三電平有源電力濾波器技術(shù)詳解

一、二極管箝位三電平技術(shù)

二極管箝位三電平拓撲由日本學(xué)者Nabae. A 等人在1980 年提出，通過近30年的展開，廣泛運用于電力電子技術(shù)的各個領(lǐng)域。二極管箝位三電平拓撲的優(yōu)勢在于，各個開關(guān)管承受的反向電壓為直流母線電壓的一半，能夠用較低電壓等級的開關(guān)管，組成較高電壓等級的變流器。這個技術(shù)現(xiàn)在現(xiàn)已廣泛的運用于中壓大功率交流傳動系統(tǒng)中。選用6500V等級的IGBT或IGCT的三電平中壓變頻器，現(xiàn)已廣泛運用于4.2kV電動機傳動系統(tǒng)。一般三電平技術(shù)一般運用于電壓較高、功率較大的系統(tǒng)中，正是由功率器件耐壓有限與變流器系統(tǒng)需求電壓較高的敵對實踐抉擇的。但是咱們應(yīng)該看到二極管箝位三電平拓撲本身固有的一些優(yōu)勢。

(1) 用電壓等級較低的開關(guān)管構(gòu)成電壓等級較高的變流器，跟著功率器件技術(shù)的不斷展開，市場上現(xiàn)已有6500V的IGBT出售，但是耐壓越高的IGBT其開關(guān)損耗越高，最高開關(guān)頻率也變得比較低。3300V以上的IGBT開關(guān)頻率最高不會逾越5kHz,1200V的IGBT的開關(guān)損耗遠大于600V的IGBT。選用低壓IGBT的三電平變流器的開關(guān)損耗遠低于相同電壓等級選用高壓IGBT的兩電平變流器，一同前者能夠到達的開關(guān)頻率也高于后者。

(2) 能夠輸出三種電平。二極管箝位三電平變流器能夠輸出正母線電壓、負母線電壓以及零電壓(簡稱P、N、O),一般情況下輸出電壓在P-O、O-N之間跳變，特別情況下會出現(xiàn)P-N跳變，而兩電平變流器只能在P-N之間跳變。也就是說三電平的電壓跳變崎嶇為直流母線電壓的一半，而兩電平的為直流母線電壓。高的電壓跳變崎嶇對并網(wǎng)逆變器或有源電力濾波器帶來的是較高的紋波電流，為了克制紋波電流，需求較大的輸出電感和濾波電容，由此帶來了較高的紋波電流損耗。一同由于輸出濾波電感電容也降低了電流響應(yīng)速度，或?qū)敵鲭娏鞯牟鸥砂l(fā)作了必定的束縛。關(guān)于變頻器帶來的則是對電機的沖擊以及較大的軸電流，嚴(yán)峻影響著電機的壽數(shù)。其他，較高的電壓跳變崎嶇也會發(fā)作嚴(yán)峻的電磁煩擾，對周邊電子設(shè)備發(fā)作也重危害。而三電平以其固有的優(yōu)勢，在很大程度上處理了上述問題。

跟著技術(shù)的不斷展開，三電平技術(shù)被越來越多的人所重視，一同也將其從中壓大功率領(lǐng)域，引進到400V的低壓小功率運用之中，各個世界聞名功率器件廠家推出了許多適應(yīng)于400V系統(tǒng)運用的集成二極管箝位三電平功率模塊，并有逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)兩電平變流器的趨勢。運用于400V領(lǐng)域的成功的三電平產(chǎn)品如下：

(1)2008年日本安川電機推出了Varispeed G7系列通用矢量變頻器，其400V產(chǎn)品選用三菱的三電平功率模塊，并在運用中取得了巨大成功。

(2)2009年德州和能工業(yè)自動化有限公司在自主開發(fā)的三電平變流器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，推出了HEINV系列三電平光伏并網(wǎng)逆變器，前端選用對稱BOOST進行最大功率點盯梢，逆變器選用二極管箝位三電平拓撲，兩者相互配合，選用Semikron的三電平功率模塊，各項方針均優(yōu)于同類兩電平產(chǎn)品

(3)2009年德州和能工業(yè)自動化有限公司推出了業(yè)界第一個三電平有源電力濾波器HESINE系列產(chǎn)品，并取得了巨大的成功。本文將對此系列產(chǎn)品做一個較為詳細的闡明。

二、Hesine系列有源電力濾波器

將二極管箝位三電平技術(shù)運用于有源電力濾波器領(lǐng)域，國內(nèi)外許多文獻都有觸及，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對此都進行了比較深化的研討，也提出了許多新的算法。但是，三電平有源電力濾波器一直沒有從實驗室走向市場。究其原因，有可能是技術(shù)不可老到，控制算法過于凌亂，運用本錢高，也可能是企業(yè)界對此不可重視，沒有認識到該技術(shù)的優(yōu)勢。德州和能工業(yè)自動化有限公司通過對三電平技術(shù)的深化研討以及對市場趨勢的正確把握，在業(yè)界首要推出了三電平有源電力濾波器產(chǎn)品。