专利名称：一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器的利记博彩app
技术领域：
本发明属于电力系统的滤波技术领域，具体涉及一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器。
背景技术：
电能质量是电力系统中的一项重要指标，而谐波的含量则是影响电能质量的一个重要因素。随着现代工业技术的发展，电力系统中的非线性负载大量增加，如整流负载、照明、电弧炉等。近年来电力电子装置的大量使用，使得电网中的谐波含量大幅度增加，电能质量进一步下降。电网中的谐波危害极大，它使得用电设备所处的环境恶化，并对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害，由谐波引起的各种故障和事故也时有发生。有源电力滤波器就是在此背景下产生的，并联型有源电力滤波器主要用于补偿电网中的谐波电流以及无功功率，最终使得电网中的电流功率因数高且谐波含量低。可见，有源电力滤波器在现在电力系统中发挥着重要的作用。常规的有源电力滤波器采用逆变器结构，在其直流侧需要安装大量的电解电容器作为储能元件。而电解电容器的体积大、寿命短，通常情况下电解电容器的使用寿命不到一年，因此传统的有源电力滤波器需要定期更换电解电容器，这使得传统的有源电力滤波器的维护、使用成本过高，大多数企业难以接受，以至于传统的有源电力滤波器难以普及应用。鉴于传统有源电力滤波器的不足，不需要储能元件的有源滤波器结构被提出来，主要实现方式包括矩阵式变换器和直接交流_交流变换器两类。然而矩阵式变换器需要的双向开关管的数量较多，而且控制复杂，故变换器本身的可靠性不高。而降压型 (Buck-type)的直接交流-交流变换器由于其网侧电流断续，谐波含量较大，也不是有源电力滤波器的最佳结构。
发明内容
本发明提供了一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，解决了现有技术有源电力滤波器所存在的上述技术缺陷，无需大容量的储能器件，变换电路结构简单，网侧电流纹波小。一种基于升压型直接交_交变换电路的有源电力滤波器，包括三组呈三相Y型连接的相补偿电路。所述的相补偿电路包括一个电感、一个交流负载电容和四个带反并二极管的功率开关管；其中，电感的一端与所述的相补偿电路对应的电网母线相连，电感的另端与第一带反并二极管的功率开关管的集电极和第四带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第一带反并二极管的功率开关管的发射极与第二带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第二带反并二极管的功率开关管的集电极与第三带反并二极管的功率开关管的发射极相连并构成所述的相补偿电路的中性点，第三带反并二极管的功率开关管的集电极与交流负载电容的一端相连，交流负载电容的另端与第四带反并二极管的功率开关管的集电极相连， 所有带反并二极管的功率开关管的基极均接收外部设备提供的驱动信号。所述的第一带反并二极管的功率开关管的基极和第二带反并二极管的功率开关管的基极接收的驱动信号与所述的第三带反并二极管的功率开关管的基极和第四带反并二极管的功率开关管的基极接收的驱动信号相位互补。优选的技术方案中，所述的第一带反并二极管的功率开关管与第四带反并二极管的功率开关管可组合成为半桥式封装的开关管模块，所述的第二带反并二极管的功率开关管与第三带反并二极管的功率开关管可组合成为半桥式封装的开关管模块，集成度高、寄生参数小、结构紧凑。优选的技术方案中，所述的带反并二极管的功率开关管为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。优选的技术方案中，所述的交流负载电容为薄膜电容，体积小、成本低、使用寿命长、维护成本低。本发明的有源电力滤波器，三组相补偿电路工作方式对称，以任一相为例，当由第一带反并二极管的功率开关管和第二带反并二极管的功率开关管组成的第一交流开关开通/关断时，则由第三带反并二极管的功率开关管和第四带反并二极管的功率开关管组成的第二交流开关关断/开通；第一交流开关和第二交流开关的驱动控制信号采用脉冲宽度调制方式，当在其占空比中注入偶次调制谐波，则交流负载电容上会得到相应的奇次谐波无功电压，从而产生一定量的奇次谐波电流和无功电流，经过电感滤波后，注入电网；注入电网的补偿电流与负载的谐波电流及无功电流幅值相等且相位相反，从而相互抵消，最终使得电网电流不含有谐波电流和无功电流，且与电网电压波形同相位。