諧波抑制雙閉環(huán)控制電路及諧波抑制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及諧波抑制雙閉環(huán)控制電路及諧波 抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的發(fā)展，大量新型電源隨之普及應(yīng)用，如開關(guān)電源、不間斷電源、 交-直-交變頻器等。
[0003] 上述電源在實(shí)際應(yīng)用中的工作模式多為：采用整流電路經(jīng)電容濾波后，為后級的 逆變器等負(fù)載提供直流電源。然而整流電路的接入往往會(huì)給電網(wǎng)帶來諧波，造成電網(wǎng)電能 質(zhì)量的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供諧波抑制雙閉環(huán)控制電路及諧波抑制裝置，以抑制電網(wǎng)中 產(chǎn)生的諧波。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種諧波抑制雙閉環(huán)控制電路，包括：電壓外環(huán)及電流內(nèi)環(huán)； 所述電壓外環(huán)，用于依據(jù)整流電路中半波整流橋輸出的正弦半波電壓及預(yù)先設(shè)定的輸出電 壓值，生成電感指令電流；所述電流內(nèi)環(huán)，用于將整流電路中電感上的電感電流與所述電感 指令電流進(jìn)行滯環(huán)比較，并根據(jù)比較的結(jié)果，生成控制信號；還用于將所述控制信號傳輸給 所述整流電路中的開關(guān)管，以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷，使所述電感電流與所述電感指 令電流相位匹配。
[0006] 優(yōu)選地，所述電壓外環(huán)，包括：幅值生成模塊，用于依據(jù)所述整流電路實(shí)際輸出的 直流電壓及設(shè)定的輸出電壓值，生成電感指令電流幅值；相位生成模塊，用于依據(jù)所述正弦 半波電壓生成電感指令電流相位；電感指令電流生成模塊，用于依據(jù)所述電感指令電流幅 值及所述電感指令電流相位生成所述電感指令電流。
[0007] 優(yōu)選地，所述幅值生成模塊，包括：第一減法器，用于將設(shè)定的所述輸出電壓值與 所述整流電路實(shí)際輸出的直流電壓作差，得到電壓差值；比例-積分-微分PID控制器，用 于對所述電壓差值進(jìn)行比例-積分-微分處理，得到所述電感指令電流幅值。
[0008] 優(yōu)選地，所述相位生成模塊，包括除法器；所述除法器，用于將所述正弦半波電壓 除以其幅值，得到所述電感指令電流相位。
[0009] 優(yōu)選地，所述電感指令電流生成模塊，包括：乘法器，用于將所述電感指令電流幅 值與所述電感指令電流相位相乘，得到所述電感指令電流。
[0010] 優(yōu)選地，所述電流內(nèi)環(huán)，包括：第二減法器，用于將所述電感指令電流與所述電感 上實(shí)際的電感電流作差，得到電流差值；滯環(huán)比較器，用于判斷所述電流差值是否大于設(shè)定 的差值上限，如果是，則生成用于控制所述開關(guān)管導(dǎo)通的控制信號；還用于判斷所述電流差 值是否小于設(shè)定的差值下限，如果是，則生成用于控制所述開關(guān)管關(guān)斷的控制信號。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種諧波抑制裝置，包括：諧波抑制雙閉環(huán)控制電路及整 流電路；所述整流電路包括：半波整流橋、電感、開關(guān)管及濾波電路；所述半波整流橋，用于 對交流電源半波整流，輸出正弦半波電壓；所述電感與所述開關(guān)管及所述濾波電路的并聯(lián) 電路串聯(lián)后，與所述半波整流橋的輸出端并聯(lián)，其中所述濾波電路用于向負(fù)載輸出濾波后 的直流電壓；所述諧波抑制雙閉環(huán)控制電路，用于依據(jù)所述正弦半波電壓及預(yù)先設(shè)定的輸 出電壓值，生成電感指令電流；還用于將所述電感上的電感電流與所述電感指令電流進(jìn)行 滯環(huán)比較，并根據(jù)比較的結(jié)果，生成控制信號；還用于將所述控制信號傳輸給所述開關(guān)管， 以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷，使所述電感電流與所述電感指令電流相位匹配。
[0012] 優(yōu)選地，所述諧波抑制雙閉環(huán)控制電路基于FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
[0013] 優(yōu)選地，所述半波整流橋，包括：第一脈寬調(diào)制PWM整流管、第二PWM整流管、第三 PWM整流管及第四PWM整流管；所述第一PWM整流管與第二PWM整流管串聯(lián)，得到第一串聯(lián) 電路；所述第三PWM整流管與所述第四PWM整流管串聯(lián)，得到第二串聯(lián)電路；所述第一串聯(lián) 電路與所述第二串聯(lián)電路并聯(lián)，輸出所述正弦半波電壓。
[0014] 優(yōu)選地，所述濾波電路包括：二極管及電容；所述二極管的陰極與所述電容的一 端連接，所述二極管的陽極、所述電容的另一端與所述開關(guān)管并聯(lián)。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例提供的諧波抑制雙閉環(huán)控制電路及諧波抑制裝置，通過控制開關(guān)管 的導(dǎo)通、關(guān)斷控制電感上的電感電流與電感指令電流相位匹配，進(jìn)而使電感電流與正弦半 波電壓的相位匹配，達(dá)到抑制電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波的目的。
[0016] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合 所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附 圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對 范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0018] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例一諧波抑制雙閉環(huán)控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例三諧波抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例四諧波抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例四諧波抑制裝置中雙閉環(huán)控制電路的原理圖；
