专利名称：五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法
技术领域：
本发明涉及一种五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法，适 用于高可靠性要求的各种中、大功率用电系统，属于电力谐波抑制技术领域。
背景技术：
由于电力电子装置的应用日益广泛，使得谐波和无功问题引起人们越来越多的 关注。同时，也正是由于电力电子的飞速发展，在谐波抑制与无功补偿方面也取得了一 些突破性的进展。抑制电网中的谐波、提高装置的功率因数成为电力电子和电力系统等 研究领域所面临的一个重大课题。
目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。其基于电力电子装 置，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，既 可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可以对多个谐波和无功源集中补偿，因而收到了 广泛的重视。在有源电力滤波器的各种类型中，占主导地位的是并联型有源电力滤波 器，迄今为止并联型有源电力滤波器发展了多种拓扑方式，基本组成单元主要采用双开 关管串联的半桥或全桥结构。
根据现有研究表明为了保证有源电力滤波器具备良好的补偿特性，有必要尽 可能提高开关频率。但是在大功率背景下，开关器件首先面对的就是功率高低和工作频 率大小间的直接矛盾；同时，保证大功率有源电力滤波系统运行的安全可靠性也尤为重 要，例如在航空电源系统中，有源滤波器的可靠性直接决定航空供电系统的可靠性，对 飞机的安全运行十分重要。
为了缓解开关器件在功率等级和开关频率间的矛盾，提高电力电子装置对大功 率的处理能力，人们对电力电子装置及其控制手段进行了大量的探索研究，其最具代表 性的科研成果是多重化技术、相移SPWM组合变流器以及五电平变流器等。其基本思想 均是采用多个相同或相似模块(开关器件)构建成新的电力电子装置，对应一定的控制 手段，减轻单开关器件的功率压力。
为了保证大功率有源电力滤波系统运行的安全可靠性，特别是高频情况下，往 往在控制上作出调整，如增大死区时间，降低开关频率等，其不仅影响有源电力滤波器 的补偿性能，而且并没有从根本上解决桥臂直通的隐患问题。
因此，如何在尽可能少的增加成本的前提下，既不损失有源电力滤波器滤波特 性，又能从根本上解决有源电力滤波系统安全可靠性隐患，通过对有源电力滤波器的电 路拓扑和控制策略的改进以达到谐波抑制和无功补偿的目的，对有源电力滤波器的发展与应用有重要意义。发明内容
本发明的所要解决的技术问题是针对存在电能污染的单相、三相大功率电网， 实现高可靠性大容量的谐波及无功滤除功能，避免桥臂直通等不可靠的安全隐患，提出一种五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法，克服半桥结构的并联型 有源滤波器补偿能力不足，有效利用直流侧电容电压，降低各功率器件电压等级，并且 提高有源电力滤波器的谐波补偿特性。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案一种五电平双降压并联有源电力滤波器，包括第一模块和第二模块，所述第一模块 包括交流侧第一双电感以及在直流侧相互并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一 电容；所述第二模块包括交流侧第二双电感以及在直流侧相互并联的第四桥臂、第五桥 臂、第六桥臂、第二电容；其中，所述第一桥臂、第二桥臂、第四桥臂、第五桥臂均分别包括相互串联的单功率管和 一个二极管；其中第一桥臂、第四桥臂中，单功率管的源极与二极管的阴极连接；第二 桥臂、第五桥臂中，单功率管的漏极与二极管的阳极连接；所述第三桥臂、第六桥臂均分别包括两个相互串联的功率管，其中上功率管的源极 与下功率管的漏极连接；所述第三桥臂的中点与第六桥臂的中点相连接；所述第一双电感、第二双电感均分别由两个相互连接的电感组成；其中第一双电感 的两个电感分别与所述第一桥臂、第二桥臂的中点连接；第二双电感的两个电感分别与 所述第四桥臂、第五桥臂的中点连接；第一双电感中两个电感的连接点、第二双电感中两个电感的连接点分别与电网的第 一母线、第二母线相连接。
