本發(fā)明屬于有源濾波器技術領域，涉及到一種690V三電平三橋臂并聯(lián)型有源濾波器。

背景技術：

690V低壓系統(tǒng)作為IEC60038中介紹的標準電壓系統(tǒng)之一，在歐洲工業(yè)中存在著廣泛的應用。隨著國內工業(yè)的蓬勃發(fā)展，690V系統(tǒng)在我國大型造紙，石化，冶金，礦井等含有中頻爐、大量電機及大型電機負荷的項目中，也開始了較為廣泛的應用。隨著690V電機的大量使用，690V的變頻器也在市場多見。在頻率為50Hz的低壓系統(tǒng)中，230/400V，400/690V電壓均為國際通用的標準電壓系統(tǒng)。將現(xiàn)行的380V電壓升為660V電壓，可增加輸電距離，提高輸電能力；可減少變壓器數量，簡化工廠配電系統(tǒng)，提高供電可靠性；可縮小電纜截面，節(jié)省有色金屬；可降低功率損耗及短路電流值；并擴大異步電動機的容量等等，因而是有效的節(jié)電手段之一,其中低壓690V系統(tǒng)應用中，常見變壓器容量可達3150kVA，能夠承載更多負載，從而減少使用變壓器數量，提高供電可靠性。針對690V系統(tǒng)的優(yōu)勢，大量的負載開始使用690V電壓等級，負載比較多的常見變頻器、中頻爐等非線性負載，會導致諧波含量THD變高，電流、電壓畸變比較嚴重；因此，需設計一種690V三電平三橋臂并聯(lián)型有源濾波器來解決690V的電壓等級問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種690V三電平三橋臂并聯(lián)型有源濾波器，通過

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種690V三電平三橋臂并聯(lián)型有源濾波器，包括負載電流傳感器、電網電壓傳感器、APF側電流傳感器、二極管鉗位型三電平拓撲電路、母排直流電壓傳感器、DSP控制器、重復PI控制器和邏輯CPLD器件；

所述負載電流傳感器、電網電壓傳感器、APF側電流傳感器和母排直流電壓傳感器分別將檢測的電信號發(fā)送至所述DSP控制器，所述DSP控制器對接收的信號進行處理，DSP控制器輸出的信號經重復PI控制器和邏輯CPLD器件形成12路IGBT驅動信號，輸出的12路IGBT驅動信號傳送至二極管鉗位型三電平拓撲電路用于對IGBT模塊進行控制。

進一步地，還包括非線性負載、690V三相電源、主斷路器、軟啟動電路、LCL濾波器和二極管鉗位型三電平拓撲電路；

所述非線性負載通過負載電流傳感器與主斷路器連接，所述690V三相電源通過電網電壓傳感器與主斷路器連接，所述主斷路器通過APF側電流傳感器與軟啟動電路連接，所述軟啟動電路與LCL濾波器連接，所述LCL濾波器與二極管鉗位型三電平拓撲電路連接。

進一步地，所述軟啟動電路包括主接觸器、軟啟動電阻和軟啟動接觸器，所述軟啟動器電阻與軟啟動接觸器串聯(lián)后與主接觸器并聯(lián)。

進一步地，所述LCL濾波器包括濾波電容、逆變橋側電抗器和網側電抗器，所述逆變橋側電抗器與網側電抗器進行串聯(lián)，所述逆變橋側電抗器與網側電抗器的中點并聯(lián)濾波電容。

進一步地，所述二極管鉗位型三電平拓撲電路有三個橋臂，同一時間觸發(fā)需12個觸發(fā)脈沖，其中任意一個橋臂輸出均有三種狀態(tài)分別為高電平、零電平和低電平。

進一步地，所述DSP控制器產生6路獨立PWM輸出信號，所述DSP控制器22譯碼產生路IGBT觸發(fā)脈沖PWM信號。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過采用二極管鉗位型三電平拓撲電路，降低了IGBT開關管電壓的等級和損耗；通過采用LCL濾波電路，降低濾波電感且提高了濾波效果；采用690V進行諧波以及無功補償的問題，避免諧波引起的有源濾波器諧振問題，通過解決諧波問題，減少損耗以及降低諧波對通訊信號的影響。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種690V三電平三橋臂并聯(lián)型有源濾波器示意圖；

圖2為本發(fā)明DSP與CPLD控制器示意圖；

圖3為本發(fā)明諧波電流檢測框圖；

圖4為本發(fā)明重復PI控制示意圖；

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1-非線性負載，2-負載電流傳感器，3-電網電壓傳感器，4-690V三相電源，5-主斷路器，6-APF側電流傳感器，7-軟啟動結構，8-主接觸器器，9-軟啟動電阻，10-軟啟動接觸器，11-LCL濾波器，12-濾波電容，13-逆變橋側電抗器，14-網側電抗器，15-二極管鉗位型三電平逆變結構，16-IGBT半橋模塊，17-鉗位二極管，18-母排電容，19-母排直流電壓傳感器，20-放電電阻，21-放電接觸器，22-DSP控制器，23-重復PI控制器，24-邏輯CPLD器件。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明為一種690V三電平三橋臂并聯(lián)型有源濾波器,包括非線性負載1、負載電流傳感器2、電網電壓傳感器3、690V三相電源4、主斷路器5、APF側電流傳感器6、軟啟動電路7、LCL濾波器11和二極管鉗位型三電平拓撲電路15；

非線性負載1通過負載電流傳感器2與主斷路器5連接，690V三相電源4通過電網電壓傳感器3與主斷路器5連接，主斷路器5通過APF側電流傳感器6與軟啟動電路7連接，軟啟動電路7與LCL濾波器11連接，LCL濾波器11與二極管鉗位型三電平拓撲電路15連接。

