採用並聯h橋結構的諧波源裝置的製作方法
2023-12-10 05:13:11
專利名稱：採用並聯h橋結構的諧波源裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種採用並聯H橋結構的諧波源裝置，該裝置包括諧波產生、逆變饋能和諧波電流的測量，屬於電力系統諧波檢測領域。
背景技術：
隨著電力工業的持續高速發展，電力系統中的各種電力電子設備、電弧爐以及電力牽引機車等非線性負載的不斷增加，電網和負荷特性發生了很大的變化，電壓和電流畸變越來越明顯。目前一些研究非線性負載電流諧波的諧波源裝置，如模擬非線性負載實際工況的電能質量擾動發生裝置，這種裝置採用的是由分立式IGBT組成的PWM變流器。本實用新型使用並聯H橋結構組成PWM變流器，各個模塊結構相同，可實現模塊化設計和組裝， 大大提高裝置的可靠性，將諧波消耗的電能反饋回電網，從而節約大量的電能。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種大功率、低功耗，能夠產生諧波電流， 便於實現模塊化設計和組裝的並聯H橋結構的諧波源裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種採用並聯H橋結構的諧波源裝置，包括諧波源、回饋環節、中間直流環節、控制終端、第一 LCL濾波環節、第二 LCL濾波環節，其特徵在於所述的諧波源和回饋環節均採用並聯H橋結構，中間直流環節由三個相同大小的電容並聯而成，控制終端採用DSP控制器實現，根據用戶設定產生控制信號，控制諧波源部分產生電流擾動；諧波源和回饋環節通過中間直流環節相級聯，組成AC-DC-AC拓撲結構， 實現能量回饋；諧波源的交流側通過第一 LCL濾波環節與電網相連，回饋環節的交流側通過第二 LCL濾波環節與電網相連接。前述的採用並聯H橋結構的諧波源裝置，所述的諧波源包括第一橋臂、第二橋臂、 第三橋臂，組成三相PWM變流器結構，其中第一橋臂和第二橋臂屬於第一個H橋，第三橋臂是第二個H橋的其中一個臂，諧波源的直流側與中間直流環節相連接，交流側與第一 LCL濾波環節的一端相接，所述第一 LCL濾波環節包括第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、 第五電感、第六電感和第一阻容、第二阻容、第三阻容組成三個單相T型濾波器；第一橋臂的中點與第四電感相連，第二橋臂的中點與第五電感相連，第三橋臂的中點與第六電感相連。前述的採用並聯H橋結構的諧波源裝置，所述回饋環節包括第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂，組成三相PWM變流器結構，其中第四橋臂是第二個H橋的其中一個臂，第五橋臂和第六橋臂屬於第三個H橋，回饋環節的直流側與中間直流環節相連，交流側與第二 LCL濾波環節相連，所述的第二 LCL濾波環節有第七電感、第八電感、第九電感、第十電感、 第十一電感、第十二電感和第四阻容、第五阻容、第六阻容組成三個單項T型濾波器；第四橋臂的中點與第七電感相連，第五橋臂的中點與第八電感相連，第六橋臂的中點與第九電感相連。[0007]所述控制終端採用DSP控制器實現，根據用戶設定產生控制信號，控制諧波源部分產生電流擾動。所述的諧波源由PWM變流器實現，採用電流跟蹤控制技術，跟蹤控制終端的指令信號產生要求的諧波。諧波源的交流側與電網相連，中間通過第一 LCL濾波環節、接觸器、開關和熔斷器，第一 LCL濾波環節濾除開關次諧波，接觸器、開關、熔斷器是電路實際運行時所需的安全器件。諧波源和回饋環節通過中間直流環節相級聯，組成AC-DC-AC結構，實現能量回饋。所述的回饋環節由逆變器實現，將諧波源產生的大功率電流消耗的能量回饋至電源側以維持直流側電容電壓穩定。回饋壞節同樣採用電流跟蹤控制技術，其交流側通過第二 LCL濾波環節濾除電流中的開關次諧波後回饋至電源。根據瞬時無功功率理論，對於PWM逆變器，若不考慮各部分的損耗，則交流側的瞬時有功功率將全部傳遞到直流側，即交流側與直流側的能量交換取決於瞬時有功功率，而與無功功率無關。因此，產生有功電流將使直流側電容電壓不斷升高。本實用新型採用回饋技術將傳遞到直流側的能量逆變後反饋回電網，以維持直流側電容電壓的穩定。本實用新型有益的效果是利用本裝置可以模擬各種典型的諧波源，如電弧爐、中頻爐、焊機、變頻器等非線性負載，且諧波電流在裝置允許容量範圍內可任意調節。採用H 橋為基本的單元結構，易於模塊化設計和組裝，大大提高裝置的可靠性。採用電能回饋技術，將諧波消耗的電能反饋回電網，從而節約大量的電能，同時回饋部分由LCL濾波環節， 可以濾除開關次諧波，不影響電網。