进一步的，前述的五电平双降压并联有源电力滤波器，所述第一桥臂包括第一功率管、第一二极管，第二桥臂包括第二功率管、第二二极 管，第三桥臂包括第三功率管、第四功率管；其中，第一功率管的漏极、第二二极管的阴极、第三功率管的漏极以及第一电容的一端分 别与第一直流正母线相连接；第一二极管的阳极、第二功率管的源极、第四功率管的源极以及第一电容的另一端 分别与第一直流负母线相连接；所述第四桥臂包括第五功率管、第三二极管，第五桥臂包括第六功率管、第四二极 管，第六桥臂包括第七功率管、第八功率管；其中，第五功率管的漏极、第四二极管的阴极、第七功率管的漏极以及第二电容的一端分 别与第二直流正母线相连接；第三二极管的阳极、第六功率管的源极、第八功率管的源极以及第二电容的另一端 分别与第二直流负母线相连接。
交流侧第一双电感由第一电感、第二电感组成，其中第一电感的一端与第二电 感的一端相连后与电网的第一母线连接，第一电感的另一端分别与第一桥臂中第一功率 管的源极和第一二极管的阴极相连，第二电感的另一端分别与第二桥臂中第二功率管的 漏极和第二二极管的阳极相连；交流侧第二双电感由第三电感、第四电感组成，其中第三电感的一端与第四电感的 一端相连后与电网的第二母线连接，第三电感的另一端与第四桥臂中第五功率管的源极 和第三二极管的阴极相连，第四电感的另一端与第五桥臂中第六功率管的漏极和第四二极管的阳极相连。
第三桥臂中第三功率管的源极、第四功率管的漏极分别与第六桥臂中第七功率 管的源极、第八功率管的漏极相连接，作为所述第一模块和所述第二模块的连接点。
一种五电平双降压并联有源电力滤波器的双频半波控制方法，包括以下步骤 A，采用现有谐波及无功检测方法提取谐波及无功电流，作为电流控制的参考信号；B，检测补偿电流信号，将其与参考信号比较后经过电流控制器输出调制信号； C，将电流控制器输出调制信号分别与相位差为180°的两个高频三角载波进行 SPWM调制，分别得到两组互补的高频SPWM控制信号，其中第一组互补的高频SPWM 控制信号第一高频控制信号、第二高频控制信号；第二组互补的高频SPWM控制信 号第三高频控制信号、第四高频控制信号；D,采用过零比较器将参考信号与0进行比较，获得对应参考信号正负极性的一组互 补的低频SPWM信号第一低频控制信号、第二低频控制信号；E，将第一高频控制信号、第三高频控制信号分别与第一低频控制信号经过逻辑与门 得到第一桥臂中功率管的高频控制信号和第五桥臂中功率管的高频控制信号，以确保补 偿电流小于0时，仅控制第一桥臂的功率管和第五桥臂的功率管；F，将第二高频控制信号、第四高频控制信号分别与第二低频控制信号经过逻辑与门 得到第二桥臂的功率管的高频控制信号和第四桥臂的功率管的高频控制信号，以确保补 偿电流大于0时，仅控制第二桥臂的功率管和第四桥臂的功率管；G，检测电网电压，采用过零比较器将其与0进行比较，获得对应其正负极性的一组 互补的低频SPWM信号第一电压低频控制信号与第二电压低频控制信号；将第一电压低频控制信号分别作为第三桥臂的A功率管、第六桥臂的B功率管的控 制信号；将第二电压低频控制信号分别作为第三桥臂的B功率管、第六桥臂的A功率管的控 制信号；当电网电压大于0时，长开通第三桥臂的A功率管、第六桥臂的B功率管，闭合第 三桥臂的B功率管、第六桥臂的A功率管；当电网电压小于0时，前述的方式调换； H，将各个桥臂中的功率管的控制信号分别经过对应的驱动电路获得对应的驱动信号。
