[發明專利]適用于整流裝置的能量回饋與諧波無功補償系統

無效

• 申請號: 200710168665.3
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101237185A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 沈安文;徐金榜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02J3/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明技術涉及電工電子和電力傳動技術領域，具體涉及一種適用于整流裝置的能量回饋與諧波無功補償系統。

背景技術

在電工電子技術領域，二極管整流電路簡單、經濟可靠，因而在目前大部分的電力電子和電力傳動系統中被廣泛應用；但是，這種二極管整流電路的整流器廣泛使用，也帶來了以下如下幾個方面的問題：

參考機械工業出版社出版的《電力電子技術》，書中提到二極管整流的以下缺點：

1.二極管整流會使網側電流波形嚴重畸變，造成功率因數較低，最高功率因數只在0.8左右；大量無功功率的消耗給電網帶來額外的負擔，增加了輸電線路的損耗，而且嚴重的影響了整個電網的供電質量，需要采用必要的無功補償來改變這種狀況。

2.在對二極管整流器的輸入電流進行頻譜分析，發現輸入電流中含有非常豐富的低次諧波電流，這種低次諧波電流有損于供電質量，必須進行必要的諧波治理。

3.若改用pwm整流可以得到很好的濾波效果，但它的缺點如下：1)目前大部分系統中采用的為不可整流系統，若大范圍的以可控PWM整流替代二極管不可控整流，這種做法在實際應用中不太現實；2)在大功率的電路系統中，如果完全用可控的PWM整流代替二極管整流，則全控的功率開關管需要很大的容量，成本很高，而且實現起來非常困難，所以，這種通過可控的PWM整流的方法來全面解決二極管整流系統所存在的問題，也不具有實際意義。

若在交流變頻調速系統中采用這種二極管整流技術，由于二極管的單向導電性能，則電機制動過程中的再生能量將無法回饋給電網，實際的交流調速系統為了使得各個裝置安全運行，這部分能量還必須通過一定的途徑將其消耗掉；因而在系統中一般采用能耗制動方式，即通過內置或外加制動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，從而實現電機的四象限安全運行。該方法雖然簡單，但是存在如下缺點：：1)大量的電能被白白消耗，系統運行效率低；2)電阻發熱嚴重，散熱是個大問題，嚴重影響系統的其他部分正常工作；3)簡單的能耗制動不能及時抑制快速制動而產生的泵升電壓，不利于系統綜合性能的進一步提高。

中國專利文獻CN1274977A于2000年11月29日公開了一種“有源和無源構成的綜合電力濾波裝置”，該裝置利用有源濾波和無源濾波來進行諧波補償，但不能對電網中的能量進行回饋，而且結構復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于整流裝置的能量回饋與諧波無功補償系統，該系統不僅濾波效果好，成本較低，而且能夠將電機制動過程中的再生能量回饋給電網。

本發明提供的適用于整流裝置的能量回饋與諧波無功補償系統，其特征在于：該系統包括功率開關管、控制裝置、功率三相橋和濾波裝置；

功率開關管的正極接不可控二極管整流裝置的直流母線電壓輸出端，其負極接功率三相橋的直流母線電壓正極；功率三相橋的直流母線電壓負極輸出端和不可控二極管整流裝置的直流母線電壓負極輸出端相連；

控制裝置用于獲取不可控二極管整流裝置的輸入負載電流、濾波裝置輸出的補償電流和功率三相橋的直流母線電壓，根據獲取的參數產生開關信號，分別控制功率三相橋的功率開關管的開通與關斷；

功率三相橋用于向控制裝置提供直流母線電壓，根據控制裝置提供的指令控制功率開關管的閉合，產生補償電流，并提供給濾波裝置；

濾波裝置接受來自功率三相橋的補償電流，濾出高次諧波，將補償電流補償入電網，并將該電流信號提供給控制裝置。

沒有采用本發明系統前，原外電路系統的諧波含量THD很高，功率因素也不高，在加入本發明系統后，原外電路系統的諧波含量THD可降到很低，功率因素可以上升為接近1。且能量利用率顯著提高。具體而言，本發明具有以下特點：

(1)不用改變當前不可控二極管整流系統及電網等的電路結構和連接方式；相對于采用PWM整流提供直流電源的系統來說，本案系統和可控功能管的容量可以大大的降低，降低了系統成本，增加了系統的可實現性和可靠性；

(2)可以實現本案系統和原二極管整流系統在運行過程中不會向電網注入諧波和無功，消除對電網的污染；

(3)當電機制動時，原二極管整流系統多余的電能通過本案裝置流向電網。可以實現能量回饋，起到節能的目的，有良好的經濟效益和社會效益；

(4)系統能量回饋、有源濾波以及無功補償的功能通過采用相應的控制方法，可以集合在一個裝置上實現，是一個一體化的系統。

附圖說明

圖1是本發明能量回饋及諧波無功補償系統的結構框圖；其中1為本發明系統，2為原外電路系統；