專利名稱：?jiǎn)蜗?、三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
單相、三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種單相、三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波 器，適用于高可靠性要求的各種中、大功率用電系統(tǒng)，屬于電力諧波抑制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]在配電系統(tǒng)和配電網(wǎng)中，大量非線性負(fù)載的使用使電網(wǎng)存在電壓閃變、波動(dòng)、 頻漂、三相不平衡、諧波等影響電能質(zhì)量和效率的問(wèn)題，尤其是以開(kāi)關(guān)電源和交流調(diào)速 設(shè)備為代表的各種電力電子裝置的大量使用，對(duì)其他用戶產(chǎn)生擾動(dòng)，威脅電網(wǎng)和用電設(shè) 備的安全運(yùn)行，使得電力系統(tǒng)中無(wú)功功率和諧波補(bǔ)償成為迫切需要解決的問(wèn)題。[0003]許多專家和學(xué)者一直在研究和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)可調(diào)裝置來(lái)解決電能質(zhì)量的問(wèn)題，其中 具有代表意義的是有源電力濾波器，國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始在工業(yè)和民用設(shè)備上廣泛使用有源 電力濾波器。在有源電力濾波器的各種類型中，占主導(dǎo)地位的是并聯(lián)型有源電力濾波 器，迄今為止并聯(lián)型有源電力濾波器發(fā)展了多種拓?fù)浞绞?，基本組成單元主要采用雙開(kāi) 關(guān)管串聯(lián)的半橋或全橋結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)管在高頻開(kāi)關(guān)工作時(shí)可能引起橋臂直通的問(wèn)題，影響 系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)增加開(kāi)關(guān)死區(qū)也會(huì)影響有源電力濾波器的濾波特性，其難 以在高可靠性要求的電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)于半橋結(jié)構(gòu)的有源濾波器，其 直流側(cè)電容電壓利用率僅為全橋結(jié)構(gòu)有源濾波器的一半，這對(duì)有源電力濾波器的補(bǔ)償特 性存在很大的影響。因此，如何在不損失有源電力濾波器濾波特性的同時(shí)提高其可靠 性，通過(guò)對(duì)有源電力濾波器的電路拓?fù)浜涂刂撇呗缘母倪M(jìn)以達(dá)到諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)?目的，對(duì)有源電力濾波器的發(fā)展與應(yīng)用有重要意義。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]實(shí)用新型目的[0005]本實(shí)用新型的目的在于以高可靠性要求的大容量電網(wǎng)系統(tǒng)為對(duì)象針對(duì)現(xiàn)有技術(shù) 的不足，提出一種單相、三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，通過(guò)將 功率管與二極管串聯(lián)組成橋臂單元，完全杜絕橋臂直通的危險(xiǎn)，并能克服半橋結(jié)構(gòu)的并 聯(lián)型有源濾波器補(bǔ)償能力不足，有效利用直流側(cè)電容電壓，提高有源電力濾波器的諧波 補(bǔ)償特性。[0006]技術(shù)方案[0007]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的采用如下技術(shù)方案[0008]一種單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，所述有源電力濾波 器與交流電網(wǎng)的正負(fù)母線連接，所述交流電網(wǎng)的正負(fù)母線之間還包括濾波電感、非線性 負(fù)載；所述交流電網(wǎng)、非線性負(fù)載分別是單相電源和單相負(fù)載，其中有源電力濾波器的 正輸出端分別與交流電網(wǎng)的正母線、濾波電感的輸入端連接，濾波電感的輸出端與非線 性負(fù)載的輸入端連接，非線性負(fù)載的輸出端分別連接有源電力濾波器的負(fù)輸出端、交流電網(wǎng)的負(fù)母線；[0009]所述有源電力濾波器包括濾波器主電路、電壓電流檢測(cè)裝置、濾波器控制及驅(qū) 