的電抗器或空心電抗器。
[0069] 預(yù)充電電路的作用是當(dāng)有源電力濾波器初次連接到電網(wǎng)時(shí)起到限制功率單元內(nèi) 電容充電時(shí)的沖擊電流。如果沒有預(yù)充電電路，當(dāng)有源電力濾波器初次接入電網(wǎng)時(shí)，功率單 元內(nèi)的電容有一個(gè)充電過(guò)程，電網(wǎng)電壓通過(guò)功率單元中的續(xù)流二極管Dl、D2、D3和D4給每 個(gè)功率單元的電容進(jìn)行充電，此時(shí)四個(gè)續(xù)流二極管相當(dāng)于組成了一個(gè)單相全橋整流電路。 在電容未充電時(shí)，電容二端幾乎相當(dāng)于短路。由于逆變器和電網(wǎng)之間串聯(lián)的電抗器L的阻 抗有限，會(huì)造成很大的充電電流，對(duì)續(xù)流二極管、電容等器件造成損壞。
[0070] 圖5中，預(yù)充電電路由限流電阻R和接觸器Μ并聯(lián)組成，限流電阻R也可用電抗器 代替，預(yù)充電電路在有源電力濾波器上電時(shí)起到限流作用，等功率單元內(nèi)電容電壓達(dá)到某 一數(shù)值，如功率單元直流母線電壓設(shè)定值Vdc*的70%時(shí)，通過(guò)中央控制系統(tǒng)吸合接觸器Μ， 將限流電阻旁路，完成預(yù)充電過(guò)程。也可通過(guò)檢測(cè)充電電流下降到某一設(shè)定值，或延時(shí)一定 的時(shí)間作為充電結(jié)束的依據(jù)。由于限流電阻工作時(shí)間很短，所以可設(shè)計(jì)成為短時(shí)工作制。接 觸器通常用三相交流接觸器，也可用可控硅等無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)代替。在三相三線制應(yīng)用時(shí)， 為了節(jié)約成本，也可只在其中二相設(shè)置預(yù)充電電路。等預(yù)充電過(guò)程結(jié)束后，有源電力濾波器 進(jìn)入運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)接受運(yùn)行指令，逆變器輸出對(duì)應(yīng)的電壓進(jìn)行諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償。
[0071] 進(jìn)線開關(guān)VCB可采用真空斷路器，如圖5所示，也可采用熔斷器加接觸器等方案， 用于有源電力濾波器不工作時(shí)和電網(wǎng)的隔離及在有源電力濾波器特定故障時(shí)切斷電源，實(shí) 現(xiàn)必要的保護(hù)。物理結(jié)構(gòu)上，進(jìn)線開關(guān)可集成在有源電力濾波器內(nèi)部，也可單獨(dú)設(shè)置在有源 電力濾波器外部。
[0072] 有源電力濾波器通常需要檢測(cè)電網(wǎng)電壓、負(fù)載電流和逆變器的輸入電流作為反饋 信號(hào)。電壓檢測(cè)裝置可采用電壓互感器、霍爾電壓傳感器、高壓電阻分壓等方法?？蓹z測(cè)相 電壓Vsa，Vsb、和Vsc，或檢測(cè)線電壓Vsab、Vsbc和Vsca。電流檢測(cè)裝置通常采用霍爾電流 傳感器或其它高性能電流傳感器，對(duì)于三相三線制電網(wǎng)，每套采用二個(gè)電流傳感器即可，如 圖5中的電流傳感器CT1和CT2用于檢測(cè)負(fù)載電流，電流傳感器CT3和CT4用于檢測(cè)逆變 器輸入電流。對(duì)于三線四線制電網(wǎng)，負(fù)載電流檢測(cè)至少需要三個(gè)電流傳感器。
[0073] 也可用檢測(cè)總電流is的方法代替負(fù)載電流il的檢測(cè)，即il = ie-if。這樣，通過(guò) 檢測(cè)電網(wǎng)電壓、總電流和逆變器輸入電流作為反饋信號(hào)也可實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器的控制。
[0074] 中央控制系統(tǒng)509完成有源電力濾波器的核心控制功能，包括：調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換電 路、處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、光纖接口電路、接口電路等組成。電壓和電流檢測(cè)電路的反 饋信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路處理后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由處理器采集。處理器可采用DSP等 高速數(shù)字信號(hào)處理器，根據(jù)采樣的電壓和電流進(jìn)行負(fù)載的諧波電流和無(wú)功電流計(jì)算；然后 根據(jù)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償要達(dá)到的目標(biāo)，結(jié)合有功電流給定值，計(jì)算得到逆變器需要輸入 的電流；進(jìn)行電流閉環(huán)控制，輸出逆變器所需的電壓指令?