专利名称：一种升降压式直流有源电力滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种升降压式直流有源电力滤波器，属于电力谐波抑制技术领 域。
背景技术：
单相静止变流器作为高压直流电源系统的典型负载之一，其输出为交流电压，输 出的瞬时功率是不停脉动的，因此，静止变流器输入的瞬时功率也必然是不断脉动的。静止 变流器的输入为直流母线，其输入电压恒定，所以功率的脉动必然体现在输入电流的脉动 上。随着机载电子设备的广泛使用，大量的静止变流器作为非线性负载接入高压直流 电源系统中，其脉动的输入电流对高压直流电源系统造成严重的电网污染，如果纹波过大， 会产生诸多不良影响(1)当系统中存在纹波时，可能会引起局部的并联或串联谐振，放大谐波分量，因 此增加了由于纹波所产生的附加损耗和发热，使电力设备发生额外损耗而过热；(2)对直流线路沿线附近的通讯系统产生干扰，在严重的情况下会威胁通讯设备 的安全；(3)由于纹波的存在，增加了系统中元件的附加谐波损耗，降低了发电、输电及用 电设备的使用效率。纹波可能引起测量仪表的误差及某些电力设备保护装置的误动作；(4)纹波使电力设备元件绝缘老化加速，缩短使用寿命等。输入电流中的高频纹波用简单的无源方案即可滤除，但无源电力滤波器本身存在 如下局限在谐振频率时，系统阻抗与滤波器阻抗相比不是足够大，因而不能彻底滤除纹 波；纹波源电流超量时，滤波器容易过载；由于工作频率及滤波器元件参数的变化(如温 度变化时)，滤波器可能失谐，从而影响滤波效果；滤波器的占地面积大等。并且，最值得注 意的是单相静止变流器的输入电流中还存在很难用无源方案滤除的低频纹波电流，其中 最典型的就是二次谐波电流。借鉴交流系统中有源电力滤波器的原理，把用于直流系统的有源滤波器称为直流 有源滤波器。将这种装置用于直流电源系统中以抑制其谐波电压和电流，可以大大提高直 流输电的性能，很大程度上减少谐波的污染，大幅度降低滤波装置的造价。在高压直流电源 系统中开展直流有源滤波器的理论及应用研究具有重要的意义。
发明内容本实用新型的所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，解决高压直流电源系 统中低频纹波无源滤波器无法完全滤除的问题，提出一种升降压式直流有源电力滤波器， 采用这种直流有源电力滤波器不但能较好的治理高压直流电网中存在的纹波问题，同时具 有很好的稳定特性。本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案[0012]一种升降压式直流有源电力滤波器，包括接口电感、双向斩波器，其中双向斩波器 由第一功率开关管、第二功率开关管、稳压电容组成；所述第一功率开关管、第二功率开关管分别包括一个反并联二极管；其中接口电感的一端与直流电网第一母线连接，接口电感的另一端分别与第一功 率开关管的发射极、第二功率开关管的集电极连接；第一功率开关管的集电极与稳压电容 的一端连接，稳压电容的另一端分别与第二功率开关管的发射极、直流电网第二母线连接。本实用新型采用上述技术方案具有如下有益效果1、相对于传统无源滤波器，能够更好的滤除非线性负载引入的谐波，特别是二次 低频谐波；2、相对于传统无源滤波器，能够抑制电网电压畸变等因素造成的电网电流纹波问 题，提高滤波器谐波补偿特性；3、提高负载的等效输入阻抗，增强分布式电网总线的稳定裕度；4、功率密度比高，能广泛用于高压直流电网的谐波治理。