動(dòng)電路；其中交流電網(wǎng)的正負(fù)母線、濾波電感的輸入端、非線性負(fù)載的輸出端、濾波器 主電路的正輸出端、濾波器主電路的直流母線分別與電壓電流檢測(cè)裝置的輸入端連接， 電壓電流檢測(cè)裝置的輸出端與濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，濾波器控制及驅(qū)動(dòng) 電路的輸出端與濾波器主電路的輸入端連接；[0010]所述濾波器主電路包括交流側(cè)并聯(lián)電感電路、第一單功率管橋臂、第二單功率 管橋臂和直流側(cè)電容；其中，所述交流側(cè)并聯(lián)電感電路包括第一電感Li、第二電感L2、 第三電感L3、第四電感L4;所述第一單功率管橋臂、第二單功率管橋臂分別包括兩個(gè)并 聯(lián)的橋臂；其中第一電感L1的一端、第二電感L2的一端相連作為濾波器主電路的正輸 出端，第一電感！^的另一端與第一單功率管橋臂中任一橋臂的中點(diǎn)相連，第二電感L2的 另一端與第二單功率管橋臂中任一橋臂的中點(diǎn)相連；第三電感“的一端、第四電感“的 一端相連作為濾波器主電路的負(fù)輸出端，第三電感L3的另一端與第一單功率管橋臂中的 另一橋臂的中點(diǎn)相連，第四電感L4的另一端與第二單功率管橋臂中的另一橋臂的中點(diǎn)相 連；[0011]所述直流側(cè)電容的兩端分別連接濾波器主電路的正負(fù)直流母線。[0012]進(jìn)一步地，上述單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的第一單 功率管橋臂、第二單功率管橋臂中的每個(gè)橋臂都分別包括一個(gè)MOS管和一個(gè)二極管。[0013]進(jìn)一步地，上述單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的第一單 功率管橋臂的第一橋臂包括第一 MOS管Sp第一二極管D1,第二橋臂包括第三MOS管 S3>第三二極管D3;其中第一 MOS管S1的源極與第一二極管D1的陰極相連，第三MOS 管&的源極與第三二極管D3的陰極相連；[0014]所述第二單功率管橋臂的第一橋臂包括第二 MOS管&、第二二極管D2,第二橋 臂包括第四MOS管&、第四二極管D4;其中第二 MOS管&的漏極與第二二極管D2的 陽(yáng)極連接，第四MOS管&的漏極與第四二極管D4的陽(yáng)極連接；[0015]第一MOS管Si、第三MOS管 的漏極、第二二極管込的陰極、第四二極管D4 的陰極分別與濾波器主電路的直流正母線連接，第二 MOS管 的源極、第四MOS管 的源極、第一二極管Dp第三二極管D3的陽(yáng)極分別與濾波器主電路的直流負(fù)母線連接。[0016]進(jìn)一步地，上述單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的電壓電 流檢測(cè)裝置包括η個(gè)電壓傳感器和m個(gè)電流傳感器，其中n、m均為正整數(shù)；所述濾波器 控制及驅(qū)動(dòng)電路包括順序相連的諧波檢測(cè)運(yùn)算電路、PWM電流控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路。[0017]進(jìn)一步地，上述單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的交流側(cè) 并聯(lián)電感電路中的各電感的感值相同，其中第一電感L1和第二電感L2,第三電感“和第 四電感L4接入交流電網(wǎng)的方式可以互換，第一單功率管橋臂、第二單功率管橋臂與交流 側(cè)并聯(lián)電感電路的連接方式可以互換。[0018]一種三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，所述有源電力濾波 器與交流電網(wǎng)的母線連接，所述交流電網(wǎng)是三相電源，所述交流電網(wǎng)的母線分別與三相 濾波電感、三相負(fù)載連接；其中有源電力濾波器的輸出端分別與三相電源的母線、三相 濾波電感的輸入端連接，三相濾波電感的輸出端與三相負(fù)載連接；所述有源電力濾波器包括濾波器主電路、電壓電流檢測(cè)裝置、濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路；其中三相電源的 母線、三相濾波電感的輸入端、有源濾波器主電路的輸出端、有源濾波器主電路的直流 母線分別與電壓電流檢測(cè)裝置的輸入端連接，電壓電流檢測(cè)裝置的輸出端與濾波器控制 及驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與濾波器主電路的輸入端連 