本發(fā)明涉及一種PWM整流裝置，尤其涉及一種帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器。

背景技術(shù)：

二極管不可控整流器以及晶閘管的相控整流器具有輸入電流畸變嚴(yán)重、功率因數(shù)低、易造成電磁干擾等缺陷而被日漸淘汰。PWM整流器因具有系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、諧波含量低、功率因數(shù)高等優(yōu)勢(shì)。隨著整流器技術(shù)的發(fā)展,三電平PWM整流器可以使耐壓低、工作電流小的功率器件工作在高壓大功率場(chǎng)合,并且能夠比兩電平更加顯著的降低電流諧波而受到了廣泛的關(guān)注。

另外，PWM 整流器還具有能量雙向流動(dòng)、恒定直流電壓控制、低諧波輸入電流、高功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。常見的控制器包括：采用內(nèi)?？刂破魅〈Ｒ?guī)比例積分微分控制器(PID)調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)控制方法；外環(huán)控制器為直流母線電壓反饋與負(fù)載功率前饋相結(jié)合，內(nèi)環(huán)電流控制為比例積分加諧振調(diào)節(jié)器的PWM 整流器控制策略；還有在正負(fù)序同步坐標(biāo)變換下，電網(wǎng)正負(fù)序電壓分別定向的矢量控制策略。

它們都具有共同的缺點(diǎn)，即只保證PWM 整流器接入支路的單位功率因數(shù)運(yùn)行，沒有對(duì)電網(wǎng)其它支路的負(fù)載進(jìn)行無功補(bǔ)償，系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量差且存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服PWM整流器沒有對(duì)電網(wǎng)其它支路的負(fù)載進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)碾y題，本發(fā)明提出了一種帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器包括IGBT全控整流電路、功率計(jì)算、電流無差拍控制和PWM脈寬調(diào)制四個(gè)部分。

所述IGBT全控管流橋由六個(gè)IGBT組成，其輸入端與三相交流電源同相接入端連接，輸出端通過兩個(gè)電容與負(fù)載兩端連接組成回路。

所述濾波器用濾波電感和濾波電抗器組成，串聯(lián)在交流側(cè)交流電源和IGBT開關(guān)管組成的整流橋中。

所述功率計(jì)算包括有功電流計(jì)算和無功電流檢測(cè)計(jì)算，其輸入信號(hào)包括采集到的線電流、相電壓以及直流側(cè)電壓和相對(duì)應(yīng)的給定電流、電壓，輸出為帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器交流側(cè)線電流。

所述電流無差拍控制根據(jù)功率計(jì)算模塊得到的三相線電流給定電壓和實(shí)際采集得到的三相線電流，進(jìn)行計(jì)算，得到PWM脈寬調(diào)制給定信號(hào)。

所述PWM脈寬調(diào)制模塊輸入端為電流無差拍控制模塊的輸出信號(hào)，即PWM脈寬調(diào)制給定信號(hào)，通過該模塊的調(diào)制，得到能夠控制IGBT橋?qū)P(guān)斷的PWM信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果是：帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器在保證輸出平穩(wěn)直流電壓的同時(shí)可對(duì)系統(tǒng)中的無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，能夠在復(fù)合電流無差拍控制下能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的直流電壓輸出，由于能夠進(jìn)行對(duì)交流側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償，整個(gè)系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)誤差小等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)供電，改善了系統(tǒng)的電能質(zhì)量水平。

附圖說明

圖1 帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器主電路。

圖2 IGBT控制原理框圖。

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1所示是帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器主電路。為交流側(cè)三相電源，通過該電源與線路阻抗連接，再與支路負(fù)載連接。為了實(shí)現(xiàn)帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器的無功補(bǔ)償功能，整流器與負(fù)載并聯(lián)，能夠補(bǔ)償交流電源側(cè)的無功。整流器首先連接濾波阻抗和，再將6個(gè)IGBT組成的橋式電路，其輸出端與穩(wěn)壓濾波電容和負(fù)載連接。其中相關(guān)參數(shù)為三相交流側(cè)電流，為流入PWM 整流器的電流，為負(fù)載電流。主電路相關(guān)參數(shù)如下所示：網(wǎng)側(cè)電壓有效值220V，頻率50Hz；電網(wǎng)線路等效阻抗0.001+0.001 ；直流側(cè)電容為10000；直流側(cè)電壓參考值為800 V；濾波電感1.0 ；直流側(cè)負(fù)載電阻16；阻感負(fù)載4+9.5；IGBT開關(guān)頻率10kHz。

功率計(jì)算模塊通過采集主電路中電壓和電流信號(hào)，分別進(jìn)行有功電流計(jì)算、無功電流檢測(cè)計(jì)算以及PI控制。有功電流計(jì)算將采集到的三相線電流A相電壓以及直流側(cè)電壓進(jìn)行計(jì)算，得到三相PWM整理器電網(wǎng)側(cè)線電流有功幅值。無功電流檢測(cè)計(jì)算將采集到的三相電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，三相非線性負(fù)載電流經(jīng)過變換得到坐標(biāo)系下的電流，再經(jīng)過變換得到無功電流，經(jīng)過LPF(Low-pass Filter)得到的直流分量。直流分量經(jīng)過、變換得到PWM 整流器的無功補(bǔ)償指令信號(hào)，即得到三相PWM整流器電網(wǎng)側(cè)線電流無功幅值。PI控制器通過期望直流側(cè)電壓和實(shí)際直流側(cè)電壓進(jìn)行PI控制，得到電流輸出信號(hào)。以上三個(gè)模塊得到的參數(shù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即可得到電流無差拍控制模塊的輸入信號(hào)和。

電流無差拍控制模塊的輸入量、和和帶無功補(bǔ)償功能的PWM整流器交流側(cè)電流、和，采用復(fù)合電流內(nèi)環(huán)無差拍控制方式，能夠快速準(zhǔn)確跟蹤指令電流。PWM脈寬調(diào)制模塊則根據(jù)、和，采用雙極性異步SPWM方式，計(jì)算得到能夠控制IGBT橋式電路正確導(dǎo)通關(guān)斷的PWM信號(hào)。