專利名稱：采用并聯(lián)h橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，該裝置包括諧波產(chǎn)生、逆變饋能和諧波電流的測(cè)量，屬于電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的各種電力電子設(shè)備、電弧爐以及電力牽引機(jī)車(chē)等非線性負(fù)載的不斷增加，電網(wǎng)和負(fù)荷特性發(fā)生了很大的變化，電壓和電流畸變?cè)絹?lái)越明顯。目前一些研究非線性負(fù)載電流諧波的諧波源裝置，如模擬非線性負(fù)載實(shí)際工況的電能質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置，這種裝置采用的是由分立式IGBT組成的PWM變流器。本實(shí)用新型使用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)組成PWM變流器，各個(gè)模塊結(jié)構(gòu)相同，可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)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(wǎng)，從而節(jié)約大量的電能。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大功率、低功耗，能夠產(chǎn)生諧波電流， 便于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和組裝的并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，包括諧波源、回饋環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、控制終端、第一 LCL濾波環(huán)節(jié)、第二 LCL濾波環(huán)節(jié)，其特征在于所述的諧波源和回饋環(huán)節(jié)均采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，中間直流環(huán)節(jié)由三個(gè)相同大小的電容并聯(lián)而成，控制終端采用DSP控制器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號(hào)，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動(dòng)；諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)相級(jí)聯(lián)，組成AC-DC-AC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)能量回饋；諧波源的交流側(cè)通過(guò)第一 LCL濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)的交流側(cè)通過(guò)第二 LCL濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連接。前述的采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其中第一橋臂和第二橋臂屬于第一個(gè)H橋，第三橋臂是第二個(gè)H橋的其中一個(gè)臂，諧波源的直流側(cè)與中間直流環(huán)節(jié)相連接，交流側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)的一端相接，所述第一 LCL濾波環(huán)節(jié)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(gè)單相T型濾波器；第一橋臂的中點(diǎn)與第四電感相連，第二橋臂的中點(diǎn)與第五電感相連，第三橋臂的中點(diǎn)與第六電感相連。前述的采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，所述回饋環(huán)節(jié)包括第四橋臂、第五橋臂和第六橋臂，組成三相PWM變流器結(jié)構(gòu)，其中第四橋臂是第二個(gè)H橋的其中一個(gè)臂，第五橋臂和第六橋臂屬于第三個(gè)H橋，回饋環(huán)節(jié)的直流側(cè)與中間直流環(huán)節(jié)相連，交流側(cè)與第二 LCL濾波環(huán)節(jié)相連，所述的第二 LCL濾波環(huán)節(jié)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(gè)單項(xiàng)T型濾波器；第四橋臂的中點(diǎn)與第七電感相連，第五橋臂的中點(diǎn)與第八電感相連，第六橋臂的中點(diǎn)與第九電感相連。[0007]所述控制終端采用DSP控制器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號(hào)，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動(dòng)。所述的諧波源由PWM變流器實(shí)現(xiàn)，采用電流跟蹤控制技術(shù)，跟蹤控制終端的指令信號(hào)產(chǎn)生要求的諧波。諧波源的交流側(cè)與電網(wǎng)相連，中間通過(guò)第一 LCL濾波環(huán)節(jié)、接觸器、開(kāi)關(guān)和熔斷器，第一 LCL濾波環(huán)節(jié)濾除開(kāi)關(guān)次諧波，接觸器、開(kāi)關(guān)、熔斷器是電路實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的安全器件。諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)相級(jí)聯(lián)，組成AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能量回饋。所述的回饋環(huán)節(jié)由逆變器實(shí)現(xiàn)，將諧波源產(chǎn)生的大功率電流消耗的能量回饋至電源側(cè)以維持直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定。回饋壞節(jié)同樣采用電流跟蹤控制技術(shù)，其交流側(cè)通過(guò)第二 LCL濾波環(huán)節(jié)濾除電流中的開(kāi)關(guān)次諧波后回饋至電源。根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論，對(duì)于PWM逆變器，若不考慮各部分的損耗，則交流側(cè)的瞬時(shí)有功功率將全部傳遞到直流側(cè)，即交流側(cè)與直流側(cè)的能量交換取決于瞬時(shí)有功功率，而與無(wú)功功率無(wú)關(guān)。