接；[0019]所述濾波器主電路包括交流側(cè)并聯(lián)電感電路、第一單功率管橋臂、第二單功率 管橋臂和直流側(cè)電容；[0020]其中，所述交流側(cè)并聯(lián)電感電路包括第一 A相電感L1A、第二 A相電感L2A、第 一 B相電感L1B、第二 B相電感L2B、第一 C相電感L1C、第二 C相電感L2c ；所述第一單 功率管橋臂、第二單功率管橋臂分別包括三個(gè)并聯(lián)的橋臂；其中第一A相電感L1A、第二 A相電感L2a的一端相連作為濾波器主電路的A相輸出端，A相輸出端與所述三相電源的 A相母線相連；第一 A相電感Lia的另一端與第一單功率管橋臂中第一橋臂的中點(diǎn)相連， 第二 A相電感L2a的另一端與第二單功率管橋臂中第一橋臂的中點(diǎn)相連；[0021]所述第一 B相電感L1B、第二 B相電感L2b的一端相連作為濾波器主電路的B相 輸出端，B相輸出端與所述三相電源的B相母線相連；第一 B相電感Lm的另一端與第 一單功率管橋臂中第二橋臂的中點(diǎn)相連，第二 B相電感的另一端與第二單功率管橋臂 中第二橋臂的中點(diǎn)相連；[0022]所述第一 C相電感L1C、第二 C相電感L2c的一端相連作為濾波器主電路的C相 輸出端，C相輸出端與所述三相電源的C相母線相連；第一 C相電感Lic的另一端與第 一單功率管橋臂中第三橋臂的中點(diǎn)相連，第二 C相電感L2e的另一端與第二單功率管橋臂 中第三橋臂的中點(diǎn)相連；[0023]所述直流側(cè)電容的兩端分別連接濾波器主電路的正負(fù)直流母線。[0024]進(jìn)一步地，上述三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的第一單 功率管橋臂、第二單功率管橋臂中的每個(gè)橋臂都分別包括一個(gè)MOS管和一個(gè)二極管。[0025]進(jìn)一步地，上述三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的第一單 功率管橋臂的第一橋臂包括第一 A相MOS管S1A、第一 A相二極管Dia ；第一單功率管 橋臂的第二橋臂包括第一 B相MOS管S1B、第一 B相二極管Dm ；第一單功率管橋臂的 第三橋臂包括第一 C相MOS管S1C、第一 C相二極管Dic ；其中第一 A相MOS管Sia的 源極與第一 A相二極管Dia的陰極相連，第一 B相MOS管Sib的源極與第一 B相二極管 Dm的陰極相連，第一 C相MOS管Sic的源極與第一 C相二極管Dic的陰極相連；[0026]所述第二單功率管橋臂的第一橋臂包括第二 A相MOS管&A、第二 A相二極管 D2a，第二單功率管橋臂的第二橋臂包括第二 B相MOS管&B、第二 B相二極管D2b，第 二單功率管橋臂的第三橋臂包括第二 C相MOS管&c、第二 C相二極管D2c，其中第二 A 相MOS管S2a的漏極與第二 A相二極管D2a的陽(yáng)極連接，第二 B相MOS管的漏極與 第二 B相二極管Dm的陽(yáng)極連接，第二 C相MOS管S2c的漏極與第二 C相二極管D2c的 陽(yáng)極連接；[0027]所述第一 A相MOS管Sia的漏極、第一 B相MOS管Sm的漏極、第一 C相MOS管SicW漏極、第二 A相二極管D2a的陰極、第二 B相二極管E^b的陰極、第二 C相二 極管D2c的陰極分別與濾波器主電路的直流正母線連接，所述第二 A相MOS管S2a的源極、第二 B相MOS管源極、第二 C相MOS管S2c的源極、第一 A相二極管Dia的 陽(yáng)極、第一 B相二極管Dib的陽(yáng)極、第一 C相二極管Die的陽(yáng)極分別與濾波器主電路的直 流負(fù)母線連接。[0028]進(jìn)一步地，上述三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的電壓電 流檢測(cè)裝置包括η個(gè)電壓傳感器和m個(gè)電流傳感器，其中n、m均為正整數(shù)；所述濾波器 控制及驅(qū)動(dòng)電路包括順序相連的諧波檢測(cè)運(yùn)算電路、PWM電流控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路。[0029]進(jìn)一步地，上述三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器的交流側(cè) 并聯(lián)電感電路中的各電感的感值相同，其中第一 A相電感Lia與第二 A相電感L2A、第一 B相電感Lib與第二 B相電感L2B、第一 C相電感Lic與第二 C相電感L2c接入交流電網(wǎng) 的方式可以互換；第一單功率管橋臂、第二單功率管橋臂與交流側(cè)并聯(lián)電感電路的連接 方式可以互換。