CN103208801A - 一种适用于中压系统的apf主电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于中压系统的APF主电路，包括有三个单相H桥逆变器、连接电抗器、系统接入开关；单相H桥逆变器的两个桥臂的上、下端分别连接到一起，三个单相H桥逆变器的其中一个桥臂的输出端分别连接到一个连接电抗器的一端，通过三个连接电抗器的另一端构成了三相逆变器的三相输出端；三个单相H桥逆变器的另一个桥臂的输出端保持悬空，构成三相逆变器的中性点；三相逆变器的三相输出端分别连接到一个系统接入开关的一端，三个系统接入开关的另一端分别与系统电源相连接。本发明能实现对中压系统各相谐波电流的解耦控制和分相补偿；工作电压范围宽，直流电压利用率高，对开关器件耐压值水平要求不高。

Description

一种适用于中压系统的APF主电路
技术领域
本发明涉及动态电能质量补偿技术领域，具体涉及一种适用于中压系统的APF主电路。
背景技术
谐波抑制是电力系统安全可靠运行的重要保障。电力系统中的谐波电流通常会引起串联谐振或并联谐振，引起谐波放大，导致危险的过电压和过电流；在发用电设备中，以及输配电线路上造成额外的附加损耗，降低发电，输、配电及用电的效率；造成电压谐波影响其他设备的正常工作；并干扰其通讯系统，降低信号的传输质量。
APF也称为有源电力滤波器，可实现电网中谐波的连续和动态补偿。传统中压系统的APF主电路通常采用三相桥式两电平结构，存在直流电压利用率低、对开关器件耐压水平要求较高、成本过大等不足。
APF（有源电力滤波器）是解决中低压配电系统动态谐波抑制的最有效手段，它是基于电流检测和电流注入技术的大功率电力电子装置。与传统滤波装置PF（无源电力滤波器）只能抑制特定次谐波电流相比，APF实现了连续补偿和良好的自适应性，可对频率和大小都变化的谐波进行补偿；具有高度可控性和快速响应性，对补偿对象的变化有极快的响应；受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；且可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。
传统APF主电路为三相桥式两电平结构，应用于中压系统，存在以下不足：中压系统下对开关器件要求有较大的耐压值、直流电压利用率不高、输出谐波特性不如三电平、相应地配套更大的电抗器，从而增加成本。因此，完全有必要采用一种适用于中压系统的新型APF主电路。
发明内容
本发明提供了一种适用于中压系统的APF主电路，所采用的三相H桥逆变器的工作电压范围是传统三相桥式逆变器的两倍，可以用较低耐压水平的IGBT器件来实现中压系统的补偿，同时逆变器输出电压波形具有三电平的特性。
本发明采用的技术方案是：
一种适用于中压系统的APF主电路，其特征在于：包括有三个单相H桥逆变器、三个连接电抗器、三个系统接入开关，所述单相H桥逆变器包括有两个桥臂和一个直流电容C，单相H桥逆变器的两个桥臂的上、下端分别连接到一起，形成单相H桥逆变器的直流母线，上端的直流母线为正极母线，下端的直流母线为负极母线，所述直流电容C按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间；三个单相H桥逆变器的其中一个桥臂的输出端分别连接到一个连接电抗器的一端，通过三个连接电抗器的另一端构成了三相逆变器的三相输出端；三个单相H桥逆变器的另一个桥臂的输出端保持悬空，构成三相逆变器的中性点；三相逆变器的三相输出端分别连接到一个系统接入开关的一端，三个系统接入开关的另一端分别与系统电源相连接。
所述的一种适用于中压系统的APF主电路，其特征在于：所述的单相H桥逆变器的两个桥臂分别由上、下两个IGBT器件及其反并联二极管串联而成，上、下两个IGBT器件的连接点为桥臂的输出端。
所述的一种适用于中压系统的APF主电路，其特征在于：所述三相逆变器的输出电压波形为三电平，与传统三相桥式电路的两电平结构相比，可以选用较小的电抗器和较低的开关频率满足动态谐波补偿的要求。
本发明的电路可以采用单极性倍频调制方式，主电路拓扑结构三相完全对称，可以实现三相系统各相谐波电流的分相补偿和解耦控制。
