一种有源电力滤波器稳压充电装置的制作方法

本实用新型属于有源滤波器电路领域，具体涉及一种有源滤波器直流电容的稳压充电电路。

背景技术：

随着电力电子技术在工业应用中的快速发展，电网中的非线性负载越来越多，导致电网中的谐波含量也不断提高。并联型有源电力滤波器是一种常用的电能质量补偿装置。它可以安装在电网的末端，负责补偿掉负载发出的高次谐波电流和无功电流，因此一直被广泛的应用在车间、工厂等对无功功率需求较高的非线性负载中进行谐波抑制和无功补偿。

由于有源电力滤波器的自身的供电要求以及逆变输出的电流根据负载情况实时变化，导致直流电容上具有较大的电压波动。如果不加以控制，则会使其补偿效果不佳。另外，对于三电平有源电力滤波器来说，如果中性点电位失衡将导致其补偿的电流中具有低次谐波，影响补偿效果，也加快了电容的损坏。所以，直流环节母线电压和中性点电位都会影响直流环节电压是否平衡，进而决定系统的补偿效果。

因此，就需要一种能够使有源电力滤波器直流侧两电容上的电压平衡稳定的稳压充电装置。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的有源电力滤波器直流侧两电容上的电压不平衡、不稳定的缺陷，提出了一种在有源电力滤波器运行时能够实时保持两电容上电压及中性点电位稳定的有源电力滤波器稳压充电装置。

本实用新型所涉及的一种有源电力滤波器稳压充电装置的技术方案如下：

本实用新型所涉及的一种有源电力滤波器稳压充电装置，所述稳压充电装置的输入端与非线性负载连接，用于吸收电能，所述稳压充电装置的输出端与有源滤波器连接，用于给有源滤波器供电，所述有源滤波器的输出端与电网连接，用于补偿电网侧的电流；所述稳压充电装置包括三相全桥整流电路、直流充电保护电路、三电平升压电路、电容器组、MCU控制器、直流电压采样电路和驱动电路；所述三相全桥整流电路、直流充电保护电路、三电平升压电路和电容器组从右到左依次连接，所述三相全桥整流电路的输入端与非线性负载连接，所述电容器组的输出端与有源滤波器的输入端连接，所述有源滤波器的输出端与电网连接；所述直流电压采样电路的输入端与电容器组的输出端连接，所述直流电压采样电路的输出端与MCU控制器的输入端连接，所述驱动电路和直流充电保护电路的输入端均与MCU控制器的输出端连接，所述驱动电路的输出端与三电平升压电路的控制信号输入端连接。

进一步地：所述三电平升压电路通过控制IGBT开关信号的占空比来控制输出，用于调节电容器组内两电容电压平衡。

进一步地：所述驱动电路为IGBT驱动芯片。

进一步地：所述IGBT驱动芯片的型号为M57962AL。

进一步地：所述MCU控制器采用DSP芯片和CPLD芯片联合实现控制。

进一步地：所述DSP芯片与CPLD芯片之间通过双端口存储芯片进行数据通信。

进一步地：所述DSP芯片的型号为TMS320F28335，所述CPLD芯片的型号为EPM1270T144I5，所述双端口存储器芯片的型号为CY7C024。

进一步地：所述直流电压采样电路通过并联电阻将电压信号转换为电流信号，再通过霍尔电流传感器将大的电流信号转换成DSP芯片可以承受的电压信号，最后通过DSP内部的ADC资源进行A/D转换。

进一步地：所述霍尔电流传感器的型号为CHV-50P/1200。

本实用新型所涉及的一种有源电力滤波器稳压充电装置的有益效果是：

本实用新型涉及的一种有源电力滤波器稳压充电装置，采用直流侧单独设置充电电路的方案，解决了有源电力滤波器在运行时直流母线电压不平衡、不稳定，直流侧中性点电位有偏移的问题。本实施例整体为拓扑结构，在直流侧电容与三相负载之间加入了一个单独的充电装置，使直流侧两电容上的电压平衡稳定、直流侧中性点电位不偏移、进而才能获得更好的补偿效果。

附图说明

图1为稳压充电装置的结构示意图；

图2为图1的控制流程图；

图3为MCU控制器芯片连接关系图；

图4为直流电压采样电路图；

图中，1为三相全桥整流电路、2为直流充电保护电路、3为三电平升压电路、4为电容器组、5为MCU控制器、6为直流电压采样电路、7为驱动电路。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