本发明还包括另一种五电平双降压并联有源电力滤波器，包括第一模块和第二 模块，所述第一模块包括交流侧第一双电感以及在直流侧相互并联的第一桥臂、第二桥 臂、第三桥臂、第一电容；所述第二模块包括交流侧第二双电感以及在直流侧相互并联 的第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第二电容；其中，所述第一桥臂、第二桥臂、第四桥臂、第五桥臂均分别包括相互串联的单功率管和 一个二极管；其中第一桥臂、第四桥臂中，单功率管的源极与二极管的阴极连接；第二 桥臂、第五桥臂中，单功率管的漏极与二极管的阳极连接；所述第三桥臂、第六桥臂均分别包括两个相互串联的功率管，其中上功率管的源极 与下功率管的漏极连接；所述第一双电感、第二双电感均分别由两个相互连接的电感组成；其中第一双电感8的两个电感分别与所述第一桥臂、第二桥臂的中点连接；第二双电感的两个电感分别与 所述第四桥臂、第五桥臂的中点连接；所述第三桥臂的中点与第二双电感中两个电感的连接点相连接；所述第一双电感中 两个电感的连接点、第六桥臂的中点分别与电网的两条母线相连接。
进一步的，前述的五电平双降压并联有源电力滤波器，所述第一桥臂包括第一 功率管、第一二极管，第二桥臂包括第二功率管、第二二极管，第三桥臂包括第三功率 管、第四功率管；其中，第一功率管的漏极、第二二极管的阴极、第三功率管的漏极以及第一电容的一端分 别与第一直流正母线相连接；第一二极管的阳极、第二功率管的源极、第四功率管的源极以及第一电容的另一端 分别与第一直流负母线相连接；所述第四桥臂包括第五功率管、第三二极管，第五桥臂包括第六功率管、第四二极 管，第六桥臂包括第七功率管、第八功率管；其中，第五功率管的漏极、第四二极管的阴极、第七功率管的漏极以及第二电容的一端分 别与第二直流正母线相连接；第三二极管的阳极、第六功率管的源极、第八功率管的源极以及第二电容的另一端 分别与第二直流负母线相连接。
交流侧第一双电感由第一电感、第二电感组成，其中第一电感的一端与第二电 感的一端相连后与电网的第一母线连接，第一电感的另一端分别与第一桥臂中第一功率 管的源极和第一二极管的阴极相连，第二电感的另一端分别与第二桥臂中第二功率管的 漏极和第二二极管的阳极相连；交流侧第二双电感由第三电感、第四电感组成，其中第三电感的一端与第四电感 的一端相连，第三电感的另一端分别与第四桥臂中第五功率管的源极和第三二极管的阴 极相连，第四电感的另一端分别与第五桥臂中第六功率管的漏极和第四二极管的阳极相 连。
第三桥臂中第三功率管的源极、第四功率管的漏极分别与第二双电感中两个电 感的连接点相连接，作为所述第一模块和所述第二模块的连接点；第六桥臂中第七功率管的源极、第八功率管的漏极分别与电网的第二母线相连接。
一种前述五电平双降压并联有源电力滤波器的双频半波控制方法，包括以下步 骤步骤a，采用现有谐波及无功检测方法提取谐波及无功电流，作为电流控制的参考信号；步骤b，检测补偿电流信号，将其与参考信号比较后经过电流控制器输出调制信号；步骤c，将电流控制器输出调制信号分别与相位差为180°的两个高频三角载波进行 SPWM调制，分别得到两组互补的高频SPWM控制信号，其中第一组互补的高频SPWM 控制信号第一高频控制信号、第二高频控制信号；第二组互补的高频SPWM控制信 号第三高频控制信号、第四高频控制信号；步骤d，采用过零比较器将参考信号与0进行比较，获得对应参考信号正负极性的一组互补的低频SPWM信号第一低频控制信号、第二低频控制信号；步骤e，将第一高频控制信号、第三高频控制信号分别与第一低频控制信号经过逻辑 与门得到第一桥臂中功率管的高频控制信号和第四桥臂中功率管的高频控制信号，以确 保补偿电流小于0时，仅控制第一桥臂的功率管和第四桥臂的功率管；步骤f，将第二高频控制信号、第四高频控制信号分别与第二低频控制信号经过逻辑 与门得到第二桥臂的功率管的高频控制信号和第五桥臂的功率管的高频控制信号，以确 保补偿电流大于0时，仅控制第二桥臂的功率管和第五桥臂的功率管；步骤g，检测电网电压，采用过零比较器将其与0进行比较，获得对应其正负极性的 一组互补的低频SPWM信号第一电压低频控制信号与第二电压低频控制信号；将第一电压低频控制信号分别作为第三桥臂的A功率管、第六桥臂的A功率管的控 制信号；将第二电压低频控制信号分别作为第三桥臂的B功率管、第六桥臂的B功率管的控 制信号；当电网电压大于0时，长开通第三桥臂的A功率管、第六桥臂的A功率管，闭合第 三桥臂的B功率管、第六桥臂的B功率管；当电网电压小于0时，前述的方式调换； 步骤h，将各个桥臂中的功率管的控制信号分别经过对应的驱动电路获得对应的驱动信号。
