[發明專利]基于非對稱多電平合成技術的AC/DC變換器實現方法

有效

• 申請號: 201310479820.9
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN104578835B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 高毅夫;陳琳琳;劉昆
• 申請（專利權）人: 北京凱德中天科技發展有限公司
• 主分類號: H02M7/155
• 分類號: H02M7/155;H02M1/12;H02M1/42
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本發明基于非對稱多電平合成技術的AC／DC變換器實現方法屬于電氣技術相關的AC／DC變換及控制技術，目的是研發一種低諧波、高質量、適合各種容量應用需求的AC／DC變換器，其特征是將傳統12脈波AC／DC變換器的電流對稱分配給兩個三相變流橋進行變換的方式，用非對稱的分配給兩個三相變流橋的新方法來替代，按特定變換規律將直流電流分配給兩個三相變流橋，使變換器三相交流進線電流為正弦波，進而采用等增量臺階形三角波電流波形近似替代理想變換，具有低諧波、晶閘管可控化、功率因數可超前滯后連續調節、系統綜合效率高、適合各種容量應用需求的特點，可用于各種容量的直流電源和各種用途的有源前端變流器。

技術領域

本發明屬于電氣技術相關的AC／DC變換及控制技術。

背景技術

在大容量AC／DC變換器的實際應用中，目前多采用負載換相變換器，其缺點是僅具有功功率雙向控制能力、功率因數差、諧波含量高。因此，還需配備相應的功率因數補償和濾波裝置，造成了整個系統繁雜龐大，造價頗高。

中小容量AC／DC變換器通常采用二極管整流、晶閘管整流，這類變換器的缺點是電源進線電流含有大量諧波，波形失真，會對電網造成污染。目前改善這種狀況的方法是采用多重化技術和采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、門極換向晶閘管(IGCT)等全控型器件及脈寬調制(PWM)控制技術，對諧波進行抑制，但這些方法的拓撲結構復雜、開關器件價格昂貴、控制系統繁雜，制約了其應用范圍。

由于AC／DC變換器應用范圍甚廣，所以它又是重要的諧波污染源之一，隨著它的廣泛應用，諧波污染的問題也變得日益嚴重，解決諧波污染的問題就成為我們面臨的一個重要課題。

解決AC／DC變換器的諧波污染可從兩個途徑獲得，一個是附加濾波裝置和無功補償裝置，另一個途徑是研發低諧波和高功率因數的AC＼DC變換裝置。顯然前者是被動的補救方式，后者是積極的主動方法，本發明即是后一個途徑的具體體現。

關于AC／DC變換器的諧波抑制，當整流器件為不可控器件或半控型器件時，通常采用移相變壓器增加整流脈波的方法來降低諧波的影響。根據諧波畸變率 THD的理論分析，當三相整流橋整流器件為二極管時，12脈波時，其THD值為≥8.38％；18脈波時為≥3.06％；24脈波時為≥1.49％。當三相整流橋整流器件為普通晶閘管時，12脈波時，其THD值為≥8.61％；18脈波時為≥3.54％。根據理論分析結果，考慮到負載變化情況，兩種整流器件在12脈波和18脈波的THD均不完全符合國家標準GB／T14549的要求，只有在24脈波及以上時才能完全滿足國標要求。

當三相整流橋整流器件采用全控型器件時，通常采用PWM脈寬調制控制方法與采用移相變壓器增加整流脈波相結合的方法，并輔以諧波消除控制方法，以獲得好的諧波抑制的效果。當采取12脈波整流時，移相變壓器可以消除5、7、17、19次諧波，PWM的諧波消除方法可消除11和13次諧波，其它高次諧波可通過整流橋輸入端濾波電容器加以抑制或消除，故可以將諧波抑制在國標要求的范圍內。

對上述諧波抑制方案進行技術經濟分析，采用不可控器件或半控型器件方案時，只有在24脈波及以上時才能完全滿足國標要求，其缺點是脈波數的增加，一方面要增加整流器件及控制單元，增加許多投資及增加了裝置的體積，另一方面脈波數的增加使移相變壓器的結構變得復雜而大大增加了成本。采用全控型器件方案時，由于全控型器件價格昂貴及控制系統復雜，特別是整流器輸入端儲能元件存在體積大、會引起諧波震蕩，需增加阻尼控制等問題，使實際應用受到限制。

綜上所述，目前獲得低諧波、高質量、適合各種容量應用需求的AC／DC變換器的途徑是增加脈波數或采取復雜的控制手段或輔以其它裝置來實現的，結果是付出了許多的經濟代價，此外由于其中含有某些被動的補救方式，所以還有可能存在對整個系統產生不良影響的隱患。能否找到一種簡單、經濟、積極 有效的方法來實現低諧波、高質量、適合各種容量應用需求的AC／DC變換器這是AC／DC變換器領域面臨的一個重要課題，到目前為止還未見到創新性的研究結果。