[0030]有益效果[0031]1、相對(duì)于傳統(tǒng)并聯(lián)型有源電力濾波器，在保證良好的諧波補(bǔ)償特性的同時(shí)能杜 絕橋臂直通的危險(xiǎn)，從而提高有源電力濾波系統(tǒng)的可靠性；[0032]2、相對(duì)于傳統(tǒng)并聯(lián)型有源電力濾波器，能分別優(yōu)化功率開(kāi)關(guān)管和功率二極管， 從而降低開(kāi)關(guān)損耗，為進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)頻率創(chuàng)造條件，以便提高濾波器諧波補(bǔ)償特性；[0033]3、相對(duì)于半橋并聯(lián)型有源電力濾波器，能夠完全利用直流側(cè)電容電壓，提高有 源濾波器的補(bǔ)償特性，可應(yīng)用于大容量場(chǎng)合。[0034]4、能廣泛用于單相電網(wǎng)系統(tǒng)和三相三線制電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波治理。

[0035]圖1是本實(shí)用新型的單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu) 示意圖。[0036]圖中標(biāo)號(hào)1-交流電網(wǎng)，2-濾波電感，3-負(fù)載，4-濾波器主電路，5-交流側(cè) 并聯(lián)雙電感，6-單功率管橋臂，7-交流側(cè)并聯(lián)雙電感二，8-直流側(cè)電容，9-電壓電流檢 測(cè)裝置，10-控制及其驅(qū)動(dòng)電路。[0037]圖2是本實(shí)用新型的三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu) 示意圖。[0038]圖中標(biāo)號(hào)11-交流電網(wǎng)，22-濾波電感，33-負(fù)載，44-濾波器主電路，55-交 流側(cè)并聯(lián)雙電感，66-單功率管橋臂，77-交流側(cè)并聯(lián)雙電感二，88-直流側(cè)電容，99-電 壓電流檢測(cè)裝置，101-控制及其驅(qū)動(dòng)電路。[0039]圖3是本實(shí)用新型應(yīng)用于115V/40(mZ電網(wǎng)的負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、電網(wǎng)電流和 電網(wǎng)電壓仿真波形。具體實(shí)施方案[0040]
以下結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述[0041]實(shí)施例1 [0042]附圖1是本實(shí)用新型的單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié) 構(gòu)示意圖。8[0043]交流電網(wǎng)1、非線性負(fù)載3分別是單相電源和單相負(fù)載；交流電網(wǎng)1正母線串接 濾波電感2后輸入非線性負(fù)載3;有源電力濾波器主電路4包括交流側(cè)并聯(lián)雙電感5、單 功率管橋臂一 6、單功率管橋臂二 7和直流側(cè)電容8四部分；交流側(cè)并聯(lián)雙電感5中并聯(lián) 雙電感Lp L2—端相連作為有源電力濾波器正輸出，與交流電網(wǎng)1正母線相連，其余兩 端分別與單功率管橋臂一6中任一橋臂中點(diǎn)和單功率管橋臂二7中任一橋臂中點(diǎn)相連；并 聯(lián)雙電感L3、L4 一端相連作為有源電力濾波器負(fù)輸出，與交流電網(wǎng)1負(fù)母線相連，其余 兩端分別與單功率管橋臂一6中另一橋臂中點(diǎn)和單功率管橋臂二7中另一橋臂中點(diǎn)相連； 直流側(cè)電容8兩端分別接有源電力濾波器正負(fù)直流母線；電壓電流檢測(cè)裝置9包括多個(gè)電 壓傳感器和電流傳感器，多輸入端分別與交流電網(wǎng)1正負(fù)母線、有源濾波器直流正負(fù)母 線、非線性負(fù)載3、濾波電感2輸入側(cè)和有源電力濾波器輸出側(cè)相連，輸出端與有源電力 濾波器控制及其驅(qū)動(dòng)電路10相連；控制及其驅(qū)動(dòng)電路10由諧波檢測(cè)運(yùn)算電路、PWM電 流控制和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，電壓電流檢測(cè)裝置9輸出信號(hào)通過(guò)諧波檢測(cè)運(yùn)算電路得到補(bǔ)償 電流參考信號(hào)，經(jīng)過(guò)PWM電流控制環(huán)節(jié)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大隔 離，輸入到單功率管橋臂一 6和單功率管橋臂二 7中MOS管柵極。其中，PWM電流控 制環(huán)節(jié)也可引入倍頻調(diào)制技術(shù)，開(kāi)關(guān)的等效頻率為載波的二倍，有利于提高有源濾波器 的補(bǔ)償特性。