本发明采用上述技术方案具有如下有益效果1、相对于传统桥式有源电力滤波器控制方法，单功率管桥臂采用高频控制，双功 率管桥臂采用低频控制，能有效降低桥臂直通的危险，从而提高有源电力滤波系统的可 靠性；2、相对于传统桥式有源电力滤波器，能分别优化功率开关管和功率二极管，从而降 低开关损耗，为进一步提高开关频率创造条件，以便提高滤波器谐波补偿特性；3、相对于半桥并联型有源电力滤波器，能够完全利用直流侧电容电压，提高有源滤 波器的补偿特性，可应用于大容量场合。
4、相对传统桥式有源电力滤波器，采用双模块组合形式结构，实际开关频率相 对低，等效开关频率高，开关损耗小，能广泛用于单相或三相电网系统的谐波治理。
图1是本发明的双降压五电平并联有源电力滤波器并联式结构示意图。
图中标号I 一第一模块，II一第二模块，1 一第一直流正母线，2—第一直流 负母线，3—第二直流正母线，4一第二直流负母线。
图2是本发明的对应双降压五电平并联有源电力滤波器的并联式双频半波控制 方法图。
图3是本发明并联式双频半波控制方法的控制逻辑时序图以及桥臂中点输出电 压波形。
图4是本发明的双降压五电平并联有源电力滤波器串联式结构示意图。
图5是本发明的对应双降压五电平并联有源电力滤波器的串联式双频半波控制 方法图。
图6是本发明应用于115V/400HZ电网的电网电流、电网电压、负载电流以及补偿电流的仿真波形。
具体实施方案下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述实施例1 附图1是本发明的双降压五电平并联有源电力滤波器并联式结构示意图。
一种双降压五电平并联有源电力滤波器并联式结构，包括第一模块I和第二模 块II，其中，第一模块I包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、直流侧第一电容以及交 流侧第一并联双电感；其中，第一桥臂由第一功率管31源极与第一二极管D1阴极相连而 成；第二桥臂由第二功率管&漏极与第二二极管D2阳极相连而成；第三桥臂由第三功率 管&源极与第四功率管&漏极相连而成；第一桥臂中第一功率管S1漏极、第二桥臂中第 二二极管D2阴极、第三桥臂中第三功率管&漏极以及第一电容C1的一端均接入第一直 流正母线1;第一桥臂中第一二极管D1阳极、第二桥臂中第二功率管&源极、第三桥臂 中第四功率管&源极以及第一电容C1的另一端均接入第一直流负母线2 ；交流侧第一并 联双电感由第一电感L1 一端与第二电感1^2的一端相连而成，第一电感L1另一端与第一桥 臂中第一功率管31源极和第一二极管D1阴极相连，第二电感1^2的另一端与第二桥臂中第 二功率管&漏极和第二二极管D2阳极相连；所述第二模块II包括第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、直流侧第二电容以及交流侧 第二并联双电感；其中，第四桥臂由第五功率管S5源极与第三二极管D3阴极相连而成； 第五桥臂由第六功率管&漏极与第四二极管D4阳极相连而成；第六桥臂由第七功率管已7 源极与第八功率管&漏极相连而成；第四桥臂中第五功率管S5漏极、第五桥臂中第四二 极管D4阴极、第六桥臂中第七功率管S7漏极以及第二电容C2的一端均接入第二直流正 母线3;第四桥臂中第三二极管D3阳极、第五桥臂中第六功率管&源极、第六桥臂中第 八功率管&源极以及第二电容C2的另一端均接入第二直流负母线4 ；交流侧第二并联双 电感由第三电感“ 