全文摘要
本实用新型公开了一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，涉及有源滤波技术领域，包括电压检测、电流检测、DSP控制器、直流侧电压检测、驱动电路、双Z源NPC型五电平逆变器、电抗器。所述的一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，主电路采用双Z源NPC型五电平逆变器，避免死区的影响，允许桥臂直通，提高了逆变器的稳定性；由于实现双Z源逆变器的直通状态，达到提高直流电压利用率的目的；并且减小开关频率、损耗及电平跳变，使系统更为稳定运行。本实用新型具有谐波抑制能力强、成本更低、大大提升了应用有源滤波器的可靠性，有较为广阔的应用前景。
主设计要求
1.一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，其特征在于：包括电压检测（1）、电流检测（2）、DSP控制器（3）、直流侧电压检测（4）、驱动电路（5）、双Z源NPC型五电平逆变器（6）、电抗器（7），所述电压检测（1）与负载连接，并且与DSP控制器（3）连接，所述电流检测（2）与负载连接，并且与DSP控制器（3）连接，所述直流侧电压检测（4）与双Z源NPC型五电平逆变器（6）连接，并且与DSP控制器（3）连接，所述DSP控制器（3）输出端通过驱动电路（5）与双Z源NPC型五电平逆变器（6）连接，所述双Z源NPC型五电平逆变器（6）通过电抗器（7）与电网连接。
设计方案
1.一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，其特征在于：包括电压检测（1）、电流检测（2）、DSP控制器（3）、直流侧电压检测（4）、驱动电路（5）、双Z源NPC型五电平逆变器（6）、电抗器（7），所述电压检测（1）与负载连接，并且与DSP控制器（3）连接，所述电流检测（2）与负载连接，并且与DSP控制器（3）连接，所述直流侧电压检测（4）与双Z源NPC型五电平逆变器（6）连接，并且与DSP控制器（3）连接，所述DSP控制器（3）输出端通过驱动电路（5）与双Z源NPC型五电平逆变器（6）连接，所述双Z源NPC型五电平逆变器（6）通过电抗器（7）与电网连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，其特征在于：所述双Z源NPC型五电平逆变器（6）由两个Z源和三相桥臂构成，两个Z源由电感和电容呈X型连接，三相桥臂的每个桥臂结构相同，每一相由8个开关管和6个二极管构成。
3.根据权利要求2所述的一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，其特征在于：所述三相桥臂的每个桥臂结构相同，以A相为例，开关管SA5<\/sub>与SA6<\/sub>的中点通过二极管DA1<\/sub>和DA4<\/sub>与开关管SA1<\/sub>与SA2<\/sub>的中点进行连接，开关管SA6<\/sub>与SA7<\/sub>的中点通过二极管DA2<\/sub>和DA5<\/sub>与开关管SA2<\/sub>与SA3<\/sub>的中点进行连接，开关管SA7<\/sub>与SA8<\/sub>的中点通过二极管DA3<\/sub>和DA6<\/sub>与开关管SA3<\/sub>与SA4<\/sub>的中点进行连接，开关管SA4<\/sub>与SA5<\/sub>的中点通过电抗器（7）与负载进行连接。
设计说明书
技术领域：
本实用新型涉及一种电力滤波器，具体涉及一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，属于有源滤波技术领域。
背景技术：
由于非线性负载的存在会给电网电流造成严重的畸变。畸变的电流作用到电网内阻上又会产生畸变的压降，然后导致电压的畸变。畸变是因为信号中同时含有与电网频率相同的基波分量和频率为基波倍数的谐波分量。谐波会增加电力设施负荷，造成设备浪费和电能损失，还会引起计量误差，影响设备的正常运行。有源电力滤波器的优点是高度可控和响应速度快，能针对谐波频率和幅值的变化进行补偿，因而成为目前国内外电网系统谐波治理研究的热点之一。主电路采用双Z源NPC型五电平逆变器，避免死区的影响，允许桥臂直通，提高了逆变器的稳定性；由于实现双Z源逆变器的直通状态，达到提高直流电压利用率的目的；并且减小开关频率、损耗及电平跳变，使系统更为稳定运行。