有源電力濾波器的交流輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的諧波電流注入到交流電網(wǎng)1消除 電網(wǎng)電流諧波。[0044]上述實(shí)施例中，單功率管橋臂一 6和單功率管橋臂二 7中每個(gè)橋臂都包括一個(gè) MOS管和一個(gè)二極管；單功率管橋臂一 6中MOS管Sp &源極分別與二極管D1. D3 陰極相連，MOS管Sp &漏極接直流正母線，二極管Dp D3陽(yáng)極接負(fù)直流母線，S1和 D1, &和D3組成的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別與交流側(cè)并聯(lián)雙電感5的L1和“、L3和L4中任 一電感一端相連；單功率管橋臂二 7中MOS管&、&漏極分別與二極管D2、D4陽(yáng)極相 連，MOS管&、&源極接直流負(fù)母線，二極管D2、D4陰極接直流正母線，&和込、S4 和D4組成的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別與交流側(cè)并聯(lián)雙電感5的L1和L2、L3和L4中另一電感 一端相連。[0045]交流側(cè)并聯(lián)雙電感5中Lp L2、L3、L4感值相同，1^和]^2、L3和L4接入交流 電網(wǎng)的方式可以互換，單功率管橋臂一和單功率管橋臂二與交流側(cè)并聯(lián)雙電感的連接方 式可以互換。[0046]實(shí)施例2 [0047]附圖2是本實(shí)用新型的三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié) 構(gòu)示意圖。交流電網(wǎng)11、非線性負(fù)載33分別是三相電源和三相負(fù)載；交流電網(wǎng)11的三 相交流母線串接濾波電感22后輸入非線性負(fù)載33。有源電力濾波器主電路44包括交流 側(cè)并聯(lián)雙電感55、單功率管橋臂一 66、單功率管橋臂二 77和直流側(cè)電容88四部分；交 流側(cè)并聯(lián)雙電感55中a相并聯(lián)雙電感L1A、L2a —端相連作為有源電力濾波器a相輸出， 與交流電網(wǎng)Ila相母線相連，其余兩端分別與a相單功率管橋臂一和單功率管橋臂二中點(diǎn) 相連；b相并聯(lián)雙電感L1B、L2b —端相連作為有源電力濾波器b相輸出，與交流電網(wǎng)lib 相母線相連，其余兩端分別與b相單功率管橋臂一和單功率管橋臂二中點(diǎn)相連；c相并聯(lián) 雙電感L1C、L2c—端相連作為有源電力濾波器c相輸出，與交流電網(wǎng)Ilc相母線相連，其 余兩端分別與c相單功率管橋臂一和單功率管橋臂二中點(diǎn)相連；直流側(cè)電容88兩端分別接有源電力濾波器正負(fù)直流母線；電壓電流檢測(cè)裝置99包括多個(gè)電壓傳感器和電流傳感 器，多輸入端分別與交流電網(wǎng)11三相母線、有源電力濾波器直流正負(fù)母線、非線性負(fù)載 33濾波電感22三相輸入側(cè)和有源電力濾波器三相輸出側(cè)相連，輸出端與有源電力濾波器 控制及其驅(qū)動(dòng)電路101相連；控制及其驅(qū)動(dòng)電路101由諧波檢測(cè)運(yùn)算電路、PWM電流控 制和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，電壓電流檢測(cè)裝置99輸出信號(hào)通過(guò)諧波檢測(cè)運(yùn)算電路得到補(bǔ)償電流 參考信號(hào)，經(jīng)過(guò)PWM電流控制環(huán)節(jié)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大隔離， 輸入到單功率管橋臂一 66和單功率管橋臂二 77的MOS管柵極。有源電力濾波器的交流 輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的諧波電流注入到電網(wǎng)消除電網(wǎng)電流諧波。[0048]上述實(shí)施例中，單功率管橋臂一 66和單功率管橋臂二 77中三相每個(gè)橋臂都包 括一個(gè)MOS管和一個(gè)二極管；單功率管橋臂一 66中MOS管S1A、S1B、Sic源極分別與 二極管D1A、D1b、Dic陰極相連，MOS管S1A、S1B、Sic漏極均接直流正母線，二極管 Dia, Dib, Dic陽(yáng)極均接直流負(fù)母線；Sia和D1A、Sib和D1b、Sic^P Dic組成的各相橋臂 中點(diǎn)分別與交流側(cè)并聯(lián)雙電感陽(yáng)中Lia和L2A、Lib和L2B、Lic和L2c中任一電感一端相 連；單功率管橋臂二 77中MOS管S2A、S2B> S2c漏極分別與二極管D2A、D2B、D2c陽(yáng)極 相連，MOS管&A、S2B> S2c源極均接直流負(fù)母線，二極管D2A、D2B、D2c陰極均接直流 正母線；S2a和D2A、&B*D2B、S2c和D2c組成的各相橋臂中點(diǎn)分別與交流側(cè)并聯(lián)雙電感 55中Lia和L2A、Lib和L2b、Lic和L2c中另一電感一端相連。