基于H桥混合型有源滤波器的制作方法

本发明涉及电网滤波技术和无功补偿领域，尤其涉及一种基于h桥混合型有源滤波器。

背景技术：

大量的非线性负载接入电网引起电网谐波污染严重导致电网电压畸变，严重影响配电网电能质量，影响生活和生产用电安全和质量。传统无源lc滤波器受电网参数影响较大，当系统阻抗和频率变化时，会与系统阻抗和电容产生串并联谐振造成谐波放大，有源滤波器能动态补偿负载谐波不受电网参数影响，但存在容量约束，承受基波电压，不适合高压系统谐波治理。目前采用混合型有源滤波器一方面利用无源滤波器承受基波电压降低有源滤波器容量，另一方面利用有源滤波器动态准确补偿谐波避免因电网参数变化引起的串并联谐振，其中较为普遍的有源滤波器结构为三相桥逆变器，在中高压场合直压侧电容承受直压较高。一种h桥逆变器结构三相间直压侧相互独立，可级联h桥降低电容承担的直压侧电压，但存在三相间直压均衡控制复杂问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种基于h桥混合型有源滤波器，旨在解决现有技术中谐波治理装置容量和性能及成本的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于h桥混合型有源滤波器，所述基于h桥混合型有源滤波器包括：无源滤波单元和有源滤波单元；

所述有源滤波单元包括三个h桥模块，所述无源滤波单元包括三个单调谐滤波模块，各单调谐滤波模块分别对应一个h桥模块；

每个h桥模块的左侧桥臂中点与对应的单调谐滤波模块的第一端相连，每个h桥模块的右侧桥臂中点相互连接；

各单调谐滤波模块的第二端分别与电网及谐波源连接。

优选地，每个h桥模块分别由绝缘栅双极型晶体管igbt组成。

优选地，每个单调谐滤波模块分别由串联连接的电容和电感组成。

优选地，所述基于h桥混合型有源滤波器还包括：驱动控制器，所述驱动控制器的采样电路与所述谐波源相连，所述驱动控制器的驱动电路与所述有源滤波单元相连；

所述驱动控制器，用于通过所述采样电路获取所述有源滤波单元的反馈电流，并根据补偿总指令电流与所述反馈电流生成驱动信号，并基于所述驱动电路通过所述驱动信号驱动所述有源滤波单元。

优选地，所述驱动控制器，还用于计算所述输出反馈电流与所述补偿总指令电流之间的电流差值，对所述电流差值乘以增益k，获得调制波，根据所述调制波生成所述驱动信号。

优选地，所述驱动控制器，还用于将所述调制波与三角波进行比较，根据比较结果生成所述驱动信号。

优选地，所述补偿电流总指令由所述负载谐波指令电流、有功指令电流、负序指令电流和无功指令电流组成，所述有功指令电流由总直压控制模块获得，所述总直压控制模块用于交流侧和直流侧有功功率转换均衡，所述负序指令电流用于相间直压稳定，所述无功指令电流为所述无源滤波器补偿的基波无功电流。

优选地，所述驱动控制器，还用于获取所述谐波源的负载谐波电流，对所述负载谐波电流通过离散傅里叶变换dft算法生成负载谐波指令电流。

本发明中的无源滤波单元与有源滤波单元串联后与谐波源并联接入电网，由于无源滤波单元包括单调谐滤波器，除了承担滤除负载谐波外，承担电网基波电压，减小有源滤波器承受的基波电压，还可承担无功补偿，而有源滤波单元不仅可以优化无源滤波单元滤波特性外，同时还可抑制电网和无源滤波单元发生谐振，提供的插入负序电流方式解决三相间直压不均衡问题。

附图说明

图1是本发明实施例的基于h桥混合型有源滤波器的结构框图；

图2是本发明实施例的基于h桥混合型有源滤波器中驱动控制器的控制原理图；

图3是本发明实施例的基于h桥混合型有源滤波器中谐波补偿原理图；

图4是本发明实施例的基于h桥混合型有源滤波器中总直压控制原理图；

图5是本发明实施例的基于h桥混合型有源滤波器中相间直压稳定插入负序电流的原理框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明第一实施例提供一种基于h桥混合型有源滤波器，所述基于h桥混合型有源滤波器包括：无源滤波单元10和有源滤波单元20；

所述有源滤波单元20包括三个h桥模块200，所述无源滤波单元10包括三个单调谐滤波模块100，各单调谐滤波模块100分别对应一个h桥模块200；

每个h桥模块200的左侧桥臂中点与对应的单调谐滤波模块100的第一端相连，每个h桥模块200的右侧桥臂中点相互连接，连接点即图中的“n”点，即三个h桥模块200之间为星形接法；

各单调谐滤波模块100的第二端分别与电网(即为图中的“a”、“b”和“c”三端)及谐波源30连接。

在具体实现中，为便于实现有源滤波器，本实施例中，每个h桥模块200分别由绝缘栅双极型晶体管igbt组成，参照图1，每个h桥模块200分别由4个igbt和1个电容组成。

需要说明的是，为实现单调谐滤波功能，本实施例中，每个单调谐滤波模块100分别由串联连接的电容和电感组成。

本实施例中的无源滤波单元与有源滤波单元串联后与谐波源并联接入电网，由于无源滤波单元包括单调谐滤波器，除了承担滤除负载谐波外，承担电网基波电压，减小有源滤波器承受的基波电压，还可承担无功补偿，而有源滤波单元不仅可以优化无源滤波单元滤波特性外，同时还可抑制电网和无源滤波单元发生谐振。

