基於全橋拓撲的有源電力濾波器的製作方法
2023-05-14 09:21:31
專利名稱：基於全橋拓撲的有源電力濾波器的製作方法
技術領域：
本發明屬於低壓有源電力濾波器領域，具體涉及一種基於全橋拓撲的有源電力濾波器。
背景技術：
有源電力濾波器是一種用於動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。有源電力濾波器通常由變換器和連接電抗器構成，實際上相當於受控電流源，根據控制器發出的電流指令產生相應電流，從而消除諧波。目前，並聯型有源電力濾波器普遍使用三橋臂拓撲，這種拓撲只需要6個開關管和一組母線電容，電路拓撲比較簡單，但也存在一些問題直流母線需要比較高的電壓。舉個例子，對於400伏的系統，為使有源濾波器對電網電壓波動有一定的適應能力，即便採用空間矢量調製方法，直流母線電壓也需要達到720伏以上。這樣開關管和母線電容所承受的電壓比較高，這樣，只能選用耐壓1200伏以上的低速開關管。較高的直流母線電壓和低速的開關器件，使得開關損耗大大增加，限制了裝置容量的提高。另外，較高的直流母線電壓也使得開關器件和直流母線電容需要承受比較高的應力，裝置可靠性降低。對於400伏以上的系統，比如煤礦和採油平臺常用的690伏系統，直流母線電壓需要達到1250伏以上，即使用耐壓1700伏的開關管，也很難滿足器件可靠性的需求。另一個問題是，三橋臂輸出為兩電平，需要比較大的連接電感，否則輸出電流會有較大的紋波。開關器件也運行在比較高的開關頻率上，對於某些要補償高達50次諧波的有源濾波器而言，三橋臂輸出頻率至少需要20千赫茲，也是開關器件的開關頻率，這增大了開關器件的開關損耗，使得有源濾波器的輸出能力下降。
發明內容
本發明的目的在於解決現有技術基於三橋臂拓撲的有源電力濾波器開關損耗大、 輸出能力低、承受電壓高、可靠性差、輸出電流紋波大的缺陷，提供一種開關損耗小、輸出能力高、承受電壓低、可靠性高、輸出電流紋波小的基於全橋拓撲的有源電力濾波器。本發明是通過如下技術方案來實現的即一種基於全橋拓撲的有源電力濾波器，包括變換器，其特徵在於所述變換器為全橋拓撲功率變換單元，所述全橋拓撲功率變換單元包括4個電子開關器件和I個直流母線電容，所述4個電子開關器件組成全橋，全橋設有P、N、A、B端，所述全橋的P、N端與直流母線電容連接，全橋的A、B端為功率模塊輸出。作為本發明的一個優選方案電子開關器件為IGBT或M0SFET。本發明相對於現有技術的三橋臂拓撲功率變換單元的有源濾波器，它採用全橋作為功率變換單元拓撲。對於3相4線的應用，3個全橋功率單元接成星型，星接點接中線，對於3相3線的應用，3個全橋功率單元可接成星型，星接點浮空，或接成角形(含連接電抗器)。本發明具有開關損耗小、輸出能力高、承受電壓低、可靠性高、輸出電流紋波小的優點。本發明使用三相全橋拓撲，其直流母線電壓和開關器件的開關頻率都僅有三橋臂拓撲有源濾波器的1/2，這降低了開關器件的開關損耗，提高有源濾波器的輸出能力，而且開關器件和直流母線電容只需承受較低的電壓，壓，使有源濾波器可靠性得到提高，可以輕鬆駕馭690伏的應用。另一方面，該有源濾波器輸出為三電平，所需要的電抗器也僅為三橋臂拓撲有源濾波器的1/2，輸出電流紋波更小。
圖I為本發明全橋拓撲功率變換單元的電路原理圖2為本發明全橋拓撲功率變換單元中電子開關器件選用IGBT時的電路原理圖3為本發明應用到3相4線的電路原理圖；圖4為本發明採用星型接法應用到3相3線的電路原理圖；圖5為本發明採用角形接法應用到3相3線的電路原理圖。如圖中所示1.全橋拓撲功率變換單元；1-1.電子開關器件；1-2.直流母線電容；2.連接電抗器；3. 3相4線帶阻尼電阻的濾波電容器；4濾波電抗器。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步闡述。請見圖I :為本發明的全橋拓撲功率變換單元1，4個電子開關器件1-1構成全橋， 全橋的P、N端和直流母線電容1-2相連，全橋的A、B端為功率模塊輸出。請見圖2 4個電子開關器件1-1採用IGBT。請見圖3 :為本發明應用到3相4線的一個實施例，abc和n分別為電網輸入的3 個相線及零線，全橋拓撲功率變換單元I的輸出端B和零線n相連，其輸出端A經過連接電抗器2，然後再經過濾波電抗器4，接入電網的3個相線。三相4線帶阻尼電阻的濾波電容器3的星接點和電網零線n相連，三相輸出端和連接電抗器2、濾波電抗器4的公共端相連。請見圖4 :為本發明採用星型接法應用到3相3線的一個實施例，abc為電網輸入的3個相線，I為全橋拓撲功率變換單元，其輸出端B相連，其輸出端A經過2，連接電抗器， 然後再經過4，濾波電抗器，接入電網的3個相線。3為三相4線帶阻尼電阻的濾波電容器， 其星接點浮空，三相輸出端和2、4兩組電抗器的公共端相連。請見圖5 :為本發明採用角型接法應用的一個實施例，abc為電網輸入的3個相線， I為全橋拓撲功率變換單元，其輸出端經過2，連接電抗器，首尾相連，然後再經過4，濾波電抗器，接入電網的3個相線。3為三相4線帶阻尼電阻的濾波電容器，其星接點浮空，三相輸出端和2、4兩組電抗器的公共端相連。
權利要求
1.一種基於全橋拓撲的有源電力濾波器，包括變換器，其特徵在於所述變換器為全橋拓撲功率變換單元，所述全橋拓撲功率變換單元包括4個電子開關器件和I個直流母線電容，所述4個電子開關器件組成全橋，全橋設有P、N、A、B端，所述全橋的P、N端與直流母線電容連接，全橋的A、B端為功率模塊輸出。
2.根據權利要求I所述的基於全橋拓撲的有源電力濾波器，其特徵在於電子開關器件為 IGBT 或 MOSFET。
全文摘要
本發明屬於低壓有源電力濾波器領域，具體涉及一種基於全橋拓撲的有源電力濾波器，包括變換器，其特徵在於所述變換器為全橋拓撲功率變換單元，所述全橋拓撲功率變換單元包括4個電子開關器件和1個直流母線電容，所述4個電子開關器件組成全橋，全橋設有P、N、A、B端，所述全橋的P、N端與直流母線電容連接，全橋的A、B端為功率模塊輸出。本發明具有開關損耗小、輸出能力高、承受電壓低、可靠性高、輸出電流紋波小的優點。
文檔編號H02J3/18GK102593836SQ20121004232
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者劉金虹, 張寧, 王華東, 王鴻雁, 郭佳佳 申請人:山東德佑電氣有限公司