[0049]交流側(cè)并聯(lián)雙電感55中L1A、L2A、L1b、L2B、L1C、L2c感值均相等，Lia和L2A、 Lib和L2B、Lic和L2c接入交流電網(wǎng)11各相的方式可以互換，單功率管橋臂一 66和單功 率管橋臂二 77與交流側(cè)并聯(lián)雙電感55的連接方式可以互換。[0050]在MATLAB軟件環(huán)境下，對(duì)本實(shí)用新型建立了仿真模型，并進(jìn)行了波形分析。 附圖3是本實(shí)用新型應(yīng)用于115V/400HZ電網(wǎng)的負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、電網(wǎng)電流和電網(wǎng)電 壓仿真波形。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)本實(shí)用新型的電路拓?fù)渚哂辛己玫闹C波補(bǔ)償特性，電網(wǎng)電流 經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后不含有諧波和無(wú)功分量，電網(wǎng)電流THD僅為1.22%，仿真結(jié)果表明本實(shí)用 新型能夠較好實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波治理，提高了有源電力濾波系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。[0051]上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí) 用新型的精神和權(quán)力要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，所述有源電力濾波 器與交流電網(wǎng)(1)的正負(fù)母線連接，所述交流電網(wǎng)(1)的正負(fù)母線之間還包括濾波電感 ⑵、非線性負(fù)載(3)；所述交流電網(wǎng)(1)、非線性負(fù)載(3)分別是單相電源和單相負(fù)載， 其中有源電力濾波器的正輸出端分別與交流電網(wǎng)(1)的正母線、濾波電感(2)的輸入端連 接，濾波電感⑵的輸出端與非線性負(fù)載⑶的輸入端連接，非線性負(fù)載⑶的輸出端分 別連接有源電力濾波器的負(fù)輸出端、交流電網(wǎng)(1)的負(fù)母線；其特征在于所述有源電力濾波器包括濾波器主電路G)、電壓電流檢測(cè)裝置(9)、濾波器控制及 驅(qū)動(dòng)電路(10)；其中交流電網(wǎng)(1)的正負(fù)母線、濾波電感O)的輸入端、非線性負(fù)載(3) 的輸出端、濾波器主電路⑷的正輸出端、濾波器主電路⑷的直流母線分別與電壓電流 檢測(cè)裝置(9)的輸入端連接，電壓電流檢測(cè)裝置(9)的輸出端與濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路 (10)的輸入端連接，濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路(10)的輸出端與濾波器主電路(4)的輸入端 連接；所述濾波器主電路(4)包括交流側(cè)并聯(lián)電感電路(5)、第一單功率管橋臂(6)、第二 單功率管橋臂(7)和直流側(cè)電容(8)；其中，所述交流側(cè)并聯(lián)電感電路(5)包括第一電感 L1,第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4;所述第一單功率管橋臂(6)、第二單功率 管橋臂(7)分別包括兩個(gè)并聯(lián)的橋臂；其中第一電感L1的一端、第二電感“的一端相連 作為濾波器主電路的正輸出端，第一電感L1的另一端與第一單功率管橋臂(6)中任 一橋臂的中點(diǎn)相連，第二電感L2的另一端與第二單功率管橋臂(7)中任一橋臂的中點(diǎn)相 連；第三電感L3的一端、第四電感L4的一端相連作為濾波器主電路(4)的負(fù)輸出端，第 三電感L3的另一端與第一單功率管橋臂(6)中的另一橋臂的中點(diǎn)相連，第四電感1^4的另 一端與第二單功率管橋臂(7)中的另一橋臂的中點(diǎn)相連；所述直流側(cè)電容(8)的兩端分別連接濾波器主電路(4)的正負(fù)直流母線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特 