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件可采用 FPGA等器件，主要實(shí)現(xiàn)多電平PWM ;光纖接口電路通過(guò)光纖給功率單元發(fā)送命令并接受來(lái) 自功率單元的反饋信息，光纖傳輸?shù)男盘?hào)包括功率單元中電力電子器件的開關(guān)指令，功率 單元的狀態(tài)反饋，保護(hù)信號(hào)等。通常每個(gè)功率單元需要1對(duì)光纖，每臺(tái)三相有源電力濾波器 總共需要3η對(duì)光纖。中央控制系統(tǒng)同時(shí)還連接接口通信電路，實(shí)現(xiàn)和外部的接口、人機(jī)界 面、通信等功能。中央控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能；協(xié)調(diào)控制預(yù)充電電路、冷卻電路和進(jìn) 線開關(guān)等。
[0075] 圖7為有源電力濾波裝置的控制原理圖，圖中的變量沒有特別指明A，B，C三相，表 示適用其中任何一相?？刂扑惴ㄍǔＭㄟ^(guò)硬件電路結(jié)合軟件運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。
[0076] 諧波補(bǔ)償電流計(jì)算環(huán)節(jié)工作原理為：根據(jù)檢測(cè)到的負(fù)載電流il，利用陷波器將負(fù) 載電流中的基波分量ilf濾除，得到負(fù)載電流中的諧波分量ilb = il-ilf。然后根據(jù)需要 達(dá)到的諧波補(bǔ)償效果，得到有源電力濾波器所需要吸收的諧波電流lh*。在需要補(bǔ)償全部諧 波的情況下，ih* = -ilh。根據(jù)需要，也可專門針對(duì)特定次數(shù)的諧波進(jìn)行針對(duì)性的補(bǔ)償。
[0077] 有功電流給定環(huán)節(jié)給定一有功電流ZP來(lái)保證功率單元吸收少量的有功功率，結(jié) 合每個(gè)功率單元內(nèi)的斬波能耗電路來(lái)獨(dú)立控制每個(gè)功率單元直流母線電壓。有功電流ZP 的相位和電網(wǎng)電壓Vs同相，其大小通常根據(jù)有源電力濾波器的容量，然后按照一定的比例 得到，比如設(shè)定為額定電流的1?2%。有功電流ip*可以設(shè)定為一固定值，也可由中央控 制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行工況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。有功電流ZP*設(shè)置的原則是確保每個(gè)功率單元凈有功 吸取值和斬波能耗電路的平均放電功率平衡，實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的控制。
[0078] 在同時(shí)需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合，目標(biāo)補(bǔ)償電流還疊加了用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕o(wú) 功電流iq*。無(wú)功補(bǔ)償電流計(jì)算環(huán)節(jié)工作原理為：利用鎖相環(huán)等技術(shù)可得到的負(fù)載基波電 流和電網(wǎng)電壓之間的相位差，結(jié)合負(fù)載基波電流的幅值就可得到負(fù)載電流的無(wú)功分量。然 后根據(jù)補(bǔ)償后需要達(dá)到的目標(biāo)功率因數(shù)，計(jì)算出有源電力濾波器需要提供的無(wú)功電流iq*。 無(wú)功電流iq*和電網(wǎng)電壓Vs相差90度，當(dāng)無(wú)功電流iq*滯后電網(wǎng)電壓Vs相位角為90度 時(shí)，有源電力濾波器吸收感性無(wú)功；當(dāng)無(wú)功電流iq*超前電網(wǎng)電壓Vs相位角為90度時(shí)，有 源電力濾波器發(fā)出感性無(wú)功。
[0079] 綜上所述，有源電力濾波器吸收的目標(biāo)補(bǔ)償電流可以包含三部分：用于抵消 負(fù)載電流諧波分量的對(duì)應(yīng)諧波電流lh* ;用于維持功率單元直流母線電壓的少量有功 電流iP* ;用于補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功的對(duì)應(yīng)無(wú)功電流iq*。逆變器輸入電流的給定值if_* = ih}*+iPtl*+iq*。當(dāng)無(wú)功電流iq*為0時(shí)，諧波電流ih*不為0時(shí)，有源電力濾波器只實(shí) 現(xiàn)諧波抑制功能；當(dāng)諧波電流ih*為0時(shí)，無(wú)功電流lq*不為0時(shí)，有源電力濾波器只實(shí)現(xiàn) 無(wú)功補(bǔ)償功能，此時(shí)有源電力濾波器相當(dāng)于靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG或STATC0M);當(dāng)無(wú)功電流 iq*和諧波電流In*均不為0時(shí)，有源電力濾波器同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償功能。
