基于高频隔离交交直接变换器及偶次谐波调制技术的有源滤波器

摘要

本发明公开一种基于高频隔离交交直接变换器及偶次谐波调制技术的有源滤波器(APF)，其主电路由推挽正激式高频隔离交交直接变换器和传统无功补偿电容器构成，可进行无功和谐波的综合补偿。相对于传统有源滤波器的基于逆变器拓扑，本发明的有源滤波器没有直流储能装置，仅使用传统无功补偿电容器，整个器件价格更低廉；同时可实现了补偿电容器和电网侧的电气隔离，可靠性更高；并且改变高频变压器变比，相同电压等级和补偿电容器的客观条件下整个器件的补偿容量有更大的自主选择性。

主权项

一种基于高频隔离交交直接变换器及偶次谐波调制技术的有源滤波器，其特征在于：具有三相APF主功率电路，其中每个单相APF主功率电路采用推挽正激式高频隔离交交直接变换器与电容器并联，每个推挽正激式高频隔离交交直接变换器包括交流输入单元(1)、输入滤波器(2)、高频隔离式推挽正激变换单元(3)、周波变换器(4)、输出滤波器(5)和输出交流电容负载(6)；交流输入单元(1)与输入滤波器(2)一端连接，输入滤波器(2)另一端与高频隔离式推挽正激变换单元(3)一端连接，高频隔离式推挽正激变换单元(3)另一端与连接周波变换器(4)一端连接，周波变换器(4)另一端与输出滤波器(5)一端连接，输出滤波器(5)另一端与输出交流电容负载(6)连接；其中：输入滤波器(2)包括滤波电感(L_i)和滤波电容(C_i)；滤波电感(L_i)一端与交流交流输入单元(1)正极相连，另一端与滤波电容(C_i)一端相连；滤波电容(C_i)另一端与交流输入单元(1)负极相连；高频隔离式推挽正激变换单元(3)包括第一双向开关管(S_A)、第二双向功率开关管(S_B)、高频变压器和箝位电容(C_s)；所述的第一双向功率开关管(S_A)和第二双向功率开关管(S_B)都是由两个单个的功率开关管反向串联而构成承受正向、反向的电压应力和电流应力的开关，具有双向阻断功能；第一双向功率开关管(S_A)包括第一功率开关管(S_1a)，第一二极管(V_1a)，第二功率开关管(S_1b)，第二二极管(V_1b)，第一功率开关管(S_1a)的漏极和第一二极管(V_1a)的阴极相连作为第一双向开关管(S_A)的一端，第一功率开关管(S_1a)的阳极、第一二极管(V_1a)阳极、第二功率开关管(S_1b)的源极、第二二极管(V_1b)的阳极连在一起，第二功率开关管(S_1b)的漏极和第二二极管(V_1b)的阴极相连作为第一双向功率开关管(S_A)的另一端；第二双向功率开关管(S_B)包括第三功率开关管(S_1c)，第三二极管(V_1c)，第四功率开关管(S_1d)，第四二极管(V_1d)；第三功率开关管(S_1c)的漏极和第三二极管(V_1c)的阴极相连作为第二双向开关管(S_B)的一端，第三功率开关管(S_1c)的阳极、第三二极管(V_1c)阳极、第四功率开关管(S_1d)的源极、第四二极管(V_1d)的阳极连在一起，第四功率开关管(S_1d)的漏极和第四二极管(V_1d)的阴极相连作为第二双向功率开关管(S_B)的另一端；高频变压器包括高频隔离变压器第一原边绕组(T_p1)，高频隔离变压器第二原边绕组(T_p2)，高频隔离变压器第一副边绕组(T_s1)，高频隔离变压器第二副边绕组(T_s2)；第一双向功率开关管(S_A)的一端与高频隔离变压器第二原边绕组(T_p1)的非同名端相连，第一双向功率开关管(S_A)的另一端与箝位电容(C_s)的一端和高频隔离变压器第一原边绕组(T_p1)的同名端相连；箝位电容(C_s)另一端与高频隔离变压器第二原边绕组(T_p1)的同名端和第二双向功率开关管(S_B)的一端相连，第二双向功率开关管(S_B)的另一端与高频隔离变压器第一原边绕组(T_p1)的非同名端相连；周波变换器(4)包括第三双向开关管(S_C)和第四双向功率开关管(S_D)；第三双向功率开关管(S_C)包括第五功率开关管(S_2a)，第五二极管(V_2a)，第六功率开关管(S_2b)，第六二极管(V_2b)，第五功率开关管(S_2a)的漏极和第五二极管(V_2a)的阴极相连作为第三双向开关管(S_C)的一端，第五功率开关管(S_2a)的阳极、第五二极管(V_2a)阳极、第六功率开关管(S_2b)的源极、第六二极管(V_2b)的阳极连在一起，第六功率开关管(S_2b)的漏极和第六二极管(V_2b)的阴极相连作为第三双向功率开关管(S_C)的另一端；第四双向功率开关管(S_D)包括第七功率开关管(S_2c)，第七二极管(V_2c)，第八功率开关管(S_2d)，第八二极管(V_2d)；第七功率开关管(S_2c)的漏极和第七二极管(V_2c)的阴极相连作为第四双向开关管(S_D)的一端，第七功率开关管(S_2c)的阳极、第七二极管(V_2c)阳极、第八功率开关管(S_2d)的源极、第八二极管(V_2d)的阳极连在一起，第八功率开关管(S_2d)的漏极和第八二极管(V_2d)的阴极相连作为第四双向功率开关管(S_D)的另一端；第三双向功率开关管(S_C)的一端与高频隔离变压器第一副边绕组(T_s1)的同名端相连，第三双向功率开关管(S_C)的另一端与第四双向功率开关管(S_D)的另一端连接，第四双向功率开关管(S_D)的一端与高频隔离变压器第二副边绕组(T_s2)的非同名端与相连，第四双向功率开关管(S_D)的另一端与第三双向功率开关管(S_C)的另一端连接；输出滤波器(5)包含输出滤波电容(C_f)和输出滤波电感(L_f)，输出滤波电感(L_f)一端与第三双向功率开关管(S_C)的一端相连，另一端与输出滤波电容(C_f)一端相连；滤波电容(C_i)另一端与高频隔离变压器第二副边绕组(T_s2)的同名端、高频隔离变压器第一副边绕组(T_s1)的非同名端连接；输出交流电容负载(6)包含电容器(C)，电容器(C)的一端和输出滤波电容(C_f)的一端连接，电容器(C)的另一端和输出滤波电容(C_f)的另一端连接；其中，所述的三相APF主功率电路按照Y型连接方式并联接入电网，电网为三相三线制，中性点直接接地，APF主功率电路中对应三个推挽正激式高频隔离交交直接变换器经过输入滤波器的对应滤波电感L_i并入电网，接入点和无功负载以及非线性负载一样，为电网的公共连接点；三个交交变换器的另一端直接相连，作为负载的中性点。