一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，由主電路和分別與之連接的驅(qū)動電路、控制電路組成，主電路包括諧振耦合式濾波電路或高阻抗T式濾波電路，諧振耦合式濾波電路包括無傳輸零點式、下邊帶傳輸零點式和上邊帶傳輸零點式，高阻抗T式濾波電路包括兩個電感器和一個電容器，主電路包括整流電路與逆變電路，驅(qū)動電路包括脈沖發(fā)生器與脈沖輸出器。本實用新型并網(wǎng)變流器通過特定濾波器的引入，克服了常規(guī)LC濾波電感量大、成本增加、裝置體積增大、變流器控制不易的缺點，采用變流器電流與濾波器元件的配合調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對非線性負荷電網(wǎng)諧波分量的間接控制，使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。
【專利說明】—種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電網(wǎng)并網(wǎng)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)負荷的不斷發(fā)展及電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，非線性負荷已經(jīng)成為電力系統(tǒng)負荷的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計，目前20%的電力負荷通過各種形式的功率交換來實現(xiàn)，所以，對于非線性負荷電網(wǎng)而言，其主要弊端就在于所有非線性負荷都不同程度地產(chǎn)生諧波，從而產(chǎn)生大量的諧波污染。連續(xù)頻譜的諧波電流，以及大量的分數(shù)次諧波電流對區(qū)域性電網(wǎng)，甚至整個電力系統(tǒng)的影響也表現(xiàn)的愈加明顯與突出，因此，應(yīng)該認真地加以分析對待。
[0003]在此類電網(wǎng)中，對常見的負載電機與電網(wǎng)起到連接作用的核心裝置，當(dāng)屬并網(wǎng)用變流器。這種變流器的功率容量較大，直流母線兩端的電壓較高，一方面，負載所加載的諧波污染會通過變流器傳送給電網(wǎng)，另一方面，為降低功率器件應(yīng)力，變流器的PWM信號開關(guān)頻率會受到限制，也會導(dǎo)致變流器網(wǎng)側(cè)輸出電流中的諧波分量增加，這樣就嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成功率因數(shù)偏低、出現(xiàn)諧波干擾，影響與上位控制器之間的通信，造成電能計量的不準(zhǔn)確、繼電保護設(shè)備的誤動作、通信信息的丟失及干擾等。要解決這些問題，就必須進行針對非線性負荷電網(wǎng)并網(wǎng)變流器的技術(shù)研究。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型提供了一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，目的在于實現(xiàn)非線性負荷電網(wǎng)與變流器所產(chǎn)生諧波分量的減弱與消除，提高系統(tǒng)對負載擾動和電網(wǎng)非線性波動的抗干擾能力。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，由主電路和分別與之連接的驅(qū)動電路、控制電路組成，所述主電路包括諧振耦合式濾波電路或高阻抗τ式濾波電路。
[0006]所述諧振耦合式濾波電路包括無傳輸零點式、下邊帶傳輸零點式和上邊帶傳輸零點式。
[0007]所述高阻抗T式濾波電路包括兩個電感器和一個電容器，濾波電路兩端均為高阻抗。
[0008]所述主電路包括整流電路與逆變電路。
[0009]所述驅(qū)動電路包括脈沖發(fā)生器與脈沖輸出器。
[0010]所述控制電路為數(shù)模混合式。
