一種并聯(lián)混合型有源濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及有源電力濾波技術領域，特別是設及一種并聯(lián)混合型有源濾波 器。
【背景技術】
[0002] 諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲， 并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或 串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤 動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備和電子設備會產(chǎn)生嚴重干 擾。隨著大量非線性負荷的使用，造成供電系統(tǒng)中諧波污染越來越嚴重，諧波損耗也日益增 加，對我國節(jié)能降損的影響也日益嚴重。
[0003] 目前已有許多學者和研究機構對諧波抑制進行了研究，常用的諧波抑制手段是在 電網(wǎng)中裝設無源濾波器(PPF)、有源濾波器(APF)或者無源濾波器和有源濾波器綜合的混合 型有源濾波器(HAPF)。但在中高壓系統(tǒng)中，單獨的無源濾波器只能對特定次諧波進行濾波， 而單獨的有源濾波器存在補償容量較小和價格高的問題。因此混合型有源濾波器成為目前 實際應用的熱點。
[0004] 現(xiàn)有技術中，混合型有源濾波器適用于中高壓電網(wǎng)，并可進行大容量的無功補償， 但混合型有源濾波器在運行過程中，其逆變器損耗較大，整套裝置成本較高。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型實施例中提供了一種并聯(lián)混合型有源濾波器，W解決現(xiàn)有技術中的混 合型有源濾波器在運行過程中，逆變器損耗大，整套裝置成本高的問題。
[0006] 為了解決上述技術問題，本實用新型實施例公開了如下技術方案：
[0007] 本實用新型實施例提供了一種并聯(lián)混合型有源濾波器，包括并聯(lián)到=相電網(wǎng)和非 線性負載之間的有源裝置和無源裝置，其中，
[000引所述無源裝置包括無源濾波器組和補償電容器，所述無源濾波器組和補償電容器 分別并聯(lián)到=相電網(wǎng)和非線性負載之間；
[0009] 所述有源裝置包括兩個直流側電容和逆變器，所述直流側電容的容值相等，兩個 所述直流側電容串聯(lián)后與所述逆變器并聯(lián)連接，所述逆變器包括相互并聯(lián)的兩組橋臂，所 述橋臂包括兩個串聯(lián)的IGBT;兩個直流側電容串接的中點和所述橋臂的中點并聯(lián)到所述= 相電網(wǎng)和非線性負載之間。
[0010] 優(yōu)選地，所述有源裝置還包括串聯(lián)連接的禪合變壓器和一組無源濾波器，所述禪 合變壓器和所述無源濾波器均與所述有源裝置串聯(lián)連接。
[0011] 優(yōu)選地，所述有源裝置還包括用于補償較大容量的無功功率的注入電容。
[0012] 優(yōu)選地，所述有源裝置的輸出端串聯(lián)有用于濾除開關器件通斷造成的高頻毛刺的 S相電感。
[0013] 由W上技術方案可見，本實用新型實施例提供的并聯(lián)混合型有源濾波器，包括并 聯(lián)到=相電網(wǎng)和非線性負載之間的有源裝置和無源裝置，其中，所述無源裝置包括無源濾 波器組和補償電容器，所述無源濾波器組和補償電容器分別并聯(lián)到=相電網(wǎng)和非線性負載 之間;所述有源裝置包括兩個直流側電容和逆變器，所述直流側電容的容值相等，兩個所述 直流側電容串聯(lián)后與所述逆變器并聯(lián)連接，所述逆變器包括相互并聯(lián)的兩組橋臂，所述橋 臂包括兩個串聯(lián)的IGBT;兩個直流側電容串接中點和所述橋臂的中點并聯(lián)到所述S相電網(wǎng) 和=相負載之間。本實用新型提出一種新型的并聯(lián)混合型有源濾波器的結構，可W進一步 降低整套裝置的成本，主要原理是:有源逆變器采用=相四開關結構，減少了開關器件的數(shù) 量，同時降低了逆變器的損耗;此外還采用了一種單相電流的諧波檢測方法，減少了相應檢 測器件和控制執(zhí)行器件的使用，檢測計算時間顯著減少。仿真實驗及工程應用都驗證了該 結構的有效性。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人 員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器的拓撲結構示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型實施例提供的一種=相四開關的逆變器的結構示意圖；
[0017] 圖3為本實用新型實施例提供的一種單相電氣模型示意圖；
[0018] 圖4為本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波系統(tǒng)的等效電路圖；
[0019] 圖5為本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器質量檢測方法流程示 意圖；
[0020] 圖6為本實用新型實施例提供的一種計算電網(wǎng)參考電流的流程示意圖；
[0021] 圖7為本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器的精確等級確定流程 示意圖；