圖1為本實用新型所述採用並聯H橋結構的諧波源裝置的總體框圖。圖2為本實用新型的主電路結構示意圖。圖3為本實用新型諧波源原理圖。圖4為本實用新型諧波源控制原理圖。圖5為本實用新型回饋環節原理圖。圖6為本實用新型回饋環節控制原理圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的實施例，結合附圖對本實用新型進行說明。該裝置包括諧波源1、回饋環節2、中間直流環節3、控制終端4、第一 LCL濾波環節 5、第二 LCL濾波環節6 ；所述的諧波源1和回饋環節2採用並聯的H橋結構，中間直流環節採用三個相同的電容並聯的方式，控制終端4採用DSP控制器實現，根據用戶設定產生控制信號，控制諧波源部分產生電流擾動。諧波源1和回饋環節2通過中間直流環節3相級聯， 組成AC-DC-AC拓撲結構，實現能量回饋；諧波源1的交流側通過第一 LCL濾波環節5與電網相連，回饋環節2的交流側通過第二 LCL濾波環節6與電網相連。1、諧波源諧波源原理圖如圖3，諧波源可以看作電源的非線性負載。包括第一橋臂Ni、第二橋臂N2和第三橋臂N3組成三相PWM變流器結構，其中第一橋臂m和第二橋臂N2是Hl的兩個橋臂，第三橋臂N3是H2的其中一個橋臂，諧波源1的直流側與中間直流環節3相連， 交流側與第一 LCL濾波環節的一端相連，所述的第一 LCL濾波環節5由第一電感L11、第二電感L12、第三電感L13、第四電感L21、第五電感L22、第六電感L23和第一阻容RC1、第二阻容RC2、第三阻容RC3組成三個單相T型濾波器；其中第一橋臂m的中點與第四電感L21 相連，第二橋臂N2的中點與第五電感L22相連，第三橋臂N3的中點與第六電感L23相連。根據控制終端的設定從電網中吸收電流，產生指定的諧波電流，模擬諧波源。這種情況下諧波源本身變表現出非線性負載的特性。對於諧波源，回饋環節為直流側的電阻性負載，消耗諧波源吸收電源的功率從而維持直流側電容電壓的穩定。諧波電流的給定由控制終端完成，諧波電流指令信號由控制終端產生的各次諧波電流後疊加，作為諧波電流的給定。諧波源的PWM控制方式採用三角波比較方式，控制終端根據設定產生指令信號， 把實際的電流波形作為反饋信號，將指令信號減去反饋信號後作為主電路開關器件的控制信號，控制方式見圖4所示。2、回饋環節回饋環節原理圖如圖5所示，回饋環節2包括第四橋臂N4、第五橋臂N5、第六橋臂 N6，組成三相PWM變流器結構，其中第四橋臂N4是H2的其中一個橋臂，第五橋臂N5和第六橋臂N6是H3的兩個橋臂，回饋環節2的直流側與中間直流環節3相連，交流側與第二 LCL 濾波環節6的一端相連，所述的第二 LCL濾波環節6由第七電感L31、第八電感L32、第九電感L33、第十電感L41、第i^一電感L42、第十二電感L43和第四阻容RC4、第五阻容RC5、第六阻容RC6組成三個單相T型濾波器；其中，第四橋臂N4的中點與第七電感L31相連，第五橋臂N5的中點與第八電感L32相連，第六橋臂N6的中點與第九電感L33相連。其中主電路的電容和諧波源中的電容是同一電容。對於電源，諧波源為其非線性負載，而對於回饋環節，由於共用電容且直流側電容電壓幾乎恆定，諧波源又相當於回饋部分直流側的直流電源，回饋環節將直流逆變後反饋回電網，實現能量回饋。電容電壓的穩定是關鍵，電容電壓由回饋部分控制，三個電容的控制方式相同。根據瞬時無功功率理論，對於PWM逆變器，若不考慮各部分的損耗，則交流側的瞬時有功功率將全部傳遞到直流側，即交流側與直流側的能量交換取決於瞬時有功功率，而與無功功率無關。