[0011]本實用新型對諧波分量減弱消除的核心，在于濾波器的設(shè)計:在主電路選用諧振耦合式濾波電路時，由于電感的調(diào)節(jié)優(yōu)化不僅要改變自身結(jié)構(gòu)，而且要改變布局的整體結(jié)構(gòu)，而電容只需調(diào)節(jié)極板的長度與間隙即可，故而電路以電感為設(shè)計變量，以電容為調(diào)節(jié)變量，通過在設(shè)計時，引入不同的電感排布結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)相應(yīng)傳輸零點的引入，從而可以很好過濾掉非線性電網(wǎng)諧波分量中一些較陡的過渡帶，更好實現(xiàn)過濾效果；在主電路選用高阻抗T式濾波電路時，也需要先確定T式濾波電路的參數(shù)，對于典型并網(wǎng)變流器，在不考慮電網(wǎng)諧波影響條件下，必須通過濾波電感衰減其輸出電流中的開關(guān)頻率諧波分量，隨后考慮諧波影響，根據(jù)期望諧波電流幅值來確定T式濾波器中所需總電感量上限值，然后選取合適的電感量就可以獲得對稱的兩個電感器參數(shù)值，電容器的值要考慮所選擇的電容參數(shù)，既要對開關(guān)頻率諧波電流有很好的分流作用，又要確保系統(tǒng)具有一定工作頻帶。
[0012]主電路中的整流電路與逆變電路分別起交流變換成直流、直流變換成交流的作用，為變流器的常規(guī)元件電路；驅(qū)動電路可以為觸發(fā)電路，是控制變流器中功率開關(guān)元件通斷的電路，包括脈沖輸出器和脈沖發(fā)生器兩部分，根據(jù)控制信號的要求，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率，一定寬度或一定相位的脈沖，脈沖輸出器將此脈沖的電平放大為適合變流器中功率開關(guān)元件的驅(qū)動信號，本實用新型可采用相位控制式觸發(fā)電路。
[0013]控制電路采用模擬和數(shù)字混合控制方式，包括模擬諧波電流檢測單元、直流穩(wěn)壓單元及數(shù)字PWM發(fā)生單元，采用模擬電路檢測諧波電流，系統(tǒng)響應(yīng)速度快、實時性好，沒有計算負載電流的基波和諧波所需的巨大的計算量，直流穩(wěn)壓單元與數(shù)字式PWM發(fā)生單元雖為常規(guī)技術(shù)，但其共同作用不僅能可靠產(chǎn)生PWM信號，同時容易實現(xiàn)死區(qū)控制和穩(wěn)定保護的功能。
[0014]本實用新型所選用的并網(wǎng)變流器，通過特定濾波器的引入，克服了常規(guī)LC濾波電感量大、成本增加、裝置體積增大、變流器控制不易的缺點，采用變流器電流與濾波器元件的配合調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對非線性負荷電網(wǎng)諧波分量的間接控制，再配合電網(wǎng)的其他控制策略，如電壓前饋補償?shù)?，可以大大提高電網(wǎng)系統(tǒng)對諧波分量的抗干擾能力，使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型原理結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是實施例一中諧振耦合式濾波電路結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是實施例二中諧振耦合式濾波電路結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4是實施例三中諧振耦合式濾波電路結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖5是T式濾波電路結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖6是相位控制式驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ]圖7是控制電路原理結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0022]實施例一
[0023]如圖1、圖2、圖6、圖7所示，一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，由主電路1和分別與之連接的驅(qū)動電路2、控制電路3組成，主電路所包括濾波電路8為諧振耦合式濾波電路，實施例優(yōu)選為無傳輸零點式，主電路1還包括整流電路4與逆變電路5，兩者分別與濾波電路8連接，驅(qū)動電路2包括相互連接的脈沖發(fā)生器6與脈沖輸出器7，控制電路3為數(shù)?；旌鲜?，包括模擬諧波電流檢測單元9、直流穩(wěn)壓單元10及數(shù)字PWM發(fā)生單元11。