实施例1

结合图1-图4说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种有源电力滤波器稳压充电装置，所述稳压充电装置的输入端与非线性负载连接，用于吸收电能，所述稳压充电装置的输出端与有源滤波器连接，用于给有源滤波器供电，所述有源滤波器的输出端与电网连接，用于补偿电网侧电流；所述稳压充电装置包括三相全桥整流电路1、直流充电保护电路2、三电平升压电路3、电容器组4、MCU控制器5、直流电压采样电路6和驱动电路7；所述三相全桥整流电路1、直流充电保护电路2、三电平升压电路3和电容器组4从右到左依次连接，所述三相全桥整流电路1的输入端与非线性负载连接，所述电容器组4的输出端与有源滤波器的输入端连接，所述有源滤波器的输出端与电网连接；所述直流电压采样电路6的输入端与电容器组4的输出端连接，所述直流电压采样电路6的输出端与MCU控制器5的输入端连接，所述驱动电路7和直流充电保护电路2的输入端均与MCU控制器5的输出端连接，所述驱动电路7的输出端与三电平升压电路3的控制信号输入端连接。

更为具体地：所述三电平升压电路3通过控制IGBT开关信号的占空比来控制输出。

更为具体地：所述驱动电路7为IGBT驱动芯片。

更为具体地：所述IGBT驱动芯片的型号为M57962AL。

更为具体地：所述MCU控制器5采用DSP芯片和CPLD芯片联合实现控制。

更为具体地：所述DSP芯片与CPLD芯片之间通过双端口存储芯片进行数据通信。

更为具体地：所述DSP芯片的型号为TMS320F28335，所述CPLD芯片的型号为EPM1270T144I5，所述双端口存储器芯片的型号为CY7C024。

更为具体地：所述直流电压采样电路6通过并联电阻将电压信号转换为电流信号，再通过霍尔电流传感器将大的电流信号转换成DSP芯片可以承受的电压信号，最后通过DSP内部的ADC资源进行A/D转换。

更为具体地：所述霍尔电流传感器的型号为CHV-50P/1200。

本实施例是为了解决有源电力滤波器在运行时直流母线电压不平衡、不稳定，直流侧中性点电位有偏移的问题。本实施例在有源滤波器整体结构的基础上，在直流侧电容与三相负载之间加入了一个单独的稳压充电装置。

结合图1说明本实施例，本实施方案的一种有源电力滤波器稳压充电装置，它在有源滤波器整体结构的基础上，在直流侧电容与三相负载之间加入了一个单独的稳压充电装置。该稳压充电装置包括三相全桥整流电路1、直流充电保护电路2、三电平升压电路3、电容器组4、驱动电路7、直流电压采样点路6、MCU控制器5，负载侧的线路连接到全桥整流电路1中，整流后再通过直流充电保护电路2连接到三电平升压电路3上，最后连接到电容器4为其充电。MCU控制器5直接连接到直流充电保护电路2的继电器开关上，还通过驱动电路7连接三电平升压电路3的控制端。直流充电保护电路2是在直流母线上一个可以投切的限流电阻，可以限制充电电流过大；三电平升压电路3连接在整流桥的输出，通过控制两管开关的占空比来控制每个电容的电压平衡且稳定在400V，并保持中性点不偏移；负载侧的线路连接到全桥整流电路1中，整流后再通过直流充电保护电路2连接到三电平升压电路3上，最后连接到电容器4为其充电；MCU控制器5直接连接到直流充电保护电路2的继电器开关上，还通过驱动电路7连接三电平升压电路3的控制端。

结合图2说明本实施例，所述该直流充电装置在三相全桥整流电路1至电容器的直流母线上增加了一个可以投切的限流电阻；当直流侧电压较低时投入该限流电阻可以避免瞬间充电电流过高，在直流侧电压高于一定阈值的时候切除该电阻可以对直流侧快速充电；所述该直流充电装置在限流电阻至电容器的直流母线上增加了三电平升压电路，该电路通过控制IGBT开关信号的占空比来控制输出电压及两电容的电压平衡；所述该直流充电装置其MCU控制器5采用了DSP芯片和CPLD芯片联合控制，DSP与CPLD之间通过双端口存储芯片进行数据通信；所述该直流充电装置其直流电压采样电路6是通过并联电阻将电压信号转换为电流信号，再通过型号为CHCS-SYH的霍尔电流传感器将大的电流信号转换成TMS320F28335可以承受的电压信号，再通过DSP内部的ADC资源进行A/D转换；所述IGBT的驱动电路为两个型号为M57962AL的IGBT驱动芯片，所述双端口存储器芯片的型号为CY7C024。