一端与第四电感“的一端相连而成，第三电感“另一端与第四桥臂中 第五功率管S5源极和第三二极管D3阴极相连，第四电感L4的另一端与第五桥臂中第六功 率管&漏极和第四二极管D4阳极相连；第三桥臂中第三功率管&源极、第四功率管&漏极与第六桥臂中第七功率管S7源 极、第八功率管&漏极均相连，作为第一模块I和第二模块II连接点；第一电感、与第 二电感L2的连接点、第三电感“与第四电感L4的连接点分别作为有源电力滤波器与电网 的连接点A、N；图2是本发明对应图1所示并联式结构的双降压五电平并联有源电力滤波器的双频半 波控制方法图，包括以下步骤利用现有谐波及无功检测技术提取谐波及无功电流 ，作为电流控制的参考信号；检测补偿电流信号％，将其与参考信号6比较后经过电流控制器P输出调制信号；将电流控制器P输出调制信号分别与相位差为180°的两个高频三角载波进行SPWM 调制，得到两组互补的高频SPWM控制信号JC1与&、丫工与义；将参考信号 与0进行比较，获得对应‘正负极性的一组互补的低频SPWM信号Z1与Z2;将控制信号Xp Y1分别与A经过逻辑与门得到第一功率管S1和第六功率管&的控 制信号Ap A6,以确保补偿电流‘小于0时，仅控制第一桥臂的第一功率管S1和第五桥 臂的第六功率管将控制信号&、Y2分别与Z2经过逻辑与门得到第二功率管S2和第五功率管^5的控 制信号A2、A5,以确保补偿电流ic大于0时，仅控制第二桥臂的第二功率管民和第四桥 臂的第五功率管S5;检测电网电压，将其与0进行比较，获得对应其正负极性的一组互补的低频SPWM信号W1与W2,即分别为第三桥臂和第六桥臂的第三、八功率管&、&和第四、 七功率管&、S7的控制信号；电网电压大于0时，长开通第三、八功率管&、S8,闭合 第四、七功率管&、S7;反之，长开通第四、七功率管S4、S7,闭合第三、八功率管&、 Ss ；将高频控制信号Ap A2, A6, A5和低频控制信号Wp W2分别经过对应的驱动电路 获得第一功率管Sp第二功率管&、第六功率管&、第五功率管S5、第三功率管&与第 八功率管&、第四功率管&与第七功率管S7的驱动信号；图3是本发明并联式双频半波控制方法的控制逻辑时序图以及桥臂中点输出电压波形。
实施例2 图4是本发明的双降压五电平并联有源电力滤波器串联式结构示意图。
一种五电平双降压并联有源电力滤波器串联式结构，包括第一模块I和第二模 块II，其与五电平双降压并联有源电力滤波器并联式结构的不同仅在于第一模块I和 第二模块II的连接形式以及有源电力滤波器与电网的连接点；第三桥臂中第三功率管&源极、第四功率管&漏极与第二并联双电感中第三电感L3 与第四电感L4的连接点均相连，作为第一模块I和第二模块II连接点；第一电感、和第 二电感L2的连接点、第六桥臂中第七功率管S7源极和第八功率管&漏极的连接点分别作 为有源电力滤波器与电网的连接点A、N；图5是本发明对应图4所示串联式结构的双降压五电平并联有源电力滤波器的双频半 波控制方法图。
串联式双频半波控制方法，与图2所示的并联式控制方法的不同仅在于驱动 信号对应的功率管顺序；将高频控制信号Ap A2, A5, A6和低频控制信号Wp W2分别经过对应的驱动电路 获得第一功率管Sp第二功率管&、第五功率管S5、第六功率管&、第三功率管&与第 七功率管S7、第四功率管&与第八功率管&的驱动信号；在MATLAB软件环境下，对本发明建立了仿真模型，并进行了波形分析。图6是 本发明应用于115V/40(mZ电网的电网电流、电网电压、负载电流以及补偿电流的仿真波 形。通过仿真发现本发明的电路拓扑具有良好的谐波补偿特性，电网电流经过补偿后不 含有谐波和无功分量，电网电流THD约为1%，仿真结果表明本发明能够较好实现电 网谐波治理，提高了有源电力滤波系统的运行可靠性。