專利名稱：三電平四橋臂有源濾波器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器裝置，適用于實(shí)驗(yàn)和エ業(yè)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
并聯(lián)型有源濾波器向電網(wǎng)注入補(bǔ)償電流，抵消諧波源產(chǎn)生的諧波，使電源電流成為正弦波，其本身表現(xiàn)出電流源的特性。隨著公共電網(wǎng)諧波、中線電流危害的日益嚴(yán)重，多電平并聯(lián)有源濾波器和四橋臂并聯(lián)有源濾波器，成為目前研究的熱點(diǎn)。多電平結(jié)構(gòu)可以降低主功率器件電壓應(yīng)力，増加并聯(lián)有源濾波器的補(bǔ)償容量；四橋臂結(jié)構(gòu)抑制中線電流效果較好。但是三電平四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制電壓矢量多達(dá)上百個，計(jì)算復(fù)雜，正弦波調(diào)制、SVPWM調(diào)制、單周控制等常規(guī)的調(diào)制方法和控制策略均不適用該系統(tǒng)。因此，研究一套適用于該結(jié)構(gòu)的控制策略、開發(fā)ー套可以エ業(yè)應(yīng)用的三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器裝置是很有必要的。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器裝置，推進(jìn)了該結(jié)構(gòu)的エ業(yè)應(yīng)用。本實(shí)用新型為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種三電平四橋臂有源濾波器裝置，該裝置包括三相電源、電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器、直流側(cè)電壓傳感器、IGBT觸發(fā)信號、限流電阻、交流接觸器、非線性負(fù)載、三電平四橋臂逆變器和魯棒控制器，其直流側(cè)母排采用負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)，所述電壓傳感器并聯(lián)于三相電源的輸出端上，所述負(fù)載電流傳感器串聯(lián)于三相電網(wǎng)上，負(fù)載電流傳感器的輸出端與非線性負(fù)載連接；所述交流接觸器與所述APF側(cè)電流傳感器連接，并且串聯(lián)在電網(wǎng)與三電平四橋臂逆變器之間的傳輸線上，所述限流電阻和所述交流接觸器組成的串聯(lián)電路并聯(lián)在所述交流接觸器的兩端，所述直流側(cè)電壓傳感器與所述三電平四橋臂逆變器連接；所述電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器和直流側(cè)電壓傳感器的輸出信號經(jīng)過所述魯棒控制器產(chǎn)生所述IGBT觸發(fā)信號，其直流側(cè)母排采用四層母線結(jié)構(gòu)。作為本實(shí)用新型的進(jìn)ー步改進(jìn)，一種三電平四橋臂有源濾波器裝置，其直流側(cè)母排的最頂層為負(fù)極母排，第二層為正極母排，第三層為零極母排，第四層為負(fù)極母排，最終構(gòu)成負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)；在整個母排下方，等長度平均設(shè)置若干個電解電容器。所述電解電容器按三電平方式連接，其正、負(fù)、零極與母排對應(yīng)。所述電解電容器通過過孔端子連接。三電平四橋臂有源濾波器裝置的控制方法是，采用H00魯棒控制策略，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段考慮被控對象的各種不確定因素，選擇
ISiU
.......， , r為狀態(tài)變量(.為輸出電流，.，▲為給定電流，為有源濾波
I s + Aa toj s + KeIi=l -IlMj器輸出電壓,4,も為待定參數(shù))，并建立有源濾波器系統(tǒng)的狀態(tài)方程，通過選擇權(quán)函數(shù)，以及求解Riccati不等式，得出控制器。本實(shí)用新型的有益效果是基于魯棒控制策略的三電平四橋臂有源濾波器，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在工作狀況變動、外部干擾以及建模誤差等不可避免的情況下，仍能保持系統(tǒng)正常運(yùn)行；采用新型母排結(jié)構(gòu)，減少了母線電感量，消弱了主功率器件的過電壓效應(yīng)，提升了設(shè)備穩(wěn)定性和使用壽命；本實(shí)用新型給出了一種三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器裝置和其實(shí)現(xiàn)方法的完整設(shè)計(jì)，對目前該類裝置的幾個核心問題給出了解決方案。

圖I為三電平四橋臂有源濾波器的主回路圖；圖2為控制策略示意圖；圖3為ー個橋臂的觸發(fā)脈沖示意圖；圖4為新型無感母線結(jié)構(gòu)俯視圖；圖5為新型無感母線結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖中1、三相電源，2、電壓傳感器，3、負(fù)載電流傳感器，4、APF側(cè)電流傳感器，5、直流側(cè)電壓傳感器，6、IGBT觸發(fā)信號，7、限流電阻，8、交流接觸器，9、交流接觸器，10、非線性負(fù)載，11、三電平四橋臂逆變器，12、魯棒控制器，13、進(jìn)線電感，14、三電平四橋臂空間電壓矢量分解算法，15、上橋臂雙管IGBT模塊，16、構(gòu)成箝位ニ極管的IGBT模塊，17、下橋臂雙管IGBT模塊，18、母排，19、電容器，20、負(fù)極母排，21、零極母排，22、正極母排，23、負(fù)極母排，
24、過孔連接端子，諧波電流指令，!、電網(wǎng)相電壓，II、各相電壓指令給定，、各相
實(shí)際輸出電流，Ms、各相電壓指令給定。
具體實(shí)施方式