[0024]在濾波器設(shè)計時，主電路選用諧振耦合式濾波電路，由于電感的調(diào)節(jié)優(yōu)化不僅要改變自身結(jié)構(gòu)，而且要改變布局的整體結(jié)構(gòu)，而電容只需調(diào)節(jié)極板的長度與間隙即可，故而電路以電感為設(shè)計變量，以電容為調(diào)節(jié)變量，通過在設(shè)計時，引入不同的電感排布結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)相應(yīng)傳輸零點的引入，從而可以很好過濾掉非線性電網(wǎng)諧波分量中一些較陡的過渡帶，更好實現(xiàn)過濾效果。本實施例所選用的為無傳輸零點式，以電網(wǎng)母線電壓400V，開關(guān)頻率設(shè)為 2kHz，額定電流 35A 時為例，則電路中 C01=C23=100uF, C12=50uF, CR=20uF, L=0.5mH，其中L為給定值，其他參數(shù)值均是與L相關(guān)的推到近似值，這就有利于在設(shè)計的過程中，先估計一個合適大小的電感值L，利用其值計算其它元件值。各元件值得知后分別對其進行建模，再根據(jù)電路的總體布局，把各元件搭構(gòu)起來。實現(xiàn)在不改變電感和整體布局的情況下，只對各個電容值調(diào)整即可，大大縮短了濾波器針對工況實際調(diào)整構(gòu)建所需要的時間。
[0025]主電路中的整流電路與逆變電路分別起交流變換成直流、直流變換成交流的作用，為變流器的常規(guī)元件電路；驅(qū)動電路可以為觸發(fā)電路，是控制變流器中功率開關(guān)元件通斷的電路，包括脈沖輸出器和脈沖發(fā)生器兩部分，根據(jù)控制信號的要求，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率，一定寬度或一定相位的脈沖，脈沖輸出器將此脈沖的電平放大為適合變流器中功率開關(guān)元件的驅(qū)動信號，本實用新型可采用相位控制式觸發(fā)電路，以4個晶閘管構(gòu)成觸發(fā)電橋，連接電阻導(dǎo)向輸出，實現(xiàn)不同相位的電流輸出切換，電路還可以根據(jù)變流器主電路相數(shù)分為單相、三相和多相相控觸發(fā)電路。在多相相控觸發(fā)電路中，各晶閘管，特別是同一相的一對晶閘管的觸發(fā)滯后角的一致是非常重要的。如各晶閘管的觸發(fā)電路移相通道相同，則觸發(fā)滯后角相同。相控觸發(fā)電路按移相通道還可分為單通道、三通道和多通道。單通道的相控觸發(fā)電路的觸發(fā)滯后角一致性好，三通道的次之，多通道的最差。
[0026]數(shù)?；旌鲜娇刂齐娐分?，模擬諧波電流檢測單元，采用模擬芯片將負載電流中的基波分量和諧波分量分離后，實時檢測出負載電流中的諧波分量；直流穩(wěn)壓單元采用電容穩(wěn)壓模式，以直流電容電壓和三相電源相電壓作為輸入，調(diào)制后產(chǎn)生維持電容電壓穩(wěn)定所需要的有功電流；數(shù)字PWM發(fā)生單元產(chǎn)生PWM信號控制主電路產(chǎn)生補償電流，數(shù)字PWM發(fā)生單元使用DSP，ARM或單片機實現(xiàn)，輸出相應(yīng)的PWM信號。
[0027]實施例二
[0028]如圖1、圖3、圖6、圖7所示，一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，由主電路1和分別與之連接的驅(qū)動電路2、控制電路3組成，主電路所包括濾波電路8為諧振耦合式濾波電路，與實施例一的不同之處在于，本實施例優(yōu)選為下邊帶傳輸零點式。
[0029]在濾波器的實際應(yīng)用中，有時為了得到更陡的過渡帶，或更好地抑制諧波，還需要引入相應(yīng)的傳輸零點。本實施例引入傳輸零點的方法為下邊帶式，原理是保持中心頻率處兩諧振器間的導(dǎo)納值不變，而在另外一個頻率點上使它的導(dǎo)納值為0，這樣就在不影響通帶的情況下，引入了一個傳輸零點，所以用一個并聯(lián)諧振電路來代替圖2中的電容C12，此并聯(lián)電路的諧振頻率即為傳輸零點，整個電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中Cs的值可取為50uF，LS=0.1mH，保證原電路的固有諧振頻率大于所并聯(lián)的諧振電路頻率，這樣傳輸零點便只能位于通帶的下方，即為下邊帶傳輸零點。