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神 和权力要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种五电平双降压并联有源电力滤波器，其特征在于包括第一模块(I)和第 二模块(II)，所述第一模块(I)包括交流侧第一双电感以及在直流侧相互并联的第 一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电容；所述第二模块(II)包括交流侧第二双电感 以及在直流侧相互并联的第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第二电容；其中，所述第一桥臂、第二桥臂、第四桥臂、第五桥臂均分别包括相互串联的单功率管和 一个二极管；其中第一桥臂、第四桥臂中，单功率管的源极与二极管的阴极连接；第二 桥臂、第五桥臂中，单功率管的漏极与二极管的阳极连接；所述第三桥臂、第六桥臂均分别包括两个相互串联的功率管，其中上功率管的源极 与下功率管的漏极连接；所述第三桥臂的中点与第六桥臂的中点相连接；所述第一双电感、第二双电感均分别由两个相互连接的电感组成；其中第一双电感 的两个电感分别与所述第一桥臂、第二桥臂的中点连接；第二双电感的两个电感分别与 所述第四桥臂、第五桥臂的中点连接；第一双电感中两个电感的连接点、第二双电感中两个电感的连接点分别与电网的第 一母线、第二母线相连接。
2.根据权利要求1所述的五电平双降压并联有源电力滤波器，其特征在于所述第一桥臂包括第一功率管(S1)、第一二极管(D1)，第二桥臂包括第二功率 管(S2)、第二二极管(D2)，第三桥臂包括第三功率管(S3)、第四功率管(S4)； 其中，第一功率管(S1)的漏极、第二二极管(D2)的阴极、第三功率管(S3)的漏极以 及第一电容(C1)的一端分别与第一直流正母线(1)相连接；第一二极管(D1)的阳极、第二功率管(S2)的源极、第四功率管(S4)的源极以 及第一电容(C1)的另一端分别与第一直流负母线(2)相连接；所述第四桥臂包括第五功率管(S5)、第三二极管(D3)，第五桥臂包括第六功率 管(S6)、第四二极管(D4)，第六桥臂包括第七功率管(S7)、第八功率管(S8)； 其中，第五功率管(S5)的漏极、第四二极管(D4)的阴极、第七功率管(S7)的漏极以 及第二电容(C2)的一端分别与第二直流正母线(3)相连接；第三二极管(D3)的阳极、第六功率管(S6)的源极、第八功率管(S8)的源极以 及第二电容(C2)的另一端分别与第二直流负母线(4)相连接；交流侧第一双电感由第一电感(L1)、第二电感(L2)组成，其中第一电感(L1) 的一端与第二电感(L2)的一端相连后与电网的第一母线连接，第一电感(L1)的另一 端分别与第一桥臂中第一功率管(S1)的源极和第一二极管(D1)的阴极相连，第二电 感(L2)的另一端分别与第二桥臂中第二功率管(S2)的漏极和第二二极管(D2)的阳 极相连；交流侧第二双电感由第三电感(L3)、第四电感(L4)组成，其中第三电感(L3) 的一端与第四电感(L4)的一端相连后与电网的第二母线连接，第三电感(L3)的另一 端与第四桥臂中第五功率管(S5)的源极和第三二极管(D3)的阴极相连，第四电感 (L4)的另一端与第五桥臂中第六功率管(S6)的漏极和第四二极管(D4)的阳极相连；第三桥臂中第三功率管(S3)的源极、第四功率管(S4)的漏极分别与第六桥臂中 第七功率管(S7)的源极、第八功率管(S8)的漏极相连接，作为所述第一模块(I) 和所述第二模块(II)的连接点。