其中軟啟動電路7包括主接觸器8、軟啟動電阻9和軟啟動接觸器10，軟啟動器電阻9與軟啟動接觸器10串聯(lián)后與主接觸器8并聯(lián)。

其中LCL濾波器11包括濾波電容12、逆變橋側電抗器13和網側電抗器14，逆變橋側電抗器13與網側電抗器14進行串聯(lián)，逆變橋側電抗器13與網側電抗器14的中點并聯(lián)濾波電容12。

其中二極管鉗位型三電平拓撲電路15包括IGBT半橋模塊16、鉗位二極管17、母排電容18、母排直流電壓傳感器19、放電電阻20和放電接觸器21，共有六個IGBT半橋模塊16，構成三組，每組由兩個IGBT半橋模塊16串聯(lián)構成，串聯(lián)后的兩個IGBT半橋模塊16分別與其他兩組進行并聯(lián)，兩個鉗位二極管17串聯(lián)后分別與串聯(lián)的兩IGBT半橋模塊16的中點連接；四個母排電容18構成兩組兩兩串聯(lián)的母排電容18，串聯(lián)后的母排電容18和串聯(lián)后的兩個母排直流電壓傳感器19以及放電電阻20和放電接觸器21串聯(lián)分別與每組IGBT半橋模塊16進行并聯(lián)；兩個鉗位二極管17分別與串聯(lián)的兩母排電容18的中點以及串聯(lián)的兩母排直流電壓傳感器19的中點連接。

負載電流傳感器2、電網電壓傳感器3、APF側電流傳感器6和母排直流電壓傳感器19分別將檢測的電信號發(fā)送至DSP控制器22，DSP控制器22對接收的信號進行處理，DSP控制器22輸出的信號經重復PI控制器23和邏輯CPLD器件24形成12路IGBT驅動信號，輸出的12路IGBT驅動信號傳送至二極管鉗位型三電平拓撲電路15，輸出的12路IGBT驅動信號用于對二極管鉗位型三電平拓撲電路15中的IGBT模塊進行控制。

如圖2所示，采用DSP控制器22和邏輯CPLD器件24作為控制器的電力諧波治理專用設備，由指令電流運算電路和補償電流產生電路兩個主要部分組成，指令電流運算電路實時監(jiān)視非線性負載線路上的電流i_xL，并將模擬電流采樣轉換為數字信號，送入DSP控制器22，DSP控制器22對信號進行處理，提取諧波分量作為補償電流參考值；DSP控制器22通過控制算法跟蹤補償電流參考值并結合邏輯CPLD器件24輸出12路IGBT開關管觸發(fā)信號，通過驅動電路向IGBT送出驅動脈沖，驅動IGBT模塊，產生與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

一種690V有源濾波器控制實現(xiàn)方法，通過采集三相負載電流i_xL(x＝a,b,c，下同)，利用瞬時無功功率理論，通過ip-iq算法檢測出諧波電流參考值i_xh^*，檢測框圖如圖3所示：

其中，

其中重復PI控制實現(xiàn)方法，控制框圖如圖4所示：

圖中I_ref為輸入信號，Ic為輸出信號，e為誤差信號，，Z^-N為周期延遲環(huán)節(jié)，N為一個基波周期的采樣次數，C(z)為重復控制環(huán)路的補償器，E為電網電壓前饋信號，G_PI(z)為PI控制環(huán)節(jié)，G_APF(z)為控制對象，圖中虛線框部分為重復信號發(fā)生器內模，其中設置了濾波器Q(z)，以對周期性干擾產生良好的抑制作用。Q(z)可以為小于1的常數，或者具有低通性質的函數。為減弱積分效果，慣常采用Q(z)＝0.95，即上一周期的輸出量經過衰減0.95倍和當前誤差進行逐基波周期累加，則重復控制器的傳遞函數為：

一般情況下補償器C(z)由重復控制增益K_r、超前環(huán)節(jié)Z^k和濾波器C₁(z)三部分組成：

C(z)＝K_r·z^k·C₁(z)

K_r用來控制穩(wěn)定裕度和誤差收斂速度的合理匹配，取值范圍為0到1；相位補償環(huán)節(jié)Z^k主要用來補償P(z)和C(z)在低頻段引起的相位滯后；C₁(z)為低通濾波器，主要對P(z)進行幅值補償。

由于690V有源濾波器采用二極管鉗位型三電平拓撲電路15，一個橋臂需要4個觸發(fā)脈沖，則該電路同一時刻共需要12個觸發(fā)脈沖；以任一橋臂為例，每項橋臂輸出均有三種狀態(tài)：高電平(輸出電壓為+1/2Udc)，零電平(輸出電壓為0)，低電平(輸出電壓為-1/2Udc)，則每相至少需要兩路高低電平信號來表示三種狀態(tài)，分別對應為10,00,01，因此DSP控制器22共需產生6路獨立PWM輸出信號，再經DSP控制器22譯碼產生12路IGBT觸發(fā)脈沖PWM信號。

本發(fā)明采用飛思卡爾公司MC56F84789芯片和Altera公司EPM1270芯片作為控制板的主要芯片，該DSP芯片的增強型PWM模塊，可以輸出6路獨立的PWM信號，滿足電路對控制信號的要求。

本發(fā)明通過采用二極管鉗位型三電平拓撲電路，降低了IGBT開關管電壓的等級和損耗；通過采用LCL濾波電路，降低濾波電感且提高了濾波效果；采用690V進行諧波以及無功補償的問題，避免諧波引起的有源濾波器諧振問題，通過解決諧波問題，減少損耗以及降低諧波對通訊信號的影響。

以上內容僅僅是對本發(fā)明的構思所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構思或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。