因此，產(chǎn)生有功電流將使直流側(cè)電容電壓不斷升高。本實(shí)用新型采用回饋技術(shù)將傳遞到直流側(cè)的能量逆變后反饋回電網(wǎng)，以維持直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定。本實(shí)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(jī)、變頻器等非線性負(fù)載，且諧波電流在裝置允許容量范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)。采用H 橋?yàn)榛镜膯卧Y(jié)構(gòu)，易于模塊化設(shè)計(jì)和組裝，大大提高裝置的可靠性。采用電能回饋技術(shù)，將諧波消耗的電能反饋回電網(wǎng)，從而節(jié)約大量的電能，同時(shí)回饋部分由LCL濾波環(huán)節(jié)， 可以濾除開(kāi)關(guān)次諧波，不影響電網(wǎng)。

圖1為本實(shí)用新型所述采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置的總體框圖。圖2為本實(shí)用新型的主電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型諧波源原理圖。圖4為本實(shí)用新型諧波源控制原理圖。圖5為本實(shí)用新型回饋環(huán)節(jié)原理圖。圖6為本實(shí)用新型回饋環(huán)節(jié)控制原理圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本實(shí)用新型的實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。該裝置包括諧波源1、回饋環(huán)節(jié)2、中間直流環(huán)節(jié)3、控制終端4、第一 LCL濾波環(huán)節(jié) 5、第二 LCL濾波環(huán)節(jié)6 ；所述的諧波源1和回饋環(huán)節(jié)2采用并聯(lián)的H橋結(jié)構(gòu)，中間直流環(huán)節(jié)采用三個(gè)相同的電容并聯(lián)的方式，控制終端4采用DSP控制器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號(hào)，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動(dòng)。諧波源1和回饋環(huán)節(jié)2通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)3相級(jí)聯(lián)， 組成AC-DC-AC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能量回饋；諧波源1的交流側(cè)通過(guò)第一 LCL濾波環(huán)節(jié)5與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)2的交流側(cè)通過(guò)第二 LCL濾波環(huán)節(jié)6與電網(wǎng)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(fù)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(jié)構(gòu)，其中第一橋臂m和第二橋臂N2是Hl的兩個(gè)橋臂，第三橋臂N3是H2的其中一個(gè)橋臂，諧波源1的直流側(cè)與中間直流環(huán)節(jié)3相連， 交流側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)的一端相連，所述的第一 LCL濾波環(huán)節(jié)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(gè)單相T型濾波器；其中第一橋臂m的中點(diǎn)與第四電感L21 相連，第二橋臂N2的中點(diǎn)與第五電感L22相連，第三橋臂N3的中點(diǎn)與第六電感L23相連。根據(jù)控制終端的設(shè)定從電網(wǎng)中吸收電流，產(chǎn)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(xiàn)出非線性負(fù)載的特性。對(duì)于諧波源，回饋環(huán)節(jié)為直流側(cè)的電阻性負(fù)載，消耗諧波源吸收電源的功率從而維持直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定。諧波電流的給定由控制終端完成，諧波電流指令信號(hào)由控制終端產(chǎn)生的各次諧波電流后疊加，作為諧波電流的給定。諧波源的PWM控制方式采用三角波比較方式，控制終端根據(jù)設(shè)定產(chǎn)生指令信號(hào)， 把實(shí)際的電流波形作為反饋信號(hào)，將指令信號(hào)減去反饋信號(hào)后作為主電路開(kāi)關(guān)器件的控制信號(hào)，控制方式見(jiàn)圖4所示。2、回饋環(huán)節(jié)回饋環(huán)節(jié)原理圖如圖5所示，回饋環(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)，其中第四橋臂N4是H2的其中一個(gè)橋臂，第五橋臂N5和第六橋臂N6是H3的兩個(gè)橋臂，回饋環(huán)節(jié)2的直流側(cè)與中間直流環(huán)節(jié)3相連，交流側(cè)與第二 LCL 濾波環(huán)節(jié)6的一端相連，所述的第二 LCL濾波環(huán)節(jié)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(gè)單相T型濾波器；其中，第四橋臂N4的中點(diǎn)與第七電感L31相連，第五橋臂N5的中點(diǎn)與第八電感L32相連，第六橋臂N6的中點(diǎn)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(duì)于電源，諧波源為其非線性負(fù)載，而對(duì)于回饋環(huán)節(jié)，由于共用電容且直流側(cè)電容電壓幾乎恒定，諧波源又相當(dāng)于回饋部分直流側(cè)的直流電源，回饋環(huán)節(jié)將直流逆變后反饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量回饋。電容電壓的穩(wěn)定是關(guān)鍵，電容電壓由回饋部分控制，三個(gè)電容的控制方式相同。根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論，對(duì)于PWM逆變器，若不考慮各部分的損耗，則交流側(cè)的瞬時(shí)有功功率將全部傳遞到直流側(cè)，即交流側(cè)與直流側(cè)的能量交換取決于瞬時(shí)有功功率，而與無(wú)功功率無(wú)關(guān)。