三電平有源電力濾波器技術詳解

一、二極管箝位三電平技術

二極管箝位三電平拓撲由日本學者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的各個領域。二極管箝位三電平拓撲的優勢在于，各個開關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管，組成較高電壓等級的變流器。這個技術現在現已廣泛的運用于中壓大功率交流傳動系統中。選用6500V等級的IGBT或IGCT的三電平中壓變頻器，現已廣泛運用于4.2kV電動機傳動系統。一般三電平技術一般運用于電壓較高、功率較大的系統中，正是由功率器件耐壓有限與變流器系統需求電壓較高的敵對實踐抉擇的。但是咱們應該看到二極管箝位三電平拓撲本身固有的一些優勢。

(1) 用電壓等級較低的開關管構成電壓等級較高的變流器，跟著功率器件技術的不斷展開，市場上現已有6500V的IGBT出售，但是耐壓越高的IGBT其開關損耗越高，最高開關頻率也變得比較低。3300V以上的IGBT開關頻率最高不會逾越5kHz,1200V的IGBT的開關損耗遠大于600V的IGBT。選用低壓IGBT的三電平變流器的開關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速度，或對輸出電流的才干發作了必定的束縛。關于變頻器帶來的則是對電機的沖擊以及較大的軸電流，嚴峻影響著電機的壽數。其他，較高的電壓跳變崎嶇也會發作嚴峻的電磁煩擾，對周邊電子設備發作也重危害。而三電平以其固有的優勢，在很大程度上處理了上述問題。

跟著技術的不斷展開，三電平技術被越來越多的人所重視，一同也將其從中壓大功率領域，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于400V系統運用的集成二極管箝位三電平功率模塊，并有逐步代替傳統兩電平變流器的趨勢。運用于400V領域的成功的三電平產品如下：

(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年德州和能工業自動化有限公司在自主開發的三電平變流器控制技術的基礎上，推出了HEINV系列三電平光伏并網逆變器，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，各項方針均優于同類兩電平產品

(3)2009年德州和能工業自動化有限公司推出了業界第一個三電平有源電力濾波器HESINE系列產品，并取得了巨大的成功。本文將對此系列產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運用于有源電力濾波器領域，國內外許多文獻都有觸及，國內外許多專家學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，有可能是技術不可老到，控制算法過于凌亂，運用本錢高，也可能是企業界對此不可重視，沒有認識到該技術的優勢。德州和能工業自動化有限公司通過對三電平技術的深化研討以及對市場趨勢的正確把握，在業界首要推出了三電平有源電力濾波器產品。