实用新型内容：
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，主电路采用双Z源NPC型五电平逆变器，在输出功率高、谐波含量小、功率因数高等方面存在显著优势；实现双Z源逆变器的直通状态，达到提高直流电压利用率的目的；减小开关频率、损耗及电平跳变，使系统更为稳定运行。本实用新型具有减小开关频率、损耗、安全可靠、谐波抑制能力强等优点，具有非常广阔的应用性。
为实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案实现：
一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器，其特征在于：包括电压检测(1)、电流检测(2)、 DSP控制器(3)、直流侧电压检测(4)、驱动电路(5)、双Z源NPC型五电平逆变器(6)、电抗器(7)。所述电压检测(1)与负载连接，并且与DSP控制器(3)连接，所述电流检测(2)与负载连接，并且与DSP控制器(3)连接，所述直流侧电压检测(4)与双Z源NPC 型五电平逆变器(6)连接，并且与DSP控制器(3)连接，所述DSP控制器(3)输出端通过驱动电路(5)与双Z源NPC型五电平逆变器(6)连接，所述双Z源NPC型五电平逆变器(6)通过电抗器(7)与电网连接。
所述电压检测、电流检测主要为了实现对谐波进行准确、实时的检测，所述驱动模块，将脉冲信号放大驱动双Z源NPC型五电平逆变器开关管；所述双Z源NPC型五电平逆变器，产生与谐波电流幅值相等、方向相反的补偿电流，以此注入电网中，以消除谐波电流。
进一步，所述双Z源NPC型五电平逆变器(6)由两个Z源和三相桥臂构成，两个Z 源由电感和电容呈X型连接，三相桥臂的每个桥臂结构相同，每一相由8个开关管和6个二极管构成。所述三相桥臂的每个桥臂结构相同，以A相为例，开关管S A5<\/sub>与SA6<\/sub>的中点通过二极管DA1<\/sub>和DA4<\/sub>与开关管SA1<\/sub>与SA2<\/sub>的中点进行连接，开关管SA6<\/sub>与SA7<\/sub>的中点通过二极管 D A2<\/sub>和DA5<\/sub>与开关管SA2<\/sub>与SA3<\/sub>的中点进行连接，开关管SA7<\/sub>与SA8<\/sub>的中点通过二极管DA3<\/sub>和 D A6<\/sub>与开关管SA3<\/sub>与SA4<\/sub>的中点进行连接，开关管SA5<\/sub>与SA6<\/sub>的中点通过电抗器(7)与负载进行连接。
具体地，分别利用电压检测(1)和电流检测(2)对负载进行检测，将采集到的信号送入DSP控制器(3)，利用直流侧电压检测(4)对双Z源NPC型五电平逆变器(6)的直流侧电压进行实时检测，将采集到的信号送入DSP控制器(3)；将直流侧电容电压值与给定值的差值，经过PI调节后，与电压相位信号相乘，得到电流的设定值，检测电源电流后与上述设定值的差值，得到脉冲信号；通过驱动电路(5)将脉冲信号进行放大处理，以此驱动有源滤波器的主电路双Z源NPC型五电平逆变器(6)的开关器件的开通和关断；使其输出与检测的谐波大小相等，方向相反的电流分量，有源滤波器的主电路双Z源NPC型五电平逆变器(6)通过电抗器(7)与电网相连，产生补偿电流消除电网中谐波。
进一步，所述DSP控制器采用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片。
进一步，所述电压检测模块采用宇波模块CHV-25P霍尔电压传感器；所述电流检测模块采用宇波模块CHB-25NP霍尔电流传感器；所述驱动模块采用HCNW3120隔离驱动芯片；所述的逆变主电路的开关器件选用型号为IRL520N的MOSFET。
实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型主电路采用双Z源NPC 型五电平逆变器，在输出功率高、谐波含量小、功率因数高等方面存在显著优势；实现双Z源逆变器的直通状态，达到提高直流电压利用率的目的；减小开关频率、损耗及电平跳变，使系统更为稳定运行。本实用新型具有设计简单、易于控制、安全可靠、谐波抑制能力强等优点，具有非常广阔的应用性。