参照图2，为便于对所述有源滤波器进行驱动，本实施例中，所述基于h桥混合型有源滤波器还包括：驱动控制器40，所述驱动控制器40的采样电路与所述谐波源30相连，所述驱动控制器40的驱动电路与所述有源滤波单元相连；所述驱动控制器40，用于通过所述采样电路获取所述有源滤波单元的反馈电流，并根据补偿总指令电流与所述反馈电流生成驱动信号，并基于所述驱动电路通过所述驱动信号驱动所述有源滤波单元。

本实施例中，所述驱动控制器40，用于获取所述谐波源30的负载谐波电流，对所述负载谐波电流通过离散傅里叶变换dft算法生成谐波补偿电流指令，根据所述谐波补偿电流指令作为补偿电流总指令一部分。

所述驱动控制器40，还用于生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述有源滤波器20，以实现对所述有源滤波器20进行驱动。

本实施例中，所述驱动控制器的控制内环为电流环，外环为电压环，补偿总指令电流与反馈电流相减的偏差与控制增益k相乘构成电流环，直压侧反馈电压和指令直压差值经过比例积分(pi)控制为电压环。其中，所述补偿电流总指令由所述负载谐波指令电流、有功指令电流、负序指令电流和无功指令电流组成，所述有功指令电流由总直压控制模块获得，所述总直压控制模块用于交流侧和直流侧有功功率转换均衡，所述负序指令电流用于相间直压稳定，所述无功指令电流为所述无源滤波器补偿的基波无功电流。

具体地，所述驱动控制器40，还用于计算所述输出反馈电流与所述补偿总指令电流之间的电流差值，对所述电流差值乘以增益k，获得调制波，根据所述调制波生成所述驱动信号。

具体地，所述驱动控制器40，还用于将所述调制波与三角波进行比较，根据比较结果生成所述驱动信号。所述补偿电流总指令由所述负载谐波指令电流、有功指令电流、负序指令电流和无功指令电流组成，所述有功指令电流由总直压控制模块获得，所述总直压控制模块用于交流侧和直流侧有功功率转换均衡，所述负序指令电流用于相间直压稳定，所述无功指令电流为所述无源滤波器补偿的基波无功电流。

需要说明的是，本实施例中所述驱动控制器基于三个h桥星接直压的控制主要包括总直压控制、插入负序电压补偿的三相间直压均衡控制。三相间器件差异和电网电压不平衡导致三相间直压不均衡，负序电流的合成并将其插入补偿电流指令中可抵消三相不平衡的影响。

在具体实现中，所述驱动控制器40，还用于获取所述谐波源的负载谐波电流，对所述负载谐波电流通过离散傅里叶变换dft算法生成负载谐波指令电流。

照图3，本实施例通过电流互感器ct1采集所述谐波源的负载谐波电流ilabc(即图中的“ila”、“ilb”和“ilc”)，送入电流采样模块进行dft变化得到各次谐波电流的幅值和相位，经过idft变化取反得到谐波补偿电流指令，将图2所述的补偿电流指令与反馈电流作差乘以增益k得到谐波电压uapfh。谐波电压与滤波支路的某次谐波阻抗zh产生谐波电流ifh，所述基于h桥混合型有源滤波器产生的谐波电流ifh与负载谐波电流ilabc反向，因此所述基于h桥混合型有源滤波器的反向的谐波电流抵消掉电网中谐波源引起的谐波电流。

如图4所示，本实施例中提供一种基于h桥混合型有源滤波器的总直压控制方式为：由于混合有源滤波器串联了无源lc滤波器，对电网基波成容性，电流超前网侧电压90°。对电网电压锁相得到电网同步相位coswt和超前电网90°相位sinwt，采样电网abc三相直压分别与参考电压udcref相减经过pi控制得到三相有功电流幅值，其三者相加除以3得到平均有功电流ipavr，ipavr分别与超前电网相位90°的相位相乘后得到有功指令电流ipabc(即ipa、ipb和ipc)，用该部分有功指令电流ipabc作用于有源滤波器，使其产生同相位的基波电压uf，由此超前的电流和电压相乘得到直压侧电容充电所需有功功率维持交流侧和直压侧能量交换。

上述图4提供总直压控制方法存在由于交流侧三相电压不平衡、三相模块器件损耗差异及输入脉冲延时的差异会造成三相直压侧直压不平衡问题，如图5所示，提供一种负序电流合成方式使其插入补偿电流总指令中，控制有源滤波器输出负序电压抵消网侧三相不平衡：负序指令电流的实部inr幅值由a相实际有功电流与平均有功电流相减得到，负序指令电流的虚部ini幅值由c相有功电流减去b相有功电流乘以系数得到。由提取的负序的实部和虚部幅值合成交流负序指令电流ina、inb。c相负序电流指令inc＝0-ina-inb。三相负序电流指令作用于所述基于h桥混合型有源滤波器使其产生负序电流抵消电网不平衡时存在的负序电流，平衡分配三相间电容吸收有功功率，维持有源滤波器三相间直压稳定。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。