一種電網電壓支撐型模塊化有源電力濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種有源電力濾波器，特別是一種電網電壓支撐型模塊化有源電力濾波器。
【背景技術】
[0002]20世紀以來，電助熔加熱設備、乳機、焊機等非線性工業負載大量使用，向電網注入大量無功及諧波，危及電網穩定性及高精設備使用安全。傳統LC調諧型無源補償裝置因其成本低廉、容量大而得到廣泛使用。但是，其固定阻抗僅能對電能質量問題進行有級調節，因而逐漸被有源電力濾波器取代。
[0003]并聯型有源電力濾波器具備靈活的諧波抑制、無功補償及耦合點電壓調節的能力，因此，被廣泛應用于治理中低壓配電網的電能質量問題。但是，受制于功率器件容量、可靠性及耐壓能力，無冗余有源濾波器普遍存在可靠性差、單機容量低、高壓輔助設備笨重昂貴等問題，這些問題限制了有源濾波器進一步向高壓、大容量、高可靠性要求場合推廣應用。
[0004]近年來，隨著電力電子器件制造技術的發展，常規中低壓電力電子器件的價格已普遍降到合理范圍內，基于全控型電力電子器件的有源濾波及補償設備的性價比優勢較傳統無源裝置更為明顯。同時，隨著客戶生產規模的擴大，用戶側對無功及諧波補償的需求趨增，投入額外的補償機組勢在必行。如何有效利用現有濾波及補償裝置，在投入新的設備同時，保證新組建系統的性能、穩定性、可靠性，是控制用戶補償成本及設備商生產成本和運維成本的關鍵問題。
[0005]模塊化有源電力濾波器作為大容量補償需求的解決方案之一，具備補償方式靈活的特點，可根據補償容量需求，靈活增減模塊。同時，模塊化的結構有利于產品的標準化和大規模生產，可靠性更高，便于現場維護。但是，受制于電網參數變化，傳統模塊化有源電力濾波器難以滿足高壓大容量的補償需求，其致因包括兩方面:其一，傳統模塊化有源電力濾波器普遍以低壓電氣標準設計，用于中高壓補償需增設耦合變壓器，增加了設備體積及成本的同時，破壞了模塊化設計的一致性原則;其二，受制于電網參數影響，并聯模塊數量有限，擴容能力受限。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是要提供一種滿足高壓、大容量、高可靠性補償的電網電壓支撐型模塊化有源電力濾波器，解決傳統模塊化有源電力濾波器于弱電網運行時擴容能力受限的問題。
[0007]為實現上述實用新型目的的技術方案:該有源電力濾波器由功率主電路、檢測采樣裝置和控制驅動部分組成;所述功率主電路由電網電壓支撐部分與有源濾波部分串聯組成;所述檢測采樣裝置的輸入側分別接于耦合點電網側母線、耦合點負載側配電線、有源濾波部分輸出側及直流側，其輸出側與控制驅動部分相連;所述控制驅動部分輸入側與檢測采樣裝置輸出側相連，其輸出側與功率器件相連。
[0008]所述功率主電路中電網電壓支撐部分，每相主電路由η個H橋單元串聯組成，η為自然數，據電網電壓等級選取;所述功率主電路中有源濾波部分，由m個全橋逆變單元組成，m為自然數，據補償容量需求選取;所述H橋單元由2個橋臂及I個電容并聯組成，各橋臂由2個全控型功率器件串聯組成，各橋臂中點為H橋單元接口 ；所述全橋逆變單元由3個橋臂及I個電容并聯組成，各橋臂由2個全控型功率器件串聯組成，各橋臂中點為全橋逆變單元輸出接口，接口串聯相同濾波電感L。
[0009]所述檢測采樣裝置由3路電網電壓采集裝置、3路負載電流采集裝置、3m路有源濾波部分輸出電流采集裝置及3n+m路直流側電容電壓采集裝置組成;所述電網電壓采集裝置安裝于公共耦合點電網側;所述負載電流采集裝置安裝于公共耦合點負載側;所述有源濾波部分輸出電流采集裝置分別安裝于有源濾波部分m個全橋逆變單元輸出側;所述直流側電容電壓采集裝置分別安裝于3n個H橋單元和m個全橋逆變單元直流側;所述的m為自然數；所述的η為自然數。
[0010]所述控制驅動部分(4)由數字信號處理器(Digital Signal Processor, DSP)
(5)、現場可編程門陣列(FieId-ProgrammabIe Gate Array,FPGA) (6)及驅動電路(7)組成，DSP與FPGA通過輸入/輸出(Imput/Output，I/O)端口直連，FPGA與驅動電路通過光電隔離裝置(8)耦合;所述控制驅動部分輸入為3路電網電壓采樣信號、3(m+l)路電流采樣信號及3n+m路直流側電容電壓采樣信號;所述采樣信號經模擬/數字(Analog/Digital，A/D)轉換輸入DSP及FPGA，經處理輸出6n+3m路開關狀態信號；所述開關狀態信號經光纖傳遞至驅動電路，控制驅動部分輸出12η路H橋脈沖寬度調制(Pulse-Width Modulat1n,PffM)驅動脈沖及6m路全橋PffM驅動脈沖，分別連接到電壓支撐部分和有源濾波部分功率器件，并控制電壓支撐部分跟蹤輸出耦合點電壓，控制有源濾波部分跟蹤輸出諧波電流;所述的m為自然數；所述的η為自然數。
[0011 ]有益效果，由于采用了上述方案，通過電網電壓支撐部分實現有源濾波部分與電網的軟隔離，降低有源濾波部分功率器件的耐壓等級，提升有源濾波部分抗干擾能力，通過模塊化H橋級聯和模塊化全橋逆變單元并聯，降低電網電壓部分功率器件耐壓等級，提升有源濾波容量和冗余度，同時通過載波移相調制和改進型模型預測控制算法提高整機諧波特性。
[0012].相對于傳統全橋式有源電力濾波器，本實用新型采用模塊化設計，冗余程度高、可靠性強、擴展方便、易于維護且通用性更強。
[0013].相對于傳統全橋式模塊化有源電力濾波器，本實用新型能實現有源濾波單元與電網的軟隔離，擴容并聯運行不受電網側參數及電網電壓波動影響。
[0014].相對于傳統全橋式有源電力濾波器，本實用新型在高壓場合運行無需耦合變壓器，設備體積縮減，功率密度提升。
[0015].相對于傳統全橋式有源電力濾波器，本實用新型直流側電壓需求低，器件耐壓及容量要求低。
[0016].相對于傳統全橋式有源電力濾波器，本實用新型等效開關頻率高，諧波特性優良。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的電網電壓支撐型模塊化有源電力濾波器結構示意圖。
[0018]圖2是本實用新型的電網電壓支撐型模塊化有源電力濾波器控制及驅動部分結構圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對技術方案實施作進一步的詳細描述:
[0020]網壓支撐型模