[0080] 檢測(cè)逆變器實(shí)際輸入的電流if作為反饋值，經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)和多電平PWM環(huán)節(jié)后得 到對(duì)應(yīng)每個(gè)功率單元的觸發(fā)脈沖，通過(guò)光纖傳輸?shù)矫總€(gè)功率單元。電流調(diào)節(jié)通常采用比例 積分調(diào)節(jié)器、比例調(diào)節(jié)器或其它電流控制方法，為了加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可增設(shè)前饋環(huán)節(jié)。多電 平PWM環(huán)節(jié)除了載波移相式多電平PWM方法外，還可以采取方波疊加擬合法、空間電壓矢量 控制法等方法。在單元控制電路性能足夠的情況下，也可由光纖直接將逆變器輸出電壓指 令Vf·，傳送給功率單元，由功率單元自身完成PWM控制功能，得到工GBT的觸發(fā)脈沖。最終 目的使逆變器輸入電流實(shí)際值if快速跟蹤給定值if*。
[0081] 對(duì)于負(fù)載電流中諧波分量和無(wú)功分量的檢測(cè)除了上述的方法外，還可以采用基于 瞬時(shí)無(wú)功功率理論的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法和基于富利葉變換的方法。
[0082] 圖8為有源電力濾波器工作時(shí)各支路的電流波形，以A相為例，電流的參考方向按 照?qǐng)D5中箭頭所示。其中i la為A相的負(fù)載電流波形，可以看出由于負(fù)載為非線性整流負(fù) 載，導(dǎo)致負(fù)載電流波形嚴(yán)重畸變，含有較大的諧波分量。當(dāng)有源電力濾波器工作時(shí)，其A相 輸入電流波形如ifa所示。電網(wǎng)A相輸出的總電流1 sa=l la+1 fa?？梢钥闯?，由于有 源電力濾波器的作用，吸取了和負(fù)載電流中諧波分量相反的電流，或者可理解為發(fā)出了和 負(fù)載電流中諧波分量等同的電流，導(dǎo)致總的電網(wǎng)電流中基本不含諧波，波形接近正弦波，從 而保證了電網(wǎng)電壓波形不產(chǎn)生畸變。接口和通信電路的作用是實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器和外部 的接口及通信功能，包括但不限于人機(jī)接口界面，如顯示屏，指示燈，按鈕等；外部控制和狀 態(tài)端子，如各種開關(guān)量、模擬量的輸入和輸出以及現(xiàn)場(chǎng)總線等。
[0083] 冷卻裝置的作用是給IGBT或其它元件進(jìn)行散熱。通常可以將發(fā)熱元件安裝在散 熱片或熱管上進(jìn)行散熱，冷卻介質(zhì)可以采用自然空氣冷卻、強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或水冷等。最終目 的是保證器件的溫度工作在允許范圍內(nèi)。
[0084] 為了進(jìn)一步提高裝置的可靠性，可以采用功率單元旁路作為選件實(shí)現(xiàn)功率單元冗 余功能。當(dāng)功率單元故障時(shí)，自動(dòng)將故障的功率單元旁路，剩余的功率單元繼續(xù)工作。在逆 變器輸出電壓有富裕的情況下，即每相旁路一個(gè)功率單元后剩余的功率單元串聯(lián)后逆變器 的輸出電壓足夠和電網(wǎng)電壓匹配時(shí)，可以通過(guò)旁路故障的功率單元實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器繼 續(xù)運(yùn)行。當(dāng)功率單元輸出電壓達(dá)不到上述要求時(shí)，可以在原有基礎(chǔ)上增加備用功率單元，即 n+1的方法。正常工作時(shí)，每相的n+1個(gè)功率單元全部工作或選其中η個(gè)工作，當(dāng)有功率單 元故障被旁路后，確保剩余的η個(gè)功率單元能提供足夠的輸出電壓。
[0085] 帶旁路功能的功率單元如圖9所示。通過(guò)在現(xiàn)有功率單元基礎(chǔ)上增加旁路電路 901和所需的控制電路實(shí)現(xiàn)。功率單元正常時(shí)，可控硅SCR1和SCR2處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)功率 單元故障時(shí)，封鎖電力電子器件Q1?Q4,然后觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)功率單元輸出Τ1和Τ2 的短接，完成旁路功能。通常還需要設(shè)置熔斷器F，防止電力電子器件Q1?Q4故障無(wú)法關(guān) 斷時(shí)剩余的直流母線電壓通過(guò)旁路電路短路造成旁路電路損壞。除了采用可控硅作為旁路 開關(guān)外，也可采用其它的電力電子器件或接觸器作為旁路開關(guān)。