3.一种基于权利要求1所述的五电平双降压并联有源电力滤波器的双频半波控制方 法，其特征在于，包括以下步骤A，采用现有谐波及无功检测方法提取谐波及无功电流( )，作为电流控制的参考信号；B，检测补偿电流信号Ue)，将其与参考信号(G)比较后经过电流控制器(P) 输出调制信号；C，将电流控制器(P)输出调制信号分别与相位差为180°的两个高频三角载波 进行SPWM调制，分别得到两组互补的高频SPWM控制信号，其中第一组互补的高频 SPWM控制信号第一高频控制信号(X1)、第二高频控制信号(X2)；第二组互补的 高频SPWM控制信号第三高频控制信号(Y1)、第四高频控制信号(Y2)；D，采用过零比较器将参考信号(ζ)与0进行比较，获得对应参考信号φ正负极性的一组互补的低频SPWM信号第一低频控制信号(Z1)、第二低频控制信号 (Z2)；Ε，将第一高频控制信号(X1)、第三高频控制信号(Y1)分别与第一低频控制信 号(Z1)经过逻辑与门得到第一桥臂中功率管的高频控制信号(A1)和第五桥臂中功率管的高频控制信号(A6)，以确保补偿电流(ie)小于0时，仅控制第一桥臂的功率管和第五桥臂的功率管；F，将第二高频控制信号(X2)、第四高频控制信号(Y2)分别与第二低频控制信 号(Z2)经过逻辑与门得到第二桥臂的功率管的高频控制信号(A2)和第四桥臂的功率管的高频控制信号(A5)，以确保补偿电流(。)大于0时，仅控制第二桥臂的功率管和第四桥臂的功率管；G，检测电网电压(J^s)，采用过零比较器将其与0进行比较，获得对应其正负极性的一组互补的低频SPWM信号第一电压低频控制信号(W1)与第二电压低频控制信号 (W2)；将第一电压低频控制信号(W1)分别作为第三桥臂的A功率管、第六桥臂的B功率 管的控制信号；将第二电压低频控制信号(W2)分别作为第三桥臂的B功率管、第六桥臂的A功率 管的控制信号；当电网电压大于0时，长开通第三桥臂的A功率管、第六桥臂的B功率管，闭合第 三桥臂的B功率管、第六桥臂的A功率管；当电网电压小于0时，前述的方式调换； H，将各个桥臂中的功率管的控制信号分别经过对应的驱动电路获得对应的驱动信号。
4.一种五电平双降压并联有源电力滤波器，其特征在于包括第一模块(I)和第二模块(II)，所述第一模块(I)包括交流侧第一双电感以及在直流侧相互并联的第 一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电容；所述第二模块(II)包括交流侧第二双电感 以及在直流侧相互并联的第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第二电容；其中，所述第一桥臂、第二桥臂、第四桥臂、第五桥臂均分别包括相互串联的单功率管和 一个二极管；其中第一桥臂、第四桥臂中，单功率管的源极与二极管的阴极连接；第二 桥臂、第五桥臂中，单功率管的漏极与二极管的阳极连接；所述第三桥臂、第六桥臂均分别包括两个相互串联的功率管，其中上功率管的源极 与下功率管的漏极连接；所述第一双电感、第二双电感均分别由两个相互连接的电感组成；其中第一双电感 的两个电感分别与所述第一桥臂、第二桥臂的中点连接；第二双电感的两个电感分别与 所述第四桥臂、第五桥臂的中点连接；所述第三桥臂的中点与第二双电感中两个电感的连接点相连接；所述第一双电感中 两个电感的连接点、第六桥臂的中点分别与电网的两条母线相连接。
5.根据权利要求4所述的五电平双降压并联有源电力滤波器，其特征在于 所述第一桥臂包括第一功率管(S1)、第一二极管(D1)，第二桥臂包括第二功率 管(S2)、第二二极管(D2)，第三桥臂包括第三功率管(S3)、第四功率管(S4)； 其中，第一功率管(S1)的漏极、第二二极管(D2)的阴极、第三功率管(S3)的漏极以 及第一电容(C1)的一端分别与第一直流正母线(1)相连接；第一二极管(D1)的阳极、第二功率管(S2)的源极、第四功率管(S4)的源极以 及第一电容(C1)的另一端分别与第一直流负母线(2)相连接；所述第四桥臂包括第五功率管(S5)、第三二极管(D3)，第五桥臂包括第六功率 管(S6)、第四二极管(D4)，第六桥臂包括第七功率管(S7)、第八功率管(S8)； 其中，第五功率管(S5)的漏极、第四二极管(D4)的阴极、第七功率管(S7)的漏极以 及第二电容(C2)的一端分别与第二直流正母线(3)相连接；第三二极管(D3)的阳极、第六功率管(S6)的源极、第八功率管(S8)的源极以 及第二电容(C2)的另一端分别与第二直流负母线(4)相连接；交流侧第一双电感由第一电感(L1)、第二电感(L2)组成，其中第一电感(L1) 