本发明的有益技术效果为(1)本发明采用直接交-交变换方式，不需要传统电压型逆变器技术方案中的直流母线，不需要大容量的电解电容作为储能元件，从而使得装置的体积大大减小，结构更加紧凑。(2)本发明通过使用一个较小的交流负载电容产生奇次谐波电流和无功电流来补偿负载的谐波电流和无功电流，该交流负载电容可以使用薄膜电容实现，其寿命远长于电解电容，不用频繁更换，从而使得装置的维护成本大大降低，减小用户的使用成本，具有明显的经济效益。(3)本发明通过功率开关管的位置变换、组合后，可以使用常见的半桥式封装的模块实现双向交流开关，这使得装置的实现更容易，且寄生参数小，并且有利于大规模生产。(4)本发明通过采用滤波电感并网，相对于降压型交-交变换电路而言，并网电流连续且开关纹波小，不需要额外的滤波电路，从而装置的结构更加简单。
图1为本发明有源电力滤波器的电路结构示意图。图2为本发明有源电力滤波器应用于电力系统中的结构示例图。图3为本发明有源电力滤波器对电网进行谐波和无功补偿的A相母线上的电流电压波形示意图。
具体实施例方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。如图1所示，一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，包括呈三相 Y型连接的A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路。A相补偿电路包括一个A相电感、一个A相薄膜电容和四个A相IGBT ；其中，A相电感La的一端与电网A相母线相连，A相电感La的另端与第一 A相IGBTQal的集电极和第四A相IGBTQa4的发射极相连，第一 A相IGBTOal的发射极与第二 A相IGBTQa2的发射极相连，第二 A相IGBTQa2的集电极与第三A相IGBTQa3的发射极相连并构成A相补偿电路的中性点，第三A相IGBTQa3的集电极与A相薄膜电容Ca的一端相连，A相薄膜电容Ca的另端与第四A相IGBTQa4的集电极相连，所有A相IGBT的基极均接收外部设备提供的驱动信号，其中第一 A相IGBTQal的基极和第二 A相IGBTQa2的基极接收的驱动信号与第三A相IGBTQa3 的基极和第四A相IGBTQa4的基极接收的驱动信号相位互补。B相补偿电路包括一个B相电感、一个B相薄膜电容和四个B相IGBT ；其中，B相电感Lb的一端与电网B相母线相连，B相电感Lb的另端与第一 B相IGBTObl的集电极和第四B相IGBTQb4的发射极相连，第一 B相IGBTObl的发射极与第二 B相IGBTQb2的发射极相连，第二 B相IGBTQb2的集电极与第三B相IGBTQb3的发射极相连并构成B相补偿电路的中性点，第三B相IGBTQb3的集电极与B相薄膜电容Cb的一端相连，B相薄膜电容Cb的另端与第四B相IGBTQb4的集电极相连，所有B相IGBT的基极均接收外部设备提供的驱动信号，其中第一 B相IGBTObl的基极和第二 B相IGBTQb2的基极接收的驱动信号与第三B相IGBTQb3 的基极和第四B相IGBTQb4的基极接收的驱动信号相位互补。C相补偿电路包括一个C相电感、一个C相薄膜电容和四个C相IGBT ；其中，C相电感L。的一端与电网C相母线相连，C相电感L。的另端与第一 C相IGBTQcl的集电极和第四C相IGBTQe4的发射极相连，第一 C相IGBTOel的发射极与第二 C相IGBTQe2的发射极相连，第二 C相IGBTQe2的集电极与第三C相IGBTQe3的发射极相连并构成C相补偿电路的中性点，第三C相IGBTQe3的集电极与C相薄膜电容C。的一端相连，C相薄膜电容C。的另端与第四C相IGBTQ。4的集电极相连，所有C相IGBT的基极均接收外部设备提供的驱动信号，其中第一 C相IGBTQel的基极和第二 C相IGBTQe2的基极接收的驱动信号与第三C相IGBTQc3 的基极和第四C相IGBTQ。4的基极接收的驱动信号相位互补。所有相补偿电路的中性点相连，构成三相Y型结构。任一相补偿电路中的第一 IGBT与第四IGBT可组合成为半桥式封装的开关管模块，第二 IGBT与第三IGBT可组合成为半桥式封装的开关管模块。如图2所示，电网中存在大量的无功负载3和非线性负载2，如电动机、照明电路、 整流负载等，这些负载会向电网注入大量的无功电流及谐波电流，使得电网的电流功率因数低且谐波畸变率高。过低的功率因数使得电网输电线路利用率不高，且线路损耗增大；而过高的谐波畸变率会使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，同时还会影响电网上其它设备的正常工作，更严重的甚至会引起公用电网中局部谐振，严重危害电网的正常运行。