為了加深對本實(shí)用新型的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。如圖I至5示出了本實(shí)用新型一種三電平四橋臂有源濾波器裝置的具體實(shí)施方式
本三電平四橋臂并聯(lián)有源濾波器的實(shí)現(xiàn)方法由三電平四橋臂逆變器及其測量控制系統(tǒng)組成該裝置為包括三相電源I、電壓傳感器2、負(fù)載電流傳感器3、APF側(cè)電流傳感器
4、直流側(cè)電壓傳感器5、IGBT觸發(fā)信號6、限流電阻7、交流接觸器8和9、非線性負(fù)載10、三電平四橋臂逆變器11和魯棒控制器12，電壓傳感器2并聯(lián)于三相電源I的輸出端上，負(fù)載電流傳感器3串聯(lián)于三相電網(wǎng)上，負(fù)載電流傳感器3的輸出端與非線性負(fù)載10連接；交流接觸器8與APF側(cè)電流傳感器4連接，并且串聯(lián)在電網(wǎng)與三電平四橋臂逆變器11之間的傳輸線上，限流電阻7和交流接觸器9組成的串聯(lián)電路并聯(lián)在交流接觸器8的兩端，直流側(cè)電壓傳感器5與三電平四橋臂逆變器11連接；電壓傳感器2、負(fù)載電流傳感器3、APF側(cè)電流傳感器4和直流側(cè)電壓傳感器5的輸出信號經(jīng)過魯棒控制器12產(chǎn)生IGBT觸發(fā)信號6 ；該方法為直流側(cè)母排設(shè)計(jì)基于一體化設(shè)計(jì)，采用四層母線結(jié)構(gòu)，其最頂層為負(fù)極母排，第二層為正極母排，第三層為零極目排，第四層為負(fù)極母排，最終構(gòu)成負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)，如圖5中序號20、21、22和23所示；在整個母排18下方，等長度平均設(shè)置22個電解電容器19 ;所有電容器19按三電平方式連接，其正、負(fù)、零極與母排對應(yīng)，通過過孔端子24以過孔方式連接；電網(wǎng)帶非線性負(fù)載運(yùn)行時，主電路中產(chǎn)生大量諧波電流，啟動有源濾波器后，交流接觸器9閉合，通過限流電阻7以三電平四橋臂逆變器11對直流側(cè)電容充電，若四個橋臂對電容充電，則容易引起震蕩；充電完畢后，交流接觸器8閉合，三電平四橋臂有源濾波器開始補(bǔ)償諧波；負(fù)載電流傳感器3和APF側(cè)電流傳感器4的輸出信號輸入魯棒控制器12，以計(jì)算諧波電流指令與輸出誤差，電壓傳感器2采集電網(wǎng)電壓信號以確定電網(wǎng)矢量角度，直流側(cè)電壓傳感器5采集直流側(cè)電壓信號以計(jì)算補(bǔ)償環(huán)節(jié)指令；魯棒控制器12中的DSP計(jì)算出8個獨(dú)立PWM，再由FPGA擴(kuò)展出16個觸發(fā)脈沖，為三電平四橋臂逆變器11中的IGBT提供觸發(fā)信號。一種三電平四橋臂有源濾波器H00魯棒控制的實(shí)現(xiàn)方法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段考慮被控對象的各種不確定因素，根據(jù)該系統(tǒng)的特點(diǎn)，選取合適的狀態(tài)變量
權(quán)利要求1.一種三電平四橋臂有源濾波器裝置，該裝置包括三相電源、電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器、直流側(cè)電壓傳感器、IGBT觸發(fā)信號、限流電阻、交流接觸器、非線性負(fù)載、三電平四橋臂逆變器和魯棒控制器，其特征在于其直流側(cè)母排采用負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)，所述電壓傳感器并聯(lián)于三相電源的輸出端上，所述負(fù)載電流傳感器串聯(lián)于三相電網(wǎng)上，負(fù)載電流傳感器的輸出端與非線性負(fù)載連接；所述交流接觸器與所述APF側(cè)電流傳感器連接，并且串聯(lián)在電網(wǎng)與三電平四橋臂逆變器之間的傳輸線上，所述限流電阻和所述交流接觸器組成的串聯(lián)電路并聯(lián)在所述交流接觸器的兩端，所述直流側(cè)電壓傳感器與所述三電平四橋臂逆變器連接；所述電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器和直流側(cè)電壓傳感器的輸出信號經(jīng)過所述魯棒控制器產(chǎn)生所述IGBT觸發(fā)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三電平四橋臂有源濾波器裝置，其特征在于其直流側(cè)母排的最頂層為負(fù)極母排，第二層為正極母排，第三層為零極母排，第四層為負(fù)極母排，最終構(gòu)成負(fù)、正、零、負(fù)四層母排結(jié)構(gòu)；在整個母排下方，等長度平均設(shè)置若干個電解電容器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三電平四橋臂有源濾波器裝置，其包括三相電源、電壓傳感器、負(fù)載電流傳感器、APF側(cè)電流傳感器、直流側(cè)電壓傳感器、IGBT觸發(fā)信號、限流電阻、交流接觸器，非線性負(fù)載、三電平四橋臂逆變器和魯棒控制器；其母線結(jié)構(gòu)采用四層母排結(jié)構(gòu)；在整個母排下方，等長度平均分布若干個電解電容器；所有電容器按三電平方式連接，其正、負(fù)、零極與母排對應(yīng)，以過孔方式連接。采用H∞魯棒控制策略，在控制器設(shè)計(jì)階段就考慮被控對象的各種不確定因素。本實(shí)用新型增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在工作狀況變動、外部干擾以及建模誤差等不可避免的情況下，仍保持系統(tǒng)正常運(yùn)行。
文檔編號H02J3/01GK202405784SQ20112048872
公開日2012年8月29日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者張曉 , 張輝, 王峰, 譚國俊, 魚瑞文 申請人:中國礦業(yè)大學(xué), 徐州中礦大傳動與自動化有限公司