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?fù)溆扇毡緦W(xué)者Nabae. A 等人在1980 年提出，通過(guò)近30年的展開(kāi)，廣泛運(yùn)用于電力電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。二極管箝位三電平拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)在于，各個(gè)開(kāi)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(jí)的開(kāi)關(guān)管，組成較高電壓等級(jí)的變流器。這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在現(xiàn)已廣泛的運(yùn)用于中壓大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中。選用6500V等級(jí)的IGBT或IGCT的三電平中壓變頻器，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于4.2kV電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)。一般三電平技術(shù)一般運(yùn)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(duì)實(shí)踐抉擇的。但是咱們應(yīng)該看到二極管箝位三電平拓?fù)浔旧砉逃械囊恍﹥?yōu)勢(shì)。

(1) 用電壓等級(jí)較低的開(kāi)關(guān)管構(gòu)成電壓等級(jí)較高的變流器，跟著功率器件技術(shù)的不斷展開(kāi)，市場(chǎng)上現(xiàn)已有6500V的IGBT出售，但是耐壓越高的IGBT其開(kāi)關(guān)損耗越高，最高開(kāi)關(guān)頻率也變得比較低。3300V以上的IGBT開(kāi)關(guān)頻率最高不會(huì)逾越5kHz,1200V的IGBT的開(kāi)關(guān)損耗遠(yuǎn)大于600V的IGBT。選用低壓IGBT的三電平變流器的開(kāi)關(guān)損耗遠(yuǎn)低于相同電壓等級(jí)選用高壓IGBT的兩電平變流器，一同前者能夠到達(dá)的開(kāi)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(fù)母線電壓以及零電壓(簡(jiǎn)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(huì)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(shuō)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(duì)并網(wǎng)逆變器或有源電力濾波器帶來(lái)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(lái)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(lái)的則是對(duì)電機(jī)的沖擊以及較大的軸電流，嚴(yán)峻影響著電機(jī)的壽數(shù)。其他，較高的電壓跳變崎嶇也會(huì)發(fā)作嚴(yán)峻的電磁煩擾，對(duì)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(shì)，在很大程度上處理了上述問(wèn)題。

跟著技術(shù)的不斷展開(kāi)，三電平技術(shù)被越來(lái)越多的人所重視，一同也將其從中壓大功率領(lǐng)域，引進(jìn)到400V的低壓小功率運(yùn)用之中，各個(gè)世界聞名功率器件廠家推出了許多適應(yīng)于400V系統(tǒng)運(yùn)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(shì)。運(yùn)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(jī)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(yùn)用中取得了巨大成功。

(2)2009年德州和能工業(yè)自動(dòng)化有限公司在自主開(kāi)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(duì)稱BOOST進(jìn)行最大功率點(diǎn)盯梢，逆變器選用二極管箝位三電平拓?fù)洌瑑烧呦嗷ヅ浜希x用Semikron的三電平功率模塊，各項(xiàng)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(dòng)化有限公司推出了業(yè)界第一個(gè)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(duì)此系列產(chǎn)品做一個(gè)較為詳細(xì)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(yùn)用于有源電力濾波器領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外許多文獻(xiàn)都有觸及，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)此都進(jìn)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(méi)有從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。究其原因，有可能是技術(shù)不可老到，控制算法過(guò)于凌亂，運(yùn)用本錢高，也可能是企業(yè)界對(duì)此不可重視，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。德州和能工業(yè)自動(dòng)化有限公司通過(guò)對(duì)三電平技術(shù)的深化研討以及對(duì)市場(chǎng)趨勢(shì)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。