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(wú)功電流直接給定需要計(jì)算相角，因此不直接給定，而是采用基于dqo變換的有功無(wú)功電流的給定方法，經(jīng)過(guò)變換后有功電流只與i,有關(guān)，無(wú)功電流只與id有關(guān)，且都是直流分量，、和id的大小分別與有功電流無(wú)功電流的幅值相等。通過(guò)比例積分器PI3將參考電壓減去直流側(cè)電容電壓后進(jìn)行比例積分得到維持電容電壓穩(wěn)定所需的電流Δ、。回饋環(huán)節(jié)的PWM控制方式與諧波源部分相同，仍采用三角波比較方式。指令信號(hào)由負(fù)荷電流iL與維持直流電容電壓穩(wěn)定的有功電流疊加而成，如圖6所示。把實(shí)際的回饋波形作為反饋信號(hào)，將指令信號(hào)減去反饋信號(hào)后進(jìn)行比例積分，得到主電路的控制電流，對(duì)此控制電流進(jìn)行PWM變換后作為主電路開(kāi)關(guān)器件的控制信號(hào)。
權(quán)利要求1.采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，該裝置包括諧波源(1)、回饋環(huán)節(jié)O)、中間直流環(huán)節(jié)( 、控制終端(4)、第一 LCL濾波環(huán)節(jié)( 、第二 LCL濾波環(huán)節(jié)(6)，其特征在于諧波源 (1)和回饋環(huán)節(jié)⑵均采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)，中間直流環(huán)節(jié)(3)由三個(gè)相同大小的電容并聯(lián)而成，控制終端(4)采用DSP控制器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號(hào)，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動(dòng)；諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)相級(jí)聯(lián)，組成AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能量回饋；諧波源交流側(cè)通過(guò)第一 LCL濾波環(huán)節(jié)( 與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)交流側(cè)通過(guò)第二 LCL 濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，其特征在于所述的諧波源 (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(gè)H橋Hl的兩個(gè)橋臂，第三橋臂N3是第二個(gè)H橋H2的其中一個(gè)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(jié)構(gòu)，諧波源(1)的直流側(cè)與中間直流環(huán)節(jié) (3)相連，交流側(cè)與第一 LCL濾波環(huán)節(jié)(5)的一端相連，所述的第一 LCL濾波環(huán)節(jié)(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(gè)單相T型濾波器；第一橋臂m的中點(diǎn)與第四電感L21相連，第二橋臂N2的中點(diǎn)與第五電感L22相連，第三橋臂N3的中點(diǎn)與第六電感 L23相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，其特征在于所述的回饋環(huán)節(jié)(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(gè)H橋H2的其中一個(gè)橋臂，第五橋臂N5和第六橋臂N6分別是第三個(gè)H橋H3的兩個(gè)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(jié)構(gòu)，回饋環(huán)節(jié)(2)的直流側(cè)與中間直流環(huán)節(jié)(3)相連，交流側(cè)與第二 LCL濾波環(huán)節(jié)(6)的一端相連，所述的第二 LCL濾波環(huán)節(jié)(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(gè)單相T型濾波器；第四橋臂N4的中點(diǎn)與第七電感L31相連，第五橋臂N5的中點(diǎn)與第八電感L32相連，第六橋臂N6的中點(diǎn)與第九電感L33相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種采用并聯(lián)H橋結(jié)構(gòu)的諧波源裝置，包括諧波源、回饋環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、控制終端、第一LCL濾波環(huán)節(jié)、第二LCL濾波環(huán)節(jié)；諧波源和回饋環(huán)節(jié)由三個(gè)并聯(lián)的H橋構(gòu)成，中間直流環(huán)節(jié)由三個(gè)相同大小的電容并聯(lián)而成，控制終端采用DSP控制器實(shí)現(xiàn)，根據(jù)用戶設(shè)定產(chǎn)生控制信號(hào)，控制諧波源部分產(chǎn)生電流擾動(dòng)；諧波源和回饋環(huán)節(jié)通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)相級(jí)聯(lián)，組成AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能量回饋；諧波源交流側(cè)通過(guò)第一LCL濾波器與電網(wǎng)相連，回饋環(huán)節(jié)交流側(cè)通過(guò)第二LCL濾波環(huán)節(jié)與電網(wǎng)相連。本裝置可模擬多個(gè)復(fù)合頻率的諧波電流，采用H橋?yàn)榛締卧?，各個(gè)模塊結(jié)構(gòu)相同，可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和組裝，大大提高裝置的可靠性，并且易于多重組合、調(diào)試、安裝。
文檔編號(hào)H02J3/38GK202268706SQ20112022397
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者徐斌, 洪偉, 石磊, 羅亞橋, 鄭國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:安徽省電力科學(xué)研究院