附图说明：
图1是本实用新型所述的一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器的原理结构图。
图中：1-电压检测；2-电流检测；3-DSP控制器；4-直流侧电压检测；5-驱动电路；6-双Z源NPC型五电平逆变器；7-电抗器。
图2是本实用新型所述的一种新型双Z源NPC型五电平有源滤波器的双Z源NPC型五电平逆变器结构图。
图中：6-双Z源NPC型五电平逆变器；7-电抗器。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图1，本实用新型中的有源滤波器包括：1-电压检测；2-电流检测；3-DSP控制器；4-直流侧电压检测；5-驱动电路；6-双Z源NPC型五电平逆变器；7-电抗器。
其中，所述电压检测(1)与负载连接，并且与DSP控制器(3)连接，所述电流检测(2)与负载连接，并且与DSP控制器(3)连接，所述直流侧电压检测(4)与双Z源NPC 型五电平逆变器(6)连接，并且与DSP控制器(3)连接，所述DSP控制器(3)输出端通过驱动电路(5)与双Z源NPC型五电平逆变器(6)连接，所述双Z源NPC型五电平逆变器(6)通过电抗器(7)与电网连接。
具体地，本实用新型提供的双Z源NPC五电平逆变器可以正常工作在三种状态:非直通状态、上直通状态和下直通状态。以A相为例，上直通状态时：SA1<\/sub>、SA2<\/sub>、SA3<\/sub>、SA4<\/sub>和SA5<\/sub>导通，同时DA4<\/sub>导通提供回路，DA1<\/sub>关断，下Z源网络工作在非直通状态。下直通状态时： S A5<\/sub>、SA6<\/sub>、SA7<\/sub>、SA8<\/sub>和SA3<\/sub>导通，同时DA3<\/sub>导通提供回路，DA5<\/sub>关断，上Z源网络工作在非直通状态。
具体地，分别利用电压检测(1)和电流检测(2)对负载进行检测，将采集到的信号送入DSP控制器(3)，利用直流侧电压检测(4)对双Z源NPC型五电平逆变器(6)的直流侧电压进行实时检测，将采集到的信号送入DSP控制器(3)；将直流侧电容电压值与给定值的差值，经过PI调节后，与电压相位信号相乘，得到电流的设定值，检测电源电流后与上述设定值的差值，得到脉冲信号；通过驱动电路(5)将脉冲信号进行放大处理，以此驱动有源滤波器的主电路双Z源NPC型五电平逆变器(6)的开关器件的开通和关断；使其输出与检测的谐波大小相等，方向相反的电流分量，有源滤波器的主电路双Z源NPC型五电平逆变器(6)通过电抗器(7)与电网相连，产生补偿电流消除电网中谐波。
所述电流检测模块中的传感器采用宇波模块CHB-25NP型号的霍尔电流传感器。所述电压检测模块中的传感器采用宇波模块CHV-25P型号的霍尔电压传感器。所述电抗器(7)由参数相同的电感组成。所述驱动模块(5)采用HCNW3120隔离驱动芯片。所述DSP控制器(3)采用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片。
上述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920295302.4
申请日:2019-03-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:93(哈尔滨)
授权编号:CN209545152U
授权时间:20191025
主分类号:H02J 3/01
专利分类号:H02J3/01
范畴分类:37P;
申请人:哈尔滨理工大学
第一申请人:哈尔滨理工大学
申请人地址:150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号哈尔滨理工大学
发明人:李文娟;黄绍斌
第一发明人:李文娟
当前权利人:哈尔滨理工大学
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计