[0022] 圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例四諧波抑制裝置的電路原理圖；
[0023] 圖6示出了本發(fā)明中PID控制器中遺傳算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在 此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因 此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的 范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025] 實(shí)施例一
[0026] 為了對電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制，本實(shí)施例中提供了一種諧波抑制雙閉環(huán)控制 電路，在對交流電源進(jìn)行交流轉(zhuǎn)直流的處理中，利用該控制電路能夠控制整流電路中開關(guān) 管的導(dǎo)通、關(guān)閉，進(jìn)而有效抑制電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波。
[0027] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)施例中的諧波抑制雙閉環(huán)控制電路，如圖1所示，包括： 電壓外環(huán)51及電流內(nèi)環(huán)52 ;電壓外環(huán)51，用于依據(jù)整流電路中的半波整流橋輸出的正弦半 波電壓及預(yù)先設(shè)定的輸出電壓值，生成電感指令電流；電流內(nèi)環(huán)52,用于將整流電路中電 感上的電感電流與電感指令電流進(jìn)行滯環(huán)比較，并根據(jù)比較的結(jié)果，生成控制信號；還用于 將控制信號傳輸給整流電路中的開關(guān)管，以控制開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷，使電感電流與電感指 令電流相位匹配。
[0028] 本實(shí)施例中，通過控制整流電路中開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷使整流電路中電感上的電 感電流與整流電路中半波整流橋輸出的正弦半波電壓的相位匹配，使整流電路交流側(cè)電流 在一定程度上正弦化，從而減小了裝置的非線性，有效抑制了電網(wǎng)中因整流電路的接入而 產(chǎn)生的諧波。
[0029] 本實(shí)施例的該裝置，電感上的電感電流與半波整流橋輸出的正弦半波電壓相位基 本相同，不僅有效抑制了電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波，而且使電路的功率因數(shù)近似為1，提高了電路 的功率性能。
[0030] 實(shí)施例二
[0031] 本實(shí)施例在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上提供了一種諧波抑制雙閉環(huán)控制電路的優(yōu)選實(shí)施 例，該電路包括電壓外環(huán)51及電流內(nèi)環(huán)52,其功能與實(shí)施例一相同，此處不再贅述。
[0032] 為了有效對電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制，主要利用雙閉環(huán)控制電路中產(chǎn)生的控制 信號對開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷進(jìn)行控制，從而控制整流電路中電感上產(chǎn)生的電感電流與整流 電路中半波整流橋上產(chǎn)生的半波正弦電壓的相位相同，達(dá)到抑制諧波的作用，以下將對諧 波抑制雙閉環(huán)控制電路的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033] 本實(shí)施例中的諧波抑制雙閉環(huán)控制電路采用了雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示，電 壓外環(huán)51，包括：幅值生成模塊511，用于依據(jù)整流電路上實(shí)際輸出的直流電壓及設(shè)定的輸 出電壓值，生成電感指令電流幅值；相位生成模塊512,用于依據(jù)正弦半波電壓生成電感指 令電流相位；電感指令電流生成模塊513,用于依據(jù)電感指令電流幅值及電感指令電流相 位生成電感指令電流。
[0034] 上述的電壓外環(huán)51結(jié)構(gòu)中，幅值生成模塊511，包括：第一減法器，用于將設(shè)定的 輸出電壓值與整流電路實(shí)際輸出的直流電壓作差，得到電壓差值；比例-積分-微分PID控 制器，用于對電壓差值進(jìn)行比例-積分-微分處理，得到電感指令電流幅值。
[0035] 相位生成模塊512,包括除法器；除法器，用于將正弦半波電壓除以其幅值，得到 電感指令電流相位。
[0036] 電感指令電流生成模塊513,包括：乘法器，用于將電感指令電流幅值與電感指令 電流相位相乘，得到電感指令電流。
[0037] 電流內(nèi)環(huán)52,包括：第二減法器522,用于將電感指令電流與電感2上實(shí)際的電感 電流作差，得到電流差值；滯環(huán)比較器521，用于判斷電流差值是否大于設(shè)定的差值上限， 如果是，則生成用于控制開關(guān)管3導(dǎo)通的控制信號；還用于判斷電流差值是否小于設(shè)定的 差值下限，如果是，則生成用于控制開關(guān)管3關(guān)斷的控制信號。
[0038] 實(shí)施例三
[0039] 基于上述實(shí)施一及實(shí)施例二的諧波抑制雙閉環(huán)控制電路，本實(shí)施例提供了一種諧 波抑制裝置。如圖2所示，該諧波抑制裝置包括諧波抑制雙閉環(huán)控制電路5及整流電路。
[0040] 其中，整流電路包括：半波整流橋1、電感2、開關(guān)管3及濾波電路4 ;半波整流橋1， 用于對交流電源半波整流，輸出正弦半波電壓；電感2與開關(guān)管3及濾波電路4的并聯(lián)電路 串聯(lián)后，與半波整流橋1的輸出端并聯(lián)，該電路中濾波電路4用于向負(fù)載輸出濾波后的直流 電壓；諧波抑制雙閉環(huán)控制電路5,用于依據(jù)正弦半波電壓及預(yù)先設(shè)定的輸出電壓值，生成 電感指令電流；還用于將電感上的電感電流與電感指令電流進(jìn)行滯環(huán)比較，并根據(jù)比較的 結(jié)果，生成控制信號；還用于將控制信號傳輸給開關(guān)管3,以控制開關(guān)管3的導(dǎo)通、關(guān)斷，使 電感電流與電感指令電流相位匹配。