三电平有源电力滤波器技术详解

一、二极管箝位三电平技术

二极管箝位三电平拓扑由日本学者Nabae. A 等人在1980 年提出，通过近30年的展开，广泛运用于电力电子技术的各个领域。二极管箝位三电平拓扑的优势在于，各个开关管承受的反向电压为直流母线电压的一半，能够用较低电压等级的开关管，组成较高电压等级的变流器。这个技术现在现已广泛的运用于中压大功率交流传动系统中。选用6500V等级的IGBT或IGCT的三电平中压变频器，现已广泛运用于4.2kV电动机传动系统。一般三电平技术一般运用于电压较高、功率较大的系统中，正是由功率器件耐压有限与变流器系统需求电压较高的敌对实践抉择的。但是咱们应该看到二极管箝位三电平拓扑本身固有的一些优势。

(1) 用电压等级较低的开关管构成电压等级较高的变流器，跟着功率器件技术的不断展开，市场上现已有6500V的IGBT出售，但是耐压越高的IGBT其开关损耗越高，最高开关频率也变得比较低。3300V以上的IGBT开关频率最高不会逾越5kHz,1200V的IGBT的开关损耗远大于600V的IGBT。选用低压IGBT的三电平变流器的开关损耗远低于相同电压等级选用高压IGBT的两电平变流器，一同前者能够到达的开关频率也高于后者。

(2) 能够输出三种电平。二极管箝位三电平变流器能够输出正母线电压、负母线电压以及零电压(简称P、N、O),一般情况下输出电压在P-O、O-N之间跳变，特别情况下会出现P-N跳变，而两电平变流器只能在P-N之间跳变。也就是说三电平的电压跳变崎岖为直流母线电压的一半，而两电平的为直流母线电压。高的电压跳变崎岖对并网逆变器或有源电力滤波器带来的是较高的纹波电流，为了克制纹波电流，需求较大的输出电感和滤波电容，由此带来了较高的纹波电流损耗。一同由于输出滤波电感电容也降低了电流响应速度，或对输出电流的才干发作了必定的束缚。关于变频器带来的则是对电机的冲击以及较大的轴电流，严峻影响着电机的寿数。其他，较高的电压跳变崎岖也会发作严峻的电磁烦扰，对周边电子设备发作也重危害。而三电平以其固有的优势，在很大程度上处理了上述问题。

跟着技术的不断展开，三电平技术被越来越多的人所重视，一同也将其从中压大功率领域，引进到400V的低压小功率运用之中，各个世界闻名功率器件厂家推出了许多适应于400V系统运用的集成二极管箝位三电平功率模块，并有逐步代替传统两电平变流器的趋势。运用于400V领域的成功的三电平产品如下：

(1)2008年日本安川电机推出了Varispeed G7系列通用矢量变频器，其400V产品选用三菱的三电平功率模块，并在运用中取得了巨大成功。

(2)2009年德州和能工业自动化有限公司在自主开发的三电平变流器控制技术的基础上，推出了HEINV系列三电平光伏并网逆变器，前端选用对称BOOST进行最大功率点盯梢，逆变器选用二极管箝位三电平拓扑，两者相互配合，选用Semikron的三电平功率模块，各项方针均优于同类两电平产品

(3)2009年德州和能工业自动化有限公司推出了业界第一个三电平有源电力滤波器HESINE系列产品，并取得了巨大的成功。本文将对此系列产品做一个较为详细的阐明。

二、Hesine系列有源电力滤波器

将二极管箝位三电平技术运用于有源电力滤波器领域，国内外许多文献都有触及，国内外许多专家学者对此都进行了比较深化的研讨，也提出了许多新的算法。但是，三电平有源电力滤波器一直没有从实验室走向市场。究其原因，有可能是技术不可老到，控制算法过于凌乱，运用本钱高，也可能是企业界对此不可重视，没有认识到该技术的优势。德州和能工业自动化有限公司通过对三电平技术的深化研讨以及对市场趋势的正确把握，在业界首要推出了三电平有源电力滤波器产品。