[0030]實施例三
[0031]如圖1、圖4、圖6、圖7所示，一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，由主電路1和分別與之連接的驅(qū)動電路2、控制電路3組成，主電路所包括濾波電路8為諧振耦合式濾波電路，與實施例一或二的不同之處在于，本實施例優(yōu)選為上邊帶傳輸零點式。
[0032]想取得上邊帶傳輸零點，不能如實施例二中一樣，認為并聯(lián)的諧振電路頻率大于固有諧振頻率即可，因為此時電路是無法實現(xiàn)的，所以實施方法應(yīng)該是在如圖4的虛線框部分引入較為常見的導(dǎo)納變換器，串臂為負電容，并臂為正電容，正負C12的取值均可為50uF，符合導(dǎo)納變換器的定義，能夠?qū)崿F(xiàn)上邊帶傳輸零點的設(shè)定。
[0033]實施例四
[0034]如圖1、圖5、圖6、圖7所示，一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，由主電路1和分別與之連接的驅(qū)動電路2、控制電路3組成，與實施例一、二、三的不同之處在于，主電路所包括濾波電路8為高阻抗T式濾波電路，包括兩個電感器和一個電容器，濾波電路兩端均為高阻抗。
[0035]在主電路選用高阻抗T式濾波電路時，也需要先確定T式濾波電路的參數(shù)，對于典型并網(wǎng)變流器，在不考慮電網(wǎng)諧波影響條件下，必須通過濾波電感衰減其輸出電流中的開關(guān)頻率諧波分量，隨后考慮諧波影響，根據(jù)期望諧波電流幅值來確定T式濾波器中所需總電感量上限值，然后選取合適的電感量就可以獲得對稱的兩個電感器參數(shù)值，電容器的值要考慮所選擇的電容參數(shù)，既要對開關(guān)頻率諧波電流有很好的分流作用，又要確保系統(tǒng)具有一定工作頻帶。依然以電網(wǎng)母線電壓400V，開關(guān)頻率設(shè)為2kHz，額定電流35A時為例，則電路中電容可取lOOuF，兩個電感均可取0.1mH，這樣使并網(wǎng)電流器輸出的電壓電流波形，能有效衰減輸出電流中的諧波分量，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求的同時降低濾波器電感取值，且不影響系統(tǒng)以負單位功率因數(shù)穩(wěn)定運行。
[0036]本實用新型所選用的并網(wǎng)變流器，通過特定濾波器的引入，克服了常規(guī)LC濾波電感量大、成本增加、裝置體積增大、變流器控制不易的缺點，采用變流器電流與濾波器元件的配合調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對非線性負荷電網(wǎng)諧波分量的間接控制，再配合電網(wǎng)的其他控制策略，如電壓前饋補償?shù)?，可以大大提高電網(wǎng)系統(tǒng)對諧波分量的抗干擾能力，使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，其特征在于:由主電路和分別與之連接的驅(qū)動電路、控制電路組成，所述主電路包括諧振耦合式濾波電路或高阻抗T式濾波電路；所述高阻抗T式濾波電路包括兩個電感器和一個電容器，濾波電路兩端均為高阻抗；所述主電路包括整流電路與逆變電路；所述驅(qū)動電路包括脈沖發(fā)生器與脈沖輸出器；所述控制電路為數(shù)模混合式。
2.如權(quán)利要求1所述的用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，其特征在于:所述諧振耦合式濾波電路為無傳輸零點式。
3.如權(quán)利要求1所述的用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，其特征在于:所述諧振耦合式濾波電路為下邊帶傳輸零點式。
4.如權(quán)利要求1所述的用于非線性負荷電網(wǎng)的并網(wǎng)變流器，其特征在于:所述諧振耦合式濾波電路為上邊帶傳輸零點式。
【文檔編號】H02J3/01GK204190386SQ201420285257
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】姚楠, 羅道軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司