征在于所述第一單功率管橋臂(6)、第二單功率管橋臂(7)中的每個(gè)橋臂都分別包括一 個(gè)MOS管和一個(gè)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特 征在于所述第一單功率管橋臂(6)的第一橋臂包括第一 MOS管Sp第一二極管D1,第二橋 臂包括第三MOS管&、第三二極管D3;其中第一 MOS管S1的源極與第一二極管D1W 陰極相連，第三MOS管&的源極與第三二極管D3的陰極相連；所述第二單功率管橋臂(7)的第一橋臂包括第二 MOS管&、第二二極管D2,第二橋 臂包括第四MOS管&、第四二極管D4;其中第二 MOS管&的漏極與第二二極管D2的 陽(yáng)極連接，第四MOS管&的漏極與第四二極管D4的陽(yáng)極連接；第一 MOS管Sp第三MOS管 的漏極、第二二極管D2的陰極、第四二極管D4的 陰極分別與濾波器主電路的直流正母線連接，第二 MOS管 的源極、第四MOS管 &的源極、第一二極管Dp第三二極管D3的陽(yáng)極分別與濾波器主電路(4)的直流負(fù)母線 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特 征在于所述電壓電流檢測(cè)裝置(9)包括η個(gè)電壓傳感器和m個(gè)電流傳感器，其中η、m均為正整數(shù)；所述濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路(10)包括順序相連的諧波檢測(cè)運(yùn)算電路、 PWM電流控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特 征在于所述交流側(cè)并聯(lián)電感電路(5)中的各電感的感值相同，其中第一電感L1和第二 電感L2,第三電感L3和第四電感L4接入交流電網(wǎng)(1)的方式可以互換，第一單功率管橋 臂(6)、第二單功率管橋臂(7)與交流側(cè)并聯(lián)電感電路(5)的連接方式可以互換。
6.一種三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，所述有源電力濾波器 與交流電網(wǎng)(11)的母線連接，所述交流電網(wǎng)(11)是三相電源，所述交流電網(wǎng)(11)的母 線分別與三相濾波電感02)、三相負(fù)載(33)連接；其中有源電力濾波器的輸出端分別與 三相電源的母線、三相濾波電感0 的輸入端連接，三相濾波電感0 的輸出端與三相 負(fù)載(3 連接；其特征在于所述有源電力濾波器包括濾波器主電路G4)、電壓電流檢 測(cè)裝置(99)、濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路(101)；其中三相電源的母線、三相濾波電感02) 的輸入端、有源濾波器主電路G4)的輸出端、有源濾波器主電路G4)的直流母線分別與 電壓電流檢測(cè)裝置(99)的輸入端連接，電壓電流檢測(cè)裝置(99)的輸出端與濾波器控制 及驅(qū)動(dòng)電路(101)的輸入端連接，濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路(101)的輸出端與濾波器主電路 (44)的輸入端連接；所述濾波器主電路G4)包括交流側(cè)并聯(lián)電感電路(55)、第一單功率管橋臂(66)、第 二單功率管橋臂(77)和直流側(cè)電容(88)；其中，所述交流側(cè)并聯(lián)電感電路(55)包括第一 A相電感L1A、第二 A相電感L2A、第 一 B相電感L1B、第二 B相電感L2B、第一 C相電感L1C、第二 C相電感L2c ；所述第一單 功率管橋臂(66)、第二單功率管橋臂(77)分別包括三個(gè)并聯(lián)的橋臂；其中第一A相電感 Lia,第二 A相電感L2a的一端相連作為濾波器主電路04)的A相輸出端，A相輸出端與 所述三相電源的A相母線相連；第一 A相電感Lia的另一端與第一單功率管橋臂(66)中 第一橋臂的中點(diǎn)相連，第二 A相電感L2a的另一端與第二單功率管橋臂(77)中第一橋臂 的中點(diǎn)相連；所述第一 B相電感L1B、第二 B相電感L2b的一端相連作為濾波器主電路04)的B相 輸出端，B相輸出端與所述三相電源的B相母線相連；第一 B相電感Lm的另一端與第 一單功率管橋臂(66)中第二橋臂的中點(diǎn)相連，第二 B相電感的另一端與第二單功率 管橋臂(77)中第二橋臂的中點(diǎn)相連；所述第一 C相電感L1C、第二 C相電感L2c的一端相連作為濾波器主電路04)的C相 輸出端，C相輸出端與所述三相電源的C相母線相連；第一 C相電感Lic的另一端與第 一單功率管橋臂(66)中第三橋臂的中點(diǎn)相連，第二 C相電感L2e的另一端與第二單功率 