本发明的电路直流电压利用率是传统三相桥式电路的两倍，可以选用较低耐压水平的IGBT器件满足于中压系统的电压等级。
本发明的优点在于：
本发明能实现对中压系统各相谐波电流的解耦控制和分相补偿；工作电压范围宽，直流电压利用率高，对开关器件耐压值水平要求不高；逆变器输出电压波形为三电平，无需额外无源滤波装置，就能保证注入系统的谐波满足国家标准；具有良好的动态性能，同时能够对谐波电流进行有效地补偿，保证电网安全稳定运行。
附图说明
图1一种适用于中压系统的APF主电路结构图。
图2一种适用于中压系统的APF主电路工作原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于中压系统的APF主电路，包括有三个单相H桥逆变器1、三个连接电抗器2、三个系统接入开关3，单相H桥逆变器1包括有两个桥臂和一个直流电容C，单相H桥逆变器1的两个桥臂的上、下端分别连接到一起，形成单相H桥逆变器1的直流母线，上端的直流母线为正极母线，下端的直流母线为负极母线，直流电容C按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间；三个单相H桥逆变器1的其中一个桥臂的输出端分别连接到一个连接电抗器2的一端，通过三个连接电抗器2的另一端构成了三相逆变器的三相输出端；三个单相H桥逆变器1的另一个桥臂的输出端保持悬空，构成三相逆变器的中性点；三相逆变器的A、B、C三相输出端分别连接到一个系统接入开关3的一端，三个系统接入开关3的另一端分别与系统电源N相连接，即三相逆变器的A、B、C三相输出端通过系统接入开关3与系统交流母线连接到一起。
单相H桥逆变器1的两个桥臂分别由上、下两个IGBT器件及其反并联二极管串联而成，上、下两个IGBT器件的连接点为桥臂的输出端。
三相逆变器的输出电压波形为三电平，与传统三相桥式电路的两电平结构相比，可以选用较小的电抗器和较低的开关频率满足动态谐波补偿的要求。
本发明提出的一种适用于中压系统的APF主电路的工作原理如附图2所示，通过基于DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列)、采用SPWM(正弦波脉宽调制)控制策略的控制电路实现连续和动态谐波补偿。控制电路采样系统电压，锁相处理后作为同步信号，通过电压电流双闭环控制，电压外环采用PI（比例积分）控制保证三相直流电压稳定，电流内环采用P（比例）控制实现谐波电流的闭环跟踪控制，经双闭环调节输出的调制信号与FPGA产生的高频三角波信号进行比较，产生SPWM脉冲信号，经过驱动放大电路到H桥逆变器的对应控制端进行控制。

Claims (3)

1.一种适用于中压系统的APF主电路，其特征在于：包括有三个单相H桥逆变器、三个连接电抗器、三个系统接入开关，所述单相H桥逆变器包括有两个桥臂和一个直流电容C，单相H桥逆变器的两个桥臂的上、下端分别连接到一起，形成单相H桥逆变器的直流母线，上端的直流母线为正极母线，下端的直流母线为负极母线，所述直流电容C按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间；三个单相H桥逆变器的其中一个桥臂的输出端分别连接到一个连接电抗器的一端，通过三个连接电抗器的另一端构成了三相逆变器的三相输出端；三个单相H桥逆变器的另一个桥臂的输出端保持悬空，构成三相逆变器的中性点；三相逆变器的三相输出端分别连接到一个系统接入开关的一端，三个系统接入开关的另一端分别与系统电源相连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于中压系统的APF主电路，其特征在于：所述的单相H桥逆变器的两个桥臂分别由上、下两个IGBT器件及其反并联二极管串联而成，上、下两个IGBT器件的连接点为桥臂的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种适用于中压系统的APF主电路，其特征在于：所述三相逆变器的输出电压波形为三电平。
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