[0086] 一般而言，某一相功率單元故障旁路后，另外二相對(duì)應(yīng)的功率單元也應(yīng)該旁路，以 保證逆變器三相電壓的對(duì)稱。也可采用中心點(diǎn)偏移式功率單元旁路技術(shù)，即只旁路故障的 功率單元，通過(guò)結(jié)合三相電壓之間的相位調(diào)節(jié)，將正常時(shí)的互差120度調(diào)節(jié)為其它角度，實(shí) 現(xiàn)輸出線電壓的平衡。
[0087] 有源電力濾波器可用于頻率為50ΗΖ，60ΗΖ，400ΗΖ或其它頻率的供電網(wǎng)絡(luò)?？捎糜?三相三角形、星形接法（帶零線或不帶零線）的電網(wǎng)，或用于單相電網(wǎng)及多相電網(wǎng)（有源電 力濾波器的相數(shù)和電網(wǎng)相數(shù)對(duì)應(yīng)）。也可用于直流電網(wǎng)，如高壓直流輸電電網(wǎng)直流側(cè)的諧波 抑制。
[0088] 有源電力濾波器還能實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載電流不平衡的校正，降低流經(jīng)電網(wǎng)的三相電流 的不對(duì)稱程度。
[0089] 在三相四線制電網(wǎng)中，若把逆變器的中心點(diǎn)和負(fù)載的中心點(diǎn)連接，有源電力濾波 器還能提供零序電流以減少流經(jīng)電網(wǎng)零線的電流。對(duì)應(yīng)的主電路如圖10所示。此時(shí)，負(fù)載 電流檢測(cè)和逆變器輸入電流檢測(cè)各需要三個(gè)電流傳感器。
[0090] 用于單相電網(wǎng)的功率單元串聯(lián)式有源電力濾波器主電路如圖11所示。
[0091] 若將功率單元直流環(huán)節(jié)的電容器由傳統(tǒng)的電解電容或薄膜電容改成超級(jí)電容器 后，在電網(wǎng)瞬時(shí)斷電時(shí)，利用超級(jí)電容器儲(chǔ)存的能量，有源電力濾波器能解決電網(wǎng)電壓瞬時(shí) 跌落問題。
[0092] 如圖12,在功率單元直流母線環(huán)節(jié)配備蓄電池組或超導(dǎo)線圈等儲(chǔ)能電路及充放電 電路，并結(jié)合有功功率控制，有源電力濾波器可以在電網(wǎng)斷電時(shí)對(duì)負(fù)載持續(xù)供電，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài) 電壓調(diào)節(jié)器（DVR)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS)或超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)（SMES)的功能。正常時(shí)有源電力 濾波器從電網(wǎng)吸取對(duì)應(yīng)的有功功率，給蓄電池組或超導(dǎo)線圈充電，當(dāng)電網(wǎng)斷電或跌落時(shí)，蓄 電池組或超導(dǎo)線圈放電，有源電力濾波器向電網(wǎng)輸出對(duì)應(yīng)的有功功率。充放電電路可采用 常規(guī)的蓄電池充放電電路或斬波式超導(dǎo)線圈能量控制電路。
[0093] 功率單元除了圖4所示的二電平Η橋逆變電路結(jié)構(gòu)外，逆變橋也可采用三電平 (中心點(diǎn)鉗位式）或多電平結(jié)構(gòu)。在實(shí)際產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了降低成本，減小體積，可以考慮在 物理上把二個(gè)或多個(gè)功率單元做在一起，成為一個(gè)大單元。通常而言，一臺(tái)有源電力濾波器 內(nèi)的功率單元規(guī)格相同，可以互換。在特殊情況下，也可采用不同電壓規(guī)格的功率單元混合 串聯(lián)。
[0094] 現(xiàn)有的低壓有源電力濾波器由于采用的是二電平或三電平結(jié)構(gòu)的三相PWM電路， 為了達(dá)到理想的諧波濾波效果，電力電子器件的開關(guān)頻率通常需要較高，如10ΚΗΖ。功率 單元串聯(lián)式有源電力濾波器中，每個(gè)功率單元內(nèi)電力電子器件的開關(guān)頻率可相對(duì)較低，如 1ΚΗΖ左右，這樣帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是電力電子器件的開關(guān)損耗大大較低，同時(shí)有源電力濾波器產(chǎn) 生的電磁干擾也大大降低。由于采用了單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，逆變器輸出電壓等效的開關(guān) 頻率仍然很高，且輸出相電壓的電平數(shù)為2η+1個(gè)，能實(shí)現(xiàn)很好的諧波抑制效果。