因此国家制定了相关的标准限制电网用户负载电流的功率因数和总谐波畸变量，当用户负载电流不满足要求时，需要装设相关的无功及谐波补偿装置。而本实施例的有源电力滤波器 1则可以补偿用户负载电路中的无功电流和谐波电流，最终使得电网电流满足要求。图3所示波形为图2中的有源电力滤波器1工作时A相的典型波形，从上至下依次为电网电压波形，电网电流波形，负载电流波形，补偿电流波形。可以看到，电网电压波形为光滑的正弦波；而由于无功及非线性负载的存在，负载电流波形功率因数低，且包含丰富的电流谐波。而补偿电流则由本实施例的有源电力滤波器1所产生，在图2所示的电力系统中， 本实施例的有源电力滤波器1，三组相补偿电路工作方式对称，以A相为例，当由第一 A相 IGBTQal和第二 A相IGBTQa2组成的第一交流开关开通/关断时，则由第三A相IGBTQa3和第四A相IGBTQa4组成的第二交流开关关断/开通；第一交流开关和第二交流开关的驱动控制信号采用脉冲宽度调制方式，当在其占空比中注入偶次调制谐波，则A相薄膜电容Ca上会得到相应的A相奇次谐波无功电压从而产生一定量的A相奇次谐波电流和无功电流 iCa，经过A相电感La滤波后，注入电网；注入电网的A相补偿电流i。mpa与负载的谐波电流及无功电流幅值相等且相位相反，从而相互抵消，最终使得A相电网电流isa不含有谐波电流和无功电流，且与A相电网电压Vsa波形同相位，即功率因数为1，满足要求，如图3所示。
权利要求
1.一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于包括三组呈三相Y型连接的相补偿电路；所述的相补偿电路包括一个电感、一个交流负载电容和四个带反并二极管的功率开关管；其中，电感的一端与所述的相补偿电路对应的电网母线相连，电感的另端与第一带反并二极管的功率开关管的集电极和第四带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第一带反并二极管的功率开关管的发射极与第二带反并二极管的功率开关管的发射极相连，第二带反并二极管的功率开关管的集电极与第三带反并二极管的功率开关管的发射极相连并构成所述的相补偿电路的中性点，第三带反并二极管的功率开关管的集电极与交流负载电容的一端相连，交流负载电容的另端与第四带反并二极管的功率开关管的集电极相连，所有带反并二极管的功率开关管的基极均接收外部设备提供的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的基于升压型直接交_交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于所述的第一带反并二极管的功率开关管的基极和第二带反并二极管的功率开关管的基极接收的驱动信号与所述的第三带反并二极管的功率开关管的基极和第四带反并二极管的功率开关管的基极接收的驱动信号相位互补。
3.根据权利要求1所述的基于升压型直接交_交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于所述的第一带反并二极管的功率开关管与第四带反并二极管的功率开关管组合成为半桥式封装的开关管模块，所述的第二带反并二极管的功率开关管与第三带反并二极管的功率开关管组合成为半桥式封装的开关管模块。
4.根据权利要求1所述的基于升压型直接交_交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于所述的带反并二极管的功率开关管为IGBT。
5.根据权利要求1所述的基于升压型直接交_交变换电路的有源电力滤波器，其特征在于所述的交流负载电容为薄膜电容。
全文摘要
本发明公开了一种基于升压型直接交-交变换电路的有源电力滤波器，包括呈三相Y型连接的A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路。本发明采用直接交-交变换方式，通过对交流开关实施脉冲宽度调制，并在占空比中注入偶次调制谐波，可实现对电网的无功电流及谐波电流进行补偿；本发明的相补偿电路通过使用交流负载电容，并采用滤波电感并网以及带反并二极管的功率开关管组合封装，无需大容量的储能器件，从而使得装置的体积大大减小，结构更加简单紧凑，网侧电流纹波小，且寄生参数小，装置的维护以及使用成本大大降低，具有明显的经济效益。
文档编号H02J3/18GK102185320SQ20111013377
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者何湘宁, 刘全伟, 彭浩, 李楚杉, 邓焰 申请人:浙江大学