一種多電平大容量基波磁通補償濾波系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于電力電子與電力傳動技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種多電平大容量基波 磁通補償濾波系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著高壓直流輸電和軌道交通的快速發(fā)展，大量的電力電子變流裝置及 非線性負載得到了廣泛的應(yīng)用，從而使得電力系統(tǒng)諧波污染問題更加嚴重。有源濾波器技 術(shù)在濾除諧波方面具有良好的動態(tài)抑制特性，同時還能夠補償無功，是一種得到工程驗證 的有效濾波方法。
[0003] 目前傳統(tǒng)有源濾波器的電路拓撲結(jié)構(gòu)主要有；并聯(lián)無源加并聯(lián)有源相結(jié)合、并聯(lián) 無源加串聯(lián)有源濾波器相結(jié)合、無源和有源濾波器串聯(lián)聯(lián)接。
[0004] 并聯(lián)無源加并聯(lián)有源相結(jié)合，該種方案有兩種形式，一種是并聯(lián)型有源濾波器濾 除低次諧波，而無源濾波器濾除高次諧波，該種方案對減小有源濾波器的容量起不到明顯 的作用，因開關(guān)頻率要求不高，故實現(xiàn)大容量會更容易一些。另一種是無源濾波器包括多組 單調(diào)諧濾波器和高通濾波器，并聯(lián)有源濾波器仍起著諧波補償作用，無源濾波器濾除大部 分諧波，所需的有源濾波器的容量可W大幅度降低，但是需要對有源濾波器進行有效的控 制W防止可能發(fā)生的諧振。該種裝置在使用時，系統(tǒng)與有源濾波器及有源濾波器與無源濾 波器之間存在諧波通道，特別是有源濾波器與無源濾波器之間的諧波通道，可能使有源濾 波器注入的諧波又流入系統(tǒng)及無源濾波器中。
[0005] 并聯(lián)無源加串聯(lián)有源濾波器相結(jié)合，該種方案在1988年由化ng F Z等人提出，采 用串聯(lián)有源濾波器和并聯(lián)無源濾波器構(gòu)成，將一個電流互感器一次側(cè)串聯(lián)聯(lián)接在電力系統(tǒng) 和諧波源之間，根據(jù)瞬時無功功率理論檢測出系統(tǒng)的諧波電流，采用PWM逆變器產(chǎn)生與串 入系統(tǒng)的諧波電流成K倍比例的諧波電壓施加在電流互感器的二次側(cè)，該樣有源濾波器對 諧波而言相當于阻值為K的電阻，而對基波阻抗為零。該種方案中串聯(lián)型有源濾波器不是 直接補償諧波而是起提高系統(tǒng)的諧波阻抗的作用，從而使諧波流入無源支路。其優(yōu)點是可 W采用較小容量的有源濾波器和并聯(lián)無源濾波器結(jié)合完成大容量的濾波任務(wù)，缺點是K很 難確定，設(shè)計不好可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。
[0006] 并聯(lián)無源和有源濾波器串聯(lián)聯(lián)接，該種方案并聯(lián)無源濾波器起抑制諧波的作用， 而有源濾波器用來提高無源濾波器的性能，克服了只用無源濾波器的缺點。該有源濾波器 的容量遠小于普通的并聯(lián)型有源濾波器的容量。由于注入變壓器聯(lián)接在Y型聯(lián)接的無源濾 波器的中性點上，方便保護隔離，因此更適合于高電壓系統(tǒng)中應(yīng)用，但是該電路對電網(wǎng)中的 諧波電壓非常敏感。
[0007] 文獻"基于載波移相技術(shù)的H橋級聯(lián)高壓APF研究"分析了 H級聯(lián)橋在傳統(tǒng)有源 濾波器中的應(yīng)用，但是該文獻并未設(shè)及基波磁通補償技術(shù)。專利號為CN200810197002.9,名 稱為"一種串聯(lián)混合型有源電力濾波裝置"的發(fā)明專利申請設(shè)計了一種基于基波磁通補償 的混合型有源濾波器，但是該專利并未考慮大容量情況下采用多電平技術(shù)，沒有考慮到被 補償正弦波電流信號完全可w作為載波移相調(diào)制波的調(diào)制信號。
