图2是四象限整流方案结构图。
[0020] 图3是包含本发明复合电路的VFD系统结构示意图。
[0021] 图4是常用并联型APF系统框图。
[0022] 图5是应用本发明电路的系统结构框图。
[0023] 图6是并联型有源电力滤波器等效电路。
[0024] 图7a是APF工作状态结构图。
[0025] 图7b是能量反馈工作状态结构图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
[0027] 考虑到在钻井平台中存在大量的电力电子设备，而这些设备会产生大量的谐波， 所以为了改善电网的电能质量，有源电力滤波器是必须要使用的。但同时该电网中存在大 量的绞车设备，这些设备在减速过程中，绞车是处于发电状态的。发出来的电，经和IGBT管 反向并联的续流二极管全波整流后反馈给直流电路，使直流电压上升，会损坏直流母线上 的设备。为解决钻机平台电网中主要存在的这两个主要问题，采用了一种有源滤波及能量 反馈制动结构。
[0028] 如图3所示，本发明复合电路包括整流单元M1、有源滤波及无功补偿单元（APF单 元）M2和钳位电路，整流单元Ml与有源滤波及无功补偿单元M2在交流侧直接相连，并通过 钳位电路在直流侧连接，钳位电路连接在有源滤波及无功补偿单元M2与直流母线之间，为 能量从绞车负载向有源滤波单元传输提供回路。
[0029] 整流单元M2采用不可控整流电路实现。钳位电路采用二极管D实现，二极管D的 正极连接直流正母线，负极连接有源滤波及无功补偿单元M2的直流正端，有源滤波及无功 补偿单元M2的直流负端连接直流负母线。有源滤波及无功补偿单元M2采用三相三线有源 滤波电路实现，由连接在交流侧的电感、6个反并联二极管的IGBT组成的逆变桥和连接在 直流母线两端的高压电容组成。
[0030] 图4是常用并联型APF系统结构框图，图5是应用本发明电路的系统结构框图。对 比这两框图可知，本发明的电路较常见的有源电力滤波器的电路，增加了钳位电路。当U1 大于U2时，二极管D反偏，母线电压不影响APF侧直流电压，此时电路工作于APF状态；当 U1小于U2时，二极管D导通，直流侧多余的能量通过有源滤波及无功补偿单元M2泄放，从 而降低对整流电路的冲击，此时本发明电路工作于能量反馈状态。
[0031] 对于并联型有源电力滤波器，其等效电路图如图6所示，而电压型变流器所产生 的补偿电流满足下面的等式，BP
[0032]
[0033] 式中、⑴士⑴和Uc;(t)分别为补偿电流，系统电压和有源电力滤波器逆变器的 输出电压，而L、R分别为等效电感和电阻，通常情况下，等效电阻很小，因此可以忽略。所示 上式可近似为：
[0034]
[0035] 因此，有源电力滤波器产生的补偿电流的大小主要取决于逆变器输出电压ue(t) 的大小。而当输出电感的值一定的情况下，为了增强电流的跟踪能力，只能提高逆变器的输 出电压，而该值的大小与直流的电压大小成正比，故可知电容两端电压的越高，有源电力滤 波器输出电流跟踪能力也越强。故使二极管负极电压U1稍大于整流器输入电压的峰值。
[0036] 本发明复合电路可工作在两种工作状态：
[0037] APF状态，此时Ul > U2,电路主要用来补偿谐波电流，提高系统功率因数，其等效 结构图如图7a所示；
[0038] 能量反馈状态，此时U2彡U1，直流母线上多余的能量通过APF单元（工作于逆变 状态），反馈到输入电源侧，给电网上其它交流负载使用，该状态等效结构图如图7b所示。
[0039] 因此，本发明有源滤波及能量反馈制动电路具有很强的实用性。
【主权项】
1. 一种集成了整流、有源滤波和能量反馈制动功能的复合电路，其特征在于包括整流 单元(Ml )、有源滤波及无功补偿单元(M2)和钳位电路，整流单元(Ml)与有源滤波及无功补 偿单元(M2)在交流侧直接相连，并通过钳位电路在直流侧连接，钳位电路连接在有源滤波 及无功补偿单元(M2)与直流母线之间，为能量反馈提供回路。2. 如权利要求1所述的集成了整流、有源滤波和能量反馈制动功能的复合电路，其特 征在于所述整流单元(Ml)采用不可控整流电路实现。3. 如权利要求1所述的集成了整流、有源滤波和能量反馈制动功能的复合电路，其特 征在于钳位电路采用二极管实现，二极管的正极连接直流正母线，负极连接有源滤波及无 功补偿单元(M2)的直流正端，有源滤波及无功补偿单元(M2)的直流负端连接直流负母线。4. 如权利要求1所述的集成了整流、有源滤波和能量反馈制动功能的复合电路，其特 征在于有源滤波及无功补偿单元（M2)采用三相三线有源滤波电路实现。5. 如权利要求1所述的集成了整流、有源滤波和能量反馈制动功能的复合电路，其特 征在于该电路有两种工作状态： APF状态：此时Ul > U2,其中Ul为钳位电路负极电压，U2为钳位电路正极电压，电路 主要用来补偿谐波电流，提高系统功率因数； 能量反馈状态：此时U2多U1，直流母线上多余的能量通过有源滤波及无功补偿单元 (M2)反馈到输入电源侧，给电网上其它交流负载使用。
【专利摘要】本发明公开一种集成了整流、有源滤波和能量反馈制动等功能的复合电路及其控制方法，包括整流单元、有源滤波及无功补偿单元、钳位电路，整流单元与有源滤波及无功补偿单元在交流侧直接相连，并通过钳位电路在直流侧连接，钳位电路连接在有源滤波及无功补偿单元与直流母线之间，为能量从制动负载经有源滤波单元回馈电网提供回路。本发明可对钻井平台电网中的谐波电流进行较好的补偿，还解决了绞车下降时所产生的过电压影响，反馈负载制动能量到电网，节能效率高。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/18, H02J3/01
【公开号】CN104882889
【申请号】CN201510307423
【发明人】刘韬, 周细文, 章辉, 谈浩楠
【申请人】江苏同芯电气科技有限公司, 周细文
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月5日