本發(fā)明涉及電力電子功率變換器拓?fù)浼翱刂祁I(lǐng)域，尤其是一種帶補(bǔ)償功能的電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器以及基于上述拓?fù)涞闹C波補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

整流器是一種可以實(shí)現(xiàn)交流到直流電能變換的拓?fù)溲b置。電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器是由三相高頻鏈矩陣式整流器演化而來(lái)，其不僅具有傳統(tǒng)電壓型PWM整流器可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，正弦電流以及綠色電能變換的優(yōu)點(diǎn)，而且具有電氣隔離，更廣的變壓范圍，能量雙向流動(dòng)以及更好的應(yīng)對(duì)時(shí)常發(fā)生的電網(wǎng)不平衡問(wèn)題。相較于傳統(tǒng)PWM整流器具有明顯優(yōu)勢(shì)。

然而，隨著電力電子設(shè)備及變流裝置、新能源等的迅速發(fā)展和廣泛使用，對(duì)電網(wǎng)造成的壓力和污染不斷增加，而整流環(huán)節(jié)廣泛存在于各類設(shè)備中，因此其成為了治理電網(wǎng)污染的一個(gè)有效切入點(diǎn)。由于上述優(yōu)勢(shì)，對(duì)帶補(bǔ)償功能的四橋臂矩陣式整流器進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)其在電網(wǎng)不平衡時(shí)可以輸出直流電壓的同時(shí)，又可以在一定程度上緩解電網(wǎng)污染的功能具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種既可以在電網(wǎng)不平衡情況下實(shí)現(xiàn)正常的整流功能、又可以對(duì)電網(wǎng)諧波電流進(jìn)行一定補(bǔ)償?shù)碾妷盒退臉虮鄹哳l鏈矩陣式整流器及補(bǔ)償方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述整流器由三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_a、e_b、e_c、濾波電感L_a、濾波電感L_b、濾波電感L_c、中線電感L_m、寄生電阻R_a、寄生電阻R_b、寄生電阻R_c、中線寄生電阻R_m、可控開(kāi)關(guān)管S_pah、可控開(kāi)關(guān)管S_pbh、可控開(kāi)關(guān)管S_pch、可控開(kāi)關(guān)管S_pdh、可控開(kāi)關(guān)管S_pal、可控開(kāi)關(guān)管S_pbl、可控開(kāi)關(guān)管S_pcl、可控開(kāi)關(guān)管S_pdl、可控開(kāi)關(guān)管S_nah、可控開(kāi)關(guān)管S_nbh、可控開(kāi)關(guān)管S_nch、可控開(kāi)關(guān)管S_ndh、可控開(kāi)關(guān)管S_nal、可控開(kāi)關(guān)管S_nbl、可控開(kāi)關(guān)管S_ncl、可控開(kāi)關(guān)管S_ndl、雙繞組高頻變壓器、二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃、二極管D₄、電容濾波器C_dc、負(fù)載R_dc組成；

可控開(kāi)關(guān)管S_nah的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pal的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nah的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pah的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pal的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_nal的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pah、可控開(kāi)關(guān)管S_nah、可控開(kāi)關(guān)管S_pal、可控開(kāi)關(guān)管S_nal組成A相橋臂；A相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_a與濾波電感L_a、寄生電阻R_a順次連接，寄生電阻R_a另一端分別與A相橋臂的中點(diǎn)a相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_nbh的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pbl的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nbh的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pbh的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nbl的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pbl的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pbh、可控開(kāi)關(guān)管S_nbh、可控開(kāi)關(guān)管S_pbl、可控開(kāi)關(guān)管S_nbl的組成B相橋臂；B相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_b與濾波電感L_b、寄生電阻R_b順次連接，寄生電阻R_b另一端分別與B相橋臂的中點(diǎn)b相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_nch的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pcl的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nch的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pch的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_ncl的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pcl的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pch、可控開(kāi)關(guān)管S_nch、可控開(kāi)關(guān)管S_pcl、可控開(kāi)關(guān)管S_ncl的組成C相橋臂；C相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_c與濾波電感L_c、寄生電阻R_c順次連接，寄生電阻R_c另一端分別與C相橋臂的中點(diǎn)c相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_ndh的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pdl的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_ndh的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pdh的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pdl的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_ndl的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pdh、可控開(kāi)關(guān)管S_ndh、可控開(kāi)關(guān)管S_pdl、可控開(kāi)關(guān)管S_ndl的組成第四橋臂；三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)公共接點(diǎn)與中線上的中線電感L_m相連，中線電感L_m另一端與中線寄生電阻R_m一端相連，中線寄生電阻R_m另一端與第四橋臂的中點(diǎn)d相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_pah的集電極分別與可控開(kāi)關(guān)管S_pbh的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_pch的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_pdh的集電極、雙繞組高頻變壓器原邊一端相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_nal的集電極分別與可控開(kāi)關(guān)管S_nbl的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_ncl的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_ndl的集電極、雙繞組高頻變壓器原邊另一端相連；