图1是本实用新型的升降压式直流有源电力滤波器主电路及其控制策略的结构 示意图。其中图1 (a)是本实用新型的电路结构示意图，图1 (b)是本实用新型的电路的 控制方法示意图。图2 (a)、(b)、(C)、(d)是本实用新型的升降压式直流有源电力滤波器工作原理 图。图3是本实用新型应用于270V高压直流航空电网的负载电流、补偿电流和电网电 流仿真波形。图4是本实用新型应用于270V高压直流航空电网的负载电流、补偿电流和电网电 流实验波形。图5是本实用新型应用于270V高压直流航空电网前后电网电流的频谱仿真分析 图。图6是本实用新型应用于270V高压直流航空电网，电压出现畸变时的负载电流、 补偿电流和电网电流的仿真波形。具体实施方案
以下结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述附图1是本实用新型的升降压式直流有源电力滤波器主电路及其控制策略的结 构示意图。升降压式直流有源电力滤波器主电路为接口电感Z，带有反并联二极管久、込的两 个功率开关管&、S2以及稳压电容C构成的升降压式变换器。电感和有源电力滤波器负直 流母线接入直流电网正负母线，同时有源电力滤波器的正负直流母线跨接稳压电容C。检测非线性负载电流信号&，直流有源电力滤波器的补偿电流信号t直流有源 电力滤波器的直流母线电压信号& ；将负载电流信号&经过低通滤波器，获得其直流分量 K ；计算负载电流信号&与其直流分量4的差值Af，即为负载电流信号的纹波分量；计算 直流有源电力滤波器直流母线电压参考信号pW与直流有源电力滤波器直流母线电压信号
4&的差值；将电压差值用PI控制器进行调节后，加入负载电流差值Ai，两者之和 即为直流有源电力滤波器的补偿电流基准 ；计算补偿电流基准与补偿电流信号t的差 值耗；将补偿电流差值信号耗输入电流滞环比较器获得逻辑信号轉；将补偿电流基准 输入过零比较器获得逻辑信号Α ；将逻辑信号轉、M1均输入逻辑电路，过程为场、M1经 过逻辑“与”门得到PWM控制信号ft 、蚝分别经过逻辑“非”门后接入逻辑“与”门得到 PWM控制信号β PWM控制信号fi、ft输入驱动电路得到功率管&、&的驱动信号控制直流 有源电力滤股益。以电流正半周为例说明其滞环控制原理当误差信号大于正环宽时，滞环比较器 输出正电平，功率管&导通，电感电流正向上升；当误差信号小于负环宽时，滞环比较器输 出负电平，二极管代续流，电感电流正向减小。为实现电流的半周期控制，补偿电流基准t 经过零比较器判断电路的工作状态当 >o时，控制功率管怂，封锁功率管&控制信号；反 之控制功率管&，封锁功率管&控制信号。本实用新型的升降压式直流有源电力滤波器工作原理图如图2 (a)、(b)、(c)、(d) 所示1)、Boost状态t >0，控制功率管S2,封锁功率管S1控制信号。当直流有源电力滤波器补偿电流小于补偿电流基准时，S2开通，电感两端的电压 即为电网电压，补偿电流正向增长。其等效电路如图2(a)所示。则有
权利要求1. 一种升降压式直流有源电力滤波器，其特征在于包括接口电感、双向斩波器，其中 双向斩波器由第一功率开关管、第二功率开关管、稳压电容组成；所述第一功率开关管、第二功率开关管分别包括一个反并联二极管； 其中接口电感的一端与直流电网第一母线连接，接口电感的另一端分别与第一功率开 关管的发射极、第二功率开关管的集电极连接；第一功率开关管的集电极与稳压电容的一 端连接，稳压电容的另一端分别与第二功率开关管的发射极、直流电网第二母线连接。
专利摘要本实用新型提供一种升降压式直流有源电力滤波器。该直流有源电力滤波器主电路拓扑基于双向斩波器，还包括接口电感，其中双向斩波器由第一功率开关管、第二功率开关管、稳压电容组成；第一功率开关管、第二功率开关管分别包括一个反并联二极管；本实用新型将非线性负载带来的谐波问题由直流有源电力滤波器补偿，保证直流电网电流输出恒定直流。
文档编号H02J1/02GK201898331SQ20102062765
公开日2011年7月13日 申请日期2010年11月27日 优先权日2010年11月27日
发明者陈仲, 陈淼 申请人:南京航空航天大学