的一端与第二电感(L2)的一端相连后与电网的第一母线连接，第一电感(L1)的另一 端分别与第一桥臂中第一功率管(S1)的源极和第一二极管(D1)的阴极相连，第二电 感(L2)的另一端分别与第二桥臂中第二功率管(S2)的漏极和第二二极管(D2)的阳 极相连；交流侧第二双电感由第三电感(L3)、第四电感(L4)组成，其中第三电感(L3) 的一端与第四电感(L4)的一端相连，第三电感(L3)的另一端分别与第四桥臂中第五 功率管(S5)的源极和第三二极管(D3)的阴极相连，第四电感(L4)的另一端分别与 第五桥臂中第六功率管(S6)的漏极和第四二极管(D4)的阳极相连；第三桥臂中第三功率管(S3)的源极、第四功率管(S4)的漏极分别与第二双电 感中两个电感的连接点相连接，作为所述第一模块(I)和所述第二模块(II)的连接点第六桥臂中第七功率管(S7)的源极、第八功率管(S8)的漏极分别与电网的第二 母线相连接。
6. 一种基于权利要求4所述的五电平双降压并联有源电力滤波器的双频半波控制方 法，其特征在于，包括以下步骤步骤a，采用现有谐波及无功检测方法提取谐波及无功电流( )，作为电流控制的参考信号；步骤b，检测补偿电流信号(￥)，将其与参考信号(4)比较后经过电流控制器 (P)输出调制信号；步骤c，将电流控制器(P)输出调制信号分别与相位差为180°的两个高频三角载 波进行SPWM调制，分别得到两组互补的高频SPWM控制信号，其中第一组互补的高频 SPWM控制信号第一高频控制信号(X1)、第二高频控制信号(X2)；第二组互补的 高频SPWM控制信号第三高频控制信号(Y1)、第四高频控制信号(Y2)；步骤d，采用过零比较器将参考信号(ζ)与0进行比较，获得对应参考信号( )正负极性的一组互补的低频SPWM信号第一低频控制信号(Z1)、第二低频控制信号 (Z2)；步骤e，将第一高频控制信号(X1)、第三高频控制信号(Y1)分别与第一低频控 制信号(Z1)经过逻辑与门得到第一桥臂中功率管的高频控制信号(A1)和第四桥臂中功率管的高频控制信号(A5)，以确保补偿电流(ic)小于0时，仅控制第一桥臂的功率管和第四桥臂的功率管；步骤f，将第二高频控制信号(X2)、第四高频控制信号(Y2)分别与第二低频控制 信号(Z2)经过逻辑与门得到第二桥臂的功率管的高频控制信号(A2)和第五桥臂的功率管的高频控制信号(A6)，以确保补偿电流大于0时，仅控制第二桥臂的功率管和第五桥臂的功率管；步骤g，检测电网电压(%)，采用过零比较器将其与0进行比较，获得对应其正负极性的一组互补的低频SPWM信号第一电压低频控制信号(W1)与第二电压低频控制 信号(W2)；将第一电压低频控制信号(W1)分别作为第三桥臂的A功率管、第六桥臂的A功率 管的控制信号；将第二电压低频控制信号(W2)分别作为第三桥臂的B功率管、第六桥臂的B功率 管的控制信号；当电网电压大于0时，长开通第三桥臂的A功率管、第六桥臂的A功率管，闭合第 三桥臂的B功率管、第六桥臂的B功率管；当电网电压小于0时，前述的方式调换； 步骤h，将各个桥臂中的功率管的控制信号分别经过对应的驱动电路获得对应的驱动信号。
全文摘要
本发明提供一种五电平双降压并联有源电力滤波器及其双频半波控制方法，属于电力谐波抑制技术领域。本发明的五电平双降压并联有源电力滤波器由两个相同的模块构成，每个模块均包括单功率管和二极管串联桥臂、双功率管串联桥臂、交流侧并联双电感以及直流侧电容。本发明的控制方法对单功率管和二极管串联桥臂采用电流高频半波控制，对双功率管串联桥臂采用电压低频半波控制。本发明不仅能提高系统可靠性，同时补偿电流跟踪精度也更高，补偿效果更理想。
文档编号H02J3/18GK102025161SQ20101056141
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月27日 优先权日2010年11月27日
发明者石磊, 陈仲, 陈淼 申请人:南京航空航天大学