[0095] 有源電力濾波器通常和非線性負(fù)載并聯(lián)使用，根據(jù)需要，也可以通過(guò)變壓器耦合 后串聯(lián)在電源和非線性負(fù)載之間使用。當(dāng)單臺(tái)容量不夠時(shí)，多臺(tái)有源電力濾波器可并聯(lián)使 用以擴(kuò)展容量。有源電力濾波器也可與無(wú)源電力濾波器進(jìn)行混合使用，包括串聯(lián)混合使用 和并聯(lián)混合使用等各種方式。根據(jù)需要，也可以采用變壓器耦合的方法，把變壓器的一側(cè) (如6KV)接到有源電力濾波器，另一側(cè)接到更高電壓的電網(wǎng)（如110KV)，使有源電力濾波 器能用于更高電壓的電網(wǎng)，同時(shí)串聯(lián)功率單元的數(shù)量又不至于太多。采用變壓器耦合時(shí)，當(dāng) 變壓器的漏感足夠大時(shí)，電抗器L可不設(shè)置，由變壓器漏感代替。
[0096] 以上參照本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可 以對(duì)【具體實(shí)施方式】作各種修改、變化和改進(jìn)，但這些修改、變化和改進(jìn)都應(yīng)該屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種有源電力濾波器的功率單元，包括Η橋逆變電路，與Η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，其特征在于：還包括斬波能耗電路，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Η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Η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(guò)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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源電力濾波器的功率單元，其特征在于：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。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源電力濾波器的功率單元，其特征在于：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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源電力濾波器的功率單元，其特征在于：在所述功率 單元兩輸出端之間設(shè)有旁路電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種有源電力濾波器的功率單元，，其特征在于：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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源電力濾波器的功率單元，其特征在于：在所述Η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。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源電力濾波器的功率單元，其特征在于：所述Η橋逆 變電路為二電平結(jié)構(gòu)、三電平或多電平結(jié)構(gòu)。
8. 權(quán)利要求1所述有源電力濾波器的功率單元控制方法，包括如下步驟： 1) 諧波補(bǔ)償電流計(jì)算：根據(jù)負(fù)載電流il，經(jīng)過(guò)諧波補(bǔ)償電流計(jì)算環(huán)節(jié)，得到有源電力 濾波器所需要吸收的諧波電流ih* ; 2) 有功電流的給定：有功電流iP的相位和電網(wǎng)電壓VS同相，其大小根據(jù)有源電力濾 波器的容量按比例得到，并保證每個(gè)功率單元凈有功吸取值和斬波能耗電路的放電功率平 衡； 3) 無(wú)功補(bǔ)償電流計(jì)算：根據(jù)負(fù)載電流的無(wú)功分量和補(bǔ)償后需要達(dá)到的目標(biāo)功率因數(shù)， 計(jì)算出有源電力濾波器需要提供的無(wú)功電流iq* ; 4) 逆變器輸入電流的給定值if* = ih*+iP*+iq*，檢測(cè)逆變器實(shí)際輸入電流if為反饋 值，經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)和多電平PWM環(huán)節(jié)得到每個(gè)功率單元的觸發(fā)脈沖，使逆變器輸入電流的 實(shí)際值跟蹤給定值。
【文檔編號(hào)】H02J3/12GK104218586SQ201410475154
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】張朝龍, 胡紹剛, 劉君, 李旭陽(yáng), 陳昱達(dá) 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電, 公司