一种级联H桥有源滤波器的直流侧电容电压的平衡控制方法.pdfVIP

一种级联H 桥有源滤波器的直流侧电容电压的平衡控 制方法 钱伟杰，王建赜 哈尔滨工业大学电气工程及其自动化，黑龙江哈尔滨(150001) E-mail ：qian_weijie@163.com 摘 要： 由于级联 H 桥拓扑结构在高功率场合应用时的诸般优点，级联 H 桥有源滤波器成 为了高压有源滤波器研究的焦点之一。为了更好地解决级联 H桥有源滤波器各直流侧电容电 压的平衡问题，本文在分析了整个装置和各 H桥单元的功率平衡的基础上，给出了一种控制 方法来平衡级联 H桥有源滤波器的直流侧电压。 关键词：有源滤波器，级联 H桥，直流侧平衡 中图分类号：TM930.1 1. 引 言 由于大功率，高耐压的电力电子器件所应许的开关频率往往比较低，所以电力有源滤波 器的功率等级的提高和其自身谐波产生量的减少一直是一个制约有源滤波器在高功率场合 应用的瓶颈，而级联 H 桥有源滤波器通过多个独立的 H 桥单元的串联分压很好地解决了这 [1] 一问题，并被证明是切实可行的方案 。 由于各 H 桥硬件本身或者软件控制的差异带来的直流侧的不平衡严重地影响着有源滤 波器的滤波效果，如何解决级联 H 桥有源滤波器各直流侧的不平衡成为了专家们研究的重 要内容：文献[2]指出各 H 桥通过外部功率交换来调节直流侧平衡，但是没有给出任何机理； 文献[3]通过控制各 H 桥单元的输出电压相角来调节直流侧电压平衡；文献[4]则通过外部直 流或交流母线来交换各直流侧功率来调节电压平衡；文献[5]通过在各 H 桥的输出电压上叠 加一定的电压微调量来控制各直流侧电压的平衡；文献[6]指出各 H 桥在低频段利用有选择 性谐波消除控制技术可以调节各直流侧电压平衡。 本文在系统地分析了级联 H 桥有源滤波器功率平衡的基础上，提出了一种各 H 桥直流 侧电压平衡控制方法，并在 Matlab/simulink 环境下进行了仿真验证。 2. 级联H桥有源滤波器的功率平衡分析 单相级联 H 桥有源滤波器的结构如图 1 所示：由n （n ≥2 ）个H 桥单元串联组成的有 源滤波器通过忽略电阻的电抗L 连接到系统电压为 V 的电网上，由于引起各 H 桥直流侧电 s s 压 V (i 1,2...n) 不平衡的主要是各 H 桥的并联有功损耗，所以将串联有功损耗忽略了，并将 ci 并联有功损耗用与电容的并联电阻Ri 的有功损耗来代替，通过对电容的并联电阻阻值的不 同取值来模拟H 桥之间不同的有功损耗，i 为级联 H 桥有源滤波器的补偿电流。 s - 1 - 图 1 单相级联 H 桥模型 在整个装置稳定工作的时候，每一个周期内，有源滤波器满足以下的功率等式： t +T 0 V * i dt P (1)