二極管D₁的陽(yáng)極與二極管D₂的陰極相連組成不控整流橋的第一橋臂，雙繞組高頻變壓器副邊一端與不控整流橋第一橋臂的中點(diǎn)e連接；

二極管D₃的陽(yáng)極與二極管D₄的陰極相連組成不控整流橋的第二橋臂，雙繞組高頻變壓器副邊另一端與不控整流橋第二橋臂的中點(diǎn)f連接；

二極管D₁的陰極分別與二極管D₃的陰極、電容濾波器C_dc一端、負(fù)載R_dc一端相連；二極管D₂的陽(yáng)極分別與二極管D₄的陽(yáng)極、電容濾波器C_dc另一端、負(fù)載R_dc另一端相連。

進(jìn)一步的，所述雙繞組高頻變壓器是變比為1：n的變壓器。

本發(fā)明所述的補(bǔ)償方法，具體步驟如下：

步驟1，對(duì)非線性負(fù)載側(cè)的電壓電流進(jìn)行檢測(cè)，得到含有諧波分量的電壓電流，并通過(guò)計(jì)算得到諧波補(bǔ)償功率信號(hào)；

步驟2，將得到的諧波補(bǔ)償功率信號(hào)作為電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器的控制環(huán)節(jié)中的功率指令值q^*，其通過(guò)變換矩陣M得到內(nèi)環(huán)電流指令信號(hào)進(jìn)行內(nèi)環(huán)控制；

步驟3，通過(guò)對(duì)電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器的控制，實(shí)現(xiàn)交流側(cè)電流具有電網(wǎng)電流所需的諧波補(bǔ)償量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電流的補(bǔ)償功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：采用帶補(bǔ)償功能的四橋臂高頻鏈矩陣式整流器拓?fù)洌哂须姎飧綦x，變壓范圍更寬，體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)合理的控制策略，不僅比三橋臂整流器能更好的應(yīng)對(duì)電網(wǎng)不平衡情況，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)不平衡情況下對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行諧波補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述整流器的電路拓?fù)鋱D。

圖2為本發(fā)明所述整流器的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明所述整流器的控制原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1所示，所述整流器由三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_a、e_b、e_c、濾波電感L_a、濾波電感L_b、濾波電感L_c、中線電感L_m、寄生電阻R_a、寄生電阻R_b、寄生電阻R_c、中線寄生電阻R_m、可控開(kāi)關(guān)管S_pah、可控開(kāi)關(guān)管S_pbh、可控開(kāi)關(guān)管S_pch、可控開(kāi)關(guān)管S_pdh、可控開(kāi)關(guān)管S_pal、可控開(kāi)關(guān)管S_pbl、可控開(kāi)關(guān)管S_pcl、可控開(kāi)關(guān)管S_pdl、可控開(kāi)關(guān)管S_nah、可控開(kāi)關(guān)管S_nbh、可控開(kāi)關(guān)管S_nch、可控開(kāi)關(guān)管S_ndh、可控開(kāi)關(guān)管S_nal、可控開(kāi)關(guān)管S_nbl、可控開(kāi)關(guān)管S_ncl、可控開(kāi)關(guān)管S_ndl、雙繞組高頻變壓器、二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃、二極管D₄、電容濾波器C_dc、負(fù)載R_dc組成；