[0022] 圖8(a)為本實用新型實施例提供的一種補償前的電網(wǎng)電流波形圖；
[0023] 圖8(b)為本實用新型實施例提供的一種補償后的電網(wǎng)電流波形圖；
[0024] 圖1-圖8(b)，符號表示：
[0025] I-S相電網(wǎng)，2-非線性負載，3-無源裝置，4-注入電容，5-禪合變壓器，6-S相電 感，7-逆變器，71-直流側電容，72-IGBT，8-輸出濾波器的阻抗，9-禪合變壓器閥側的等效電 壓源。
【具體實施方式】
[0026] 為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型中的技術方案，下面將結合本實 用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然， 所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。
[0027] 第一方面
[0028] 參見圖I，為本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)混合型有源濾波器的拓撲結構示 意圖，包括并聯(lián)到=相電網(wǎng)1和非線性負載2之間的有源裝置和無源裝置3,所述無源裝置3 包括無源濾波器組和補償電容器，所述無源濾波器組和補償電容器分別并聯(lián)到=相電網(wǎng)1 和非線性負載2之間；所述有源裝置包括兩個直流側電容71和逆變器7,所述直流側電容71 的容值相等，兩個所述直流側電容71串聯(lián)后與所述逆變器7并聯(lián)連接，所述逆變器7為=相 四開關電壓型逆變器，是基于自關斷器件的脈寬調制逆變器。
[0029] 所述有源裝置還包括串聯(lián)連接的禪合變壓器5和一組無源濾波器，所述禪合變壓 器5和所述無源濾波器均與所述有源裝置串聯(lián)連接。
[0030] 所述有源裝置還包括用于補償較大容量的無功功率的注入電容4。
[0031] 所述有源裝置的輸出端串聯(lián)有用于濾除開關器件通斷造成的高頻毛刺的=相電 感6。
[0032] 有源裝置由直流側電容71和=相四開關電壓型逆變器(VSC)構成，VSC為基于自關 斷器件的脈寬調制(Pulse Width Modulation,PWM)逆變器，有源裝置通過禪合變壓器5與 一組無源濾波器串聯(lián)連接并聯(lián)到電網(wǎng)。
[0033] 無源裝置3承受絕大部分的基波電壓，有源裝置注入需要補償?shù)闹C波電流。整個系 統(tǒng)結構簡單，能較好治理大功率電網(wǎng)中的諧波，同時能夠補償大容量的無功功率。其最大的 優(yōu)點是有源裝置承受的基波電壓低，所需逆變器7的容量小。并聯(lián)混合型有源濾波器由補償 電容器進行無功功率的靜態(tài)補償，并聯(lián)的無源濾波器可W補償較大容量的無功功率和濾除 特定次數(shù)的諧波電流，由有源裝置和無源裝置3共同抑制諧波?；o功電流基本上不會流 入禪合變壓器5和逆變器7,使得運種濾波裝置兼具較大容量的無功補償能力、大容量的諧 波抑制能力和較小的逆變器容量，更適于大型工礦企業(yè)的諧波治理要求。
[0034] 如圖2所示，為本實用新型實施例提供的一種=相四開關的逆變器的結構示意圖。 所述逆變器7包括相互并聯(lián)的兩組橋臂，所述橋臂包括兩個串聯(lián)的IGBT72;兩個直流側電容 71串接的中點和所述橋臂的中點并聯(lián)到所述=相電網(wǎng)1和非線性負載2之間。
[0035] 與常規(guī)的=相六逆變器橋相比，本實用新型實施例提供的逆變器7減少了兩個開 關器件，將直流側的電容是換成容值為原來兩倍的電容。從直流側兩個電容的中點引出逆 變器7其中的一相，改由具有4個IGBT72(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙 極型晶體管)開關管的IPM(IntelIigent Power Module,智能功率模塊)模塊和兩個容值相 等的電容來構造 S相逆變電路，相當于將S相S橋臂(6個IGBT開關管）中的一相換成電容 橋臂。
[0036] IGBT72是由BJT(Bipolar Junction Transistor雙極型S極管）和M0S(Metal-Oxid-Semiconductor絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件， IGBT72具有驅動功率小而飽和壓降低的優(yōu)點，非常適合應用于直流電壓為600V及W上的變 流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
[0037] 由基爾霍夫電壓定理可得=相四開關逆變器的交流側電壓為：
[00：3 引
（U
[0039] 對平衡的S相系統(tǒng)，有
[0040] UaN+UbN+UcN = 0 (2)
[0041] 將式(2)代入式(1)可得：
[0042]
(3)[0043] 因此，混合型并聯(lián)有源濾波器的電壓方程為：
[0044] (4)
[0045] <5)
[0046] 圖2中，N為稱合變壓器閥側中性點，Za、Zb、Zc為輸出濾波器的阻抗，n為直流側電容 的中點。與圖2相對應，則式（1)-式(5)中，Uan是指a點與n點之間的電壓，叫n是指b點與n點之 間的電壓，U。。是指C點與n點之間的電壓，UaN是指a點與N點之間的電壓，UbN是指b點與N點之 間的電壓，UeN是指C點與N點之