管橋臂(77)中第三橋臂的中點(diǎn)相連；所述直流側(cè)電容(88)的兩端分別連接濾波器主電路G4)的正負(fù)直流母線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特 征在于所述第一單功率管橋臂(66)、第二單功率管橋臂(77)中的每個(gè)橋臂都分別包括一個(gè) MOS管和一個(gè)二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于所述第一單功率管橋臂(66)的第一橋臂包括第一 A相MOS管S1A、第一 A相二極 管Dia;第一單功率管橋臂(66)的第二橋臂包括第一 B相MOS管S1B、第一 B相二極 管Dm;第一單功率管橋臂(66)的第三橋臂包括第一 C相MOS管S1C、第一 C相二極 管0^;其中第一 A相MOS管Sia的源極與第一 A相二極管Dia的陰極相連，第一 B相 MOS管Sm的源極與第一 B相二極管Dib的陰極相連，第一 C相MOS管Sic的源極與第一C相二極管Dic的陰極相連；所述第二單功率管橋臂(77)的第一橋臂包括第二 A相MOS管S2A、第二 A相二極 管D2a，第二單功率管橋臂(77)的第二橋臂包括第二 B相MOS管&B、第二 B相二極 管D2b，第二單功率管橋臂(77)的第三橋臂包括第二 C相MOS管&c、第二 C相二極管 D2c,其中第二 A相MOS管S2a的漏極與第二 A相二極管D2a的陽(yáng)極連接，第二 B相MOS 管的漏極與第二 B相二極管Rb的陽(yáng)極連接，第二 C相MOS管S2c的漏極與第二 C 相二極管D2c的陽(yáng)極連接；所述第一 A相MOS管Sia的漏極、第一 B相MOS管Sib的漏極、第一 C相MOS管 Sic的漏極、第二 A相二極管D2a的陰極、第二 B相二極管E^b的陰極、第二 C相二極管 D2c的陰極分別與濾波器主電路04)的直流正母線連接，所述第二 A相MOS管S2a的源 極、第二 B相MOS管源極、第二 C相MOS管S2c的源極、第一 A相二極管Dia的 陽(yáng)極、第一 B相二極管Dib的陽(yáng)極、第一 C相二極管Die的陽(yáng)極分別與濾波器主電路04) 的直流負(fù)母線連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其特 征在于所述電壓電流檢測(cè)裝置(99)包括η個(gè)電壓傳感器和m個(gè)電流傳感器，其中η、 m均為正整數(shù)；所述濾波器控制及驅(qū)動(dòng)電路(101)包括順序相連的諧波檢測(cè)運(yùn)算電路、 PWM電流控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，其 特征在于所述交流側(cè)并聯(lián)電感電路(5 中的各電感的感值相同，其中第一 A相電感 Lia與第二 A相電感L2A、第一 B相電感Lib與第二 B相電感L2B、第一 C相電感Lic與第二C相電感L2e接入交流電網(wǎng)(11)的方式可以互換；第一單功率管橋臂(66)、第二單功 率管橋臂(77)與交流側(cè)并聯(lián)電感電路(5 的連接方式可以互換。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種單相、三相單功率管橋臂結(jié)構(gòu)的全橋并聯(lián)型有源電力濾波器，屬于電力諧波抑制技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型分別包括適用于單相電網(wǎng)系統(tǒng)和三相四線制電網(wǎng)系統(tǒng)兩種結(jié)構(gòu)；本實(shí)用新型包括由單功率管和二極管組成的橋臂、交流側(cè)并聯(lián)雙電感以及直流側(cè)電容，不僅電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制及驅(qū)動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)，而且兼有優(yōu)異的濾波性能，同時(shí)因其單功率管橋臂的特殊結(jié)構(gòu)能夠杜絕橋臂直通的問(wèn)題，提高有源濾波器工作的可靠性。本實(shí)用新型可廣泛適用于系統(tǒng)可靠性要求高、容量大的電網(wǎng)的諧波治理，如航空、航天、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、高精儀器制造等。
文檔編號(hào)H02J3/01GK201813163SQ20102029430
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者陳仲 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)