[000引 目前，基于多電平技術(shù)的基波磁通補償濾波器還未見報道。并且，目前關(guān)于基波磁 通補償濾波器補償電流變換器拓撲結(jié)構(gòu)的研究主要是在兩電平的情況下進行的，具有一定 的局限性。而現(xiàn)實中，有源濾波器的容量越來越大，器件的安全性、能耗與容量是矛盾的，利 用多電平技術(shù)能夠很好的解決該一問題，更加接近現(xiàn)實情況。
[0009] 綜上所述，考慮到目前基波磁通補償濾波器兩電平存在的問題，需要一種新的多 電平系統(tǒng)解決上述問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 為克服上述缺陷，本實用新型提供了一種多電平大容量基波磁通補償濾波系統(tǒng)， 該系統(tǒng)基于H級聯(lián)橋多電平拓撲本身的優(yōu)良特性，利用載波移相調(diào)制技術(shù)，把被補償電流 的正弦波信號作為載波移相的調(diào)制信號，通過分數(shù)階PI^D"控制器調(diào)節(jié)，使H級聯(lián)橋變換器 輸出電流快速跟蹤基波電流，從而實現(xiàn)多電平大容量基波磁通補償濾波的效果。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種多電平大容量基波磁通補償濾波系統(tǒng)，其 特征在于；該系統(tǒng)包括供電單元、檢測單元1、補償變壓器單元、H級聯(lián)橋電流補償單元、控 制器單元、PWM調(diào)制波單元、檢測單元2、無源濾波器單元、負載諧波源單元；
[0012] 其中，控制器單元采用分數(shù)階PI^D"控制器進行控制；
[0013] 供電單元的輸出端與檢測單元1的輸入端連接，檢測單元1的第一輸出端與補償 變壓器單元的一次側(cè)連接，檢測單元1的第二輸出端與控制器單元的第一輸入端連接，補 償變壓器單元的二次側(cè)與無源濾波器單元的輸入端連接，補償變壓器單元的輸出端與檢測 單元2的第一輸入端連接，無源濾波器單元的輸出端與負載諧波源單元的輸入端連接，檢 測單元2的輸出端與控制器單元的第二輸入端連接，控制器單元的輸出端與PWM調(diào)制波單 元的輸入端連接，PWM調(diào)制波單元的輸出端與H級聯(lián)橋電流補償單元的輸入端連接，H級聯(lián) 橋電流補償單元的輸出端與檢測單元2的第二輸入端連接；
[0014] 檢測單元1分離出系統(tǒng)中的基波電流，為多電平載波移相電流補償提供參考信 號；
[0015] H級聯(lián)橋電流補償單元為補償變壓器單元注入滿足基波磁通補償條件的電流，檢 測單元2為控制器單元輸送反饋電流信號，PWM調(diào)制波單元為H級聯(lián)橋電流補償單元提供 載波移相調(diào)制波信號，無源濾波單元為諧波提供低阻抗通道。
[0016] 所述H級聯(lián)橋電流補償單元中的功率器件采用基于碳化娃材料制成的全控功率 器件。
[0017] 所述H級聯(lián)橋電流補償單元的拓撲采用多電平結(jié)構(gòu)，具體包括H級聯(lián)橋電路拓撲、 二極管錯位多電平拓撲、飛跨電容錯位多電平拓撲、模塊化多電平撲結(jié)構(gòu)。
[0018] 所述H級聯(lián)橋電路拓撲由兩個或兩個W上模塊化H橋單元串聯(lián)組成，拓撲單元電 壓電平數(shù)>5。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型基于多電平大容量基波磁通補償濾波系統(tǒng)具有W下 優(yōu)勢：
[0020] 1)對于m電平的逆變器，所需的單相全橋逆變器個數(shù)和獨立電源個數(shù)為（m-l)/2， 輸出相電壓的電平數(shù)為m，輸出線電壓的電平數(shù)為2m-l。電平數(shù)越多，輸出電壓波形中的諧 波含量越少。
[0021] 。容易實現(xiàn)模塊化，易于擴展，不存在電容電壓平衡問題。
[0022] 3)控制方法簡單、容易實現(xiàn)，每一個功率單元均可W獨立進行控制。
[0023] 4)載波移相調(diào)制技術(shù)可W在較低的開關(guān)頻率下實現(xiàn)較高開關(guān)頻率的效果，使 SPWM技術(shù)應(yīng)用于大功率場合成為可能。
[0024] 5)在提高裝置容量的同時，有效地減少輸出諧波，提高了整個裝置的信號傳輸帶 見〇
[0025] 6)對直流側(cè)電容要求降低，經(jīng)濟性能和系統(tǒng)的安全性均得到了提高。