因此，控制電容電壓只要控制有功功率(即有功電流)即可，有功無功電流直接給定需要計算相角，因此不直接給定，而是採用基於dqo變換的有功無功電流的給定方法，經過變換後有功電流只與i,有關，無功電流只與id有關，且都是直流分量，、和id的大小分別與有功電流無功電流的幅值相等。通過比例積分器PI3將參考電壓減去直流側電容電壓後進行比例積分得到維持電容電壓穩定所需的電流Δ、。回饋環節的PWM控制方式與諧波源部分相同，仍採用三角波比較方式。指令信號由負荷電流iL與維持直流電容電壓穩定的有功電流疊加而成，如圖6所示。把實際的回饋波形作為反饋信號，將指令信號減去反饋信號後進行比例積分，得到主電路的控制電流，對此控制電流進行PWM變換後作為主電路開關器件的控制信號。
權利要求1.採用並聯H橋結構的諧波源裝置，該裝置包括諧波源(1)、回饋環節O)、中間直流環節( 、控制終端(4)、第一 LCL濾波環節( 、第二 LCL濾波環節(6)，其特徵在於諧波源 (1)和回饋環節⑵均採用並聯H橋結構，中間直流環節(3)由三個相同大小的電容並聯而成，控制終端(4)採用DSP控制器實現，根據用戶設定產生控制信號，控制諧波源部分產生電流擾動；諧波源和回饋環節通過中間直流環節相級聯，組成AC-DC-AC結構，實現能量回饋；諧波源交流側通過第一 LCL濾波環節( 與電網相連，回饋環節交流側通過第二 LCL 濾波環節與電網相連。
2.根據權利要求1所述的採用並聯H橋結構的諧波源裝置，其特徵在於所述的諧波源 (1)包括第一橋臂Ni、第二橋臂N2、第三橋臂N3，其中第一橋臂m和第二橋臂N2分別是第一個H橋Hl的兩個橋臂，第三橋臂N3是第二個H橋H2的其中一個橋臂，第一橋臂Ni、第二橋臂N2和第三橋臂N3組成三相PWM變流器結構，諧波源(1)的直流側與中間直流環節 (3)相連，交流側與第一 LCL濾波環節(5)的一端相連，所述的第一 LCL濾波環節(5)由第一電感L11、第二電感L12、第三電感L13、第四電感L21、第五電感L22、第六電感L23和第一阻容RC1、第二阻容RC2、第三阻容RC3組成三個單相T型濾波器；第一橋臂m的中點與第四電感L21相連，第二橋臂N2的中點與第五電感L22相連，第三橋臂N3的中點與第六電感 L23相連。
3.根據權利要求1所述的採用並聯H橋結構的諧波源裝置，其特徵在於所述的回饋環節(2)包括第四橋臂N4、第五橋臂N5、第六橋臂N6，其中第四橋臂N4是第二個H橋H2的其中一個橋臂，第五橋臂N5和第六橋臂N6分別是第三個H橋H3的兩個橋臂，第四橋臂N4、 第五橋臂N5和第六橋臂N6組成三相PWM變流器結構，回饋環節(2)的直流側與中間直流環節(3)相連，交流側與第二 LCL濾波環節(6)的一端相連，所述的第二 LCL濾波環節(6)由第七電感L31、第八電感L32、第九電感L33、第十電感L41、第i^一電感L42、第十二電感L43 和第四阻容RC4、第五阻容RC5、第六阻容RC6組成三個單相T型濾波器；第四橋臂N4的中點與第七電感L31相連，第五橋臂N5的中點與第八電感L32相連，第六橋臂N6的中點與第九電感L33相連。
專利摘要本實用新型公開了一種採用並聯H橋結構的諧波源裝置，包括諧波源、回饋環節、中間直流環節、控制終端、第一LCL濾波環節、第二LCL濾波環節；諧波源和回饋環節由三個並聯的H橋構成，中間直流環節由三個相同大小的電容並聯而成，控制終端採用DSP控制器實現，根據用戶設定產生控制信號，控制諧波源部分產生電流擾動；諧波源和回饋環節通過中間直流環節相級聯，組成AC-DC-AC結構，實現能量回饋；諧波源交流側通過第一LCL濾波器與電網相連，回饋環節交流側通過第二LCL濾波環節與電網相連。本裝置可模擬多個複合頻率的諧波電流，採用H橋為基本單元，各個模塊結構相同，可實現模塊化設計和組裝，大大提高裝置的可靠性，並且易於多重組合、調試、安裝。
文檔編號H02J3/38GK202268706SQ20112022397
公開日2012年6月6日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者徐斌, 洪偉, 石磊, 羅亞橋, 鄭國強 申請人:安徽省電力科學研究院