可控開(kāi)關(guān)管S_nah的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pal的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nah的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pah的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pal的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_nal的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pah、可控開(kāi)關(guān)管S_nah、可控開(kāi)關(guān)管S_pal、可控開(kāi)關(guān)管S_nal組成A相橋臂；A相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_a與濾波電感L_a、寄生電阻R_a順次連接，寄生電阻R_a另一端分別與A相橋臂的中點(diǎn)a相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_nbh的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pbl的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nbh的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pbh的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nbl的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pbl的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pbh、可控開(kāi)關(guān)管S_nbh、可控開(kāi)關(guān)管S_pbl、可控開(kāi)關(guān)管S_nbl的組成B相橋臂；B相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_b與濾波電感L_b、寄生電阻R_b順次連接，寄生電阻R_b另一端分別與B相橋臂的中點(diǎn)b相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_nch的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pcl的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_nch的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pch的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_ncl的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pcl的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pch、可控開(kāi)關(guān)管S_nch、可控開(kāi)關(guān)管S_pcl、可控開(kāi)關(guān)管S_ncl的組成C相橋臂；C相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)e_c與濾波電感L_c、寄生電阻R_c順次連接，寄生電阻R_c另一端分別與C相橋臂的中點(diǎn)c相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_ndh的集電極與可控開(kāi)關(guān)管S_pdl的集電極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_ndh的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_pdh的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pdl的發(fā)射極與可控開(kāi)關(guān)管S_ndl的發(fā)射極相連，可控開(kāi)關(guān)管S_pdh、可控開(kāi)關(guān)管S_ndh、可控開(kāi)關(guān)管S_pdl、可控開(kāi)關(guān)管S_ndl的組成第四橋臂；三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)公共接點(diǎn)與中線上的中線電感L_m相連，中線電感L_m另一端與中線寄生電阻R_m一端相連，中線寄生電阻R_m另一端與第四橋臂的中點(diǎn)d相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_pah的集電極分別與可控開(kāi)關(guān)管S_pbh的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_pch的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_pdh的集電極、雙繞組高頻變壓器原邊一端相連；

可控開(kāi)關(guān)管S_nal的集電極分別與可控開(kāi)關(guān)管S_nbl的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_ncl的集電極、可控開(kāi)關(guān)管S_ndl的集電極、雙繞組高頻變壓器原邊另一端相連；

二極管D₁的陽(yáng)極與二極管D₂的陰極相連組成不控整流橋的第一橋臂，雙繞組高頻變壓器副邊一端與不控整流橋第一橋臂的中點(diǎn)e連接；

二極管D₃的陽(yáng)極與二極管D₄的陰極相連組成不控整流橋的第二橋臂，雙繞組高頻變壓器副邊另一端與不控整流橋第二橋臂的中點(diǎn)f連接；

二極管D₁的陰極分別與二極管D₃的陰極、電容濾波器C_dc一端、負(fù)載R_dc一端相連；二極管D₂的陽(yáng)極分別與二極管D₄的陽(yáng)極、電容濾波器C_dc另一端、負(fù)載R_dc另一端相連。

如圖2所示，圖2中方框圈出的上下兩部分分別為三相電網(wǎng)及其所帶的非線性負(fù)載部分和帶補(bǔ)償功能的電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器部分。其中，非線性負(fù)載部分提供所需諧波電壓電流，帶補(bǔ)償功能的電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器部分通過(guò)合理的控制策略，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)不平衡情況下的整流器功能，同時(shí)得到包含所需諧波補(bǔ)償信息的三相交流電流，從而對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行補(bǔ)償。

如圖3所示，首先通過(guò)對(duì)三相電網(wǎng)電壓和流入帶補(bǔ)償功能的電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器的交流電流進(jìn)行檢測(cè)和變換，得到正序電壓e_d⁺和e_q⁺，負(fù)序電壓e_d^-和e_q^-，零序電壓e_d⁰和e_q⁰，零序電流i_d⁰和i_q⁰以及除零序分量外的交流電流dq軸分量i_d⁺和i_q⁺。圖3中，第I部分為諧波補(bǔ)償功率指令計(jì)算部分，其作用是通過(guò)檢測(cè)獲得非線性負(fù)載中的諧波電壓和電流并通過(guò)計(jì)算得到諧波補(bǔ)償功率信號(hào)；第II部分為帶補(bǔ)償功能的電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器的電壓外環(huán)部分，其作用是獲得有功功率指令信號(hào)；之后，通過(guò)第I、II部分獲得的p^*，q^*通過(guò)變換矩陣M得到內(nèi)環(huán)電流指令信號(hào)。第III、IV部分分別為電流內(nèi)環(huán)控制框圖，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器分別對(duì)電流dq軸分量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電流跟蹤，兩部分控制方式相同；之后將得到的電壓控制指令信號(hào)v_d^*、v_q^*、v_d^0*、v_q^0*通過(guò)解結(jié)耦調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)帶補(bǔ)償功能的電壓型四橋臂高頻鏈矩陣式整流器開(kāi)關(guān)的控制。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。