结合图3说明本实施例，所述充电装置还包括直流电压采样点路6，它是通过在Cdc1和Cdc2两个电容上分别并联一个功率为100瓦，阻值为10欧姆电阻，使每个电容上由0-500V的电压信号，转为0-50A的电流信号，再接入型号为CHV-50P/1200的霍尔闭环电流传感器上，转为0-3V的电压信号，最后输出到MCU控制器5中的TMS320F28335上，利用芯片内部集成的ADC功能进行A/D转换。

所述电容器组4中使用的电容型号为B43510，电容器组的结构为上下两个电力电容串联，以提高直流侧的耐压；然后再由6组串联的电力电容并联，以提高直流侧的容量。

所述的MCU控制器5采用了DSP芯片和CPLD芯片联合控制的策略，其中DSP芯片负责直流电压的采样以及升压电路中两开关占空比的计算，CPLD芯片连接驱动电路负责发出控制信号和控制时序，DSP与CPLD之间通过双端口存储芯片进行数据通信。

所述的驱动电路7分为继电器驱动电路和IGBT驱动电路，所述驱动电路7为IGBT驱动芯片，所述IGBT驱动芯片的输入端与MCU控制器5中的CPLD芯片连接，所述IGBT驱动芯片的输出端与三电平升压电路3的控制信号输入端连接。继电器的驱动电路是一个型号为SN74LVC4245A的电平转换芯片连接到一个具有隔离功能的光耦上，放大成较大的电流信号来驱动继电器；IGBT的驱动电路包括上述电平转换芯片和两个型号为M57962AL的IGBT驱动芯片。本实施方案采用的IGBT为英飞凌公司生产的FF150R12RT4。

所述MCU控制器5中的DSP芯片为TI公司生产的TMS320F28335，CPLD芯片为ALTERA公司生产的EPM1270T144I5。

所述直流充电保护电路2包括两个继电器和一个限流电阻，其中一个继电器和限流电阻串联，然后一起另一个继电器并联，之后接入至直流母线上。它用于在直流侧电压远小于电网电压时，避免直流母线电流过大。

所述三电平升压电路3的结构包括两组IGBT分别通过各自的一个二极管并联在各自的电容上，再通过一个电感并联在整流电路的输出端。

所述三电平升压电路3在一个周期内共有四个工作状态：在第一个状态开始前，Q1处于关断状态，Q2处于导通状态。第一个状态，Q1导通，输入电源通过L、Q1和Q2构成回路，电感电流上升。第二个状态，Q2关断，输入电源通过L、Q2、D1向C1充电，电感电流下降。第三个状态，Q2导通，两管均处于导通状态，输入电源通过L、Q1和Q2构成回路，电感电流上升。第四个状态，Q1关断，电感电流下降。

所述三电平升压电路的控制方案为交错运行控制，即电路中Q1、Q2两管的开关信号相位延迟角，以减少电感电流的脉动。通过实时的调节两IGBT开关状态的占空比来控制两电容上的电压平衡以及中性点电位的平衡。

结合图4说明本实施例，本实施方案的控制流程为：

第一步，系统启动后，首先关闭有源电力滤波器的所有输出，开始进行预充电，CPLD控制继电器KA1闭合，使继电器KA2及开关管Q1、Q2关断，电网开始经过保护电阻向电容充电。

第二步，当两电容电压大于400V时，使继电器KA1关断，继电器KA2闭合，将保护电阻短路，电网开始对电容进行快速充电。

第三步，当两电容电压大于500V时，再通过三电平升压电路3对直流侧充电。

第四步，当两电容电压大于800V时，预充电完成，使系统启动。并实时计算直流侧电压的偏差，通过控制开关管Q1、Q2开关的占空比来控制两电容上的电压，使每个电容上的电压均平衡在400V上下。