[發明專利]一種高效雙向混合三相電壓型整流器

在審

• 申請號: 201710753111.3
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107346944A
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 鄧永紅;張全柱;馬紅梅;趙立永;孫英娟;雷旻;薛偉寧
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/156;H02M7/797
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及電力技術領域，尤其涉及一種高效雙向混合三相電壓型整流器。

背景技術

隨著變流器等電力電子裝置廣泛應用于工業生產、交通運輸、航空航天、城市軌道等各個方面，這些電力電子裝置，前端基本全是采用不控整流器，具有比較好的功率密度、效率，可靠性高，但存在輸出中間直流電壓不可控、輸入電流畸變、諧波含量高、功率因數低、能量不能雙向流動等缺點。而可控整流器例如PWM整流器，功率密度低，不適用于大容量負載的應用。同時電力電子器件定額有限，即其耐壓和電流是有限的，為了增大電力電子裝置的容量，一種方法是采用功率器件串聯或者并聯的形式滿足高電壓或大電流的要求，這就需均壓或者均流控制措施；還有一種方法是采用同結構同工作模式的裝置串或并聯為同一負載供電，由于每個器件或裝置必須均分所帶的負載且電壓或電流也必須均分一旦不均分就會造成器件或裝置損壞。加之很多應用場合，處于節能環保或者從實際應用考慮，采用了不同的整流器共同給同一負載供電。隨著全球能源的緊缺，國家加強了對節能環保的要求，同時為了滿足工業上對整流器的綜合性能的要求，要求整流器高效、高功率密度、高功率因數、低諧波、低成本、可靠運行，這就需要混合整流器，充分利用不同結構不同頻率下整流器的綜合性能優點，給同一負載供電。混合整流器具有各種綜合性能優點，但也帶來一些技術問題，輸入電流的畸變問題、功率分配問題、控制策略問題、以及混合整流器的效率、功率密度、單位功率因數、諧波電流含量、輸入電流正弦化、開關頻率等各個指標的綜合優化問題。

為了獲得整流器的綜合性能要求，國外學者提出了混合整流器的概念，根據拓撲電路結構不同，主要分為三種類型。目前國內外主要研究由工作在不同拓撲結構和工作頻率下的整流器A、B并聯組成，共為同一負載供電，如圖1所示。整流器A、B的輸入電流合成為與電網電壓同步的正弦電流，其中整流器A一般由三相不控整流器和DC-DC變換器組成，負擔大部分負載功率；整流器B為工作于高頻的三相電壓型PWM整流器，負擔小部分功率。負載功率由兩個整流器負擔，這樣的混合三相電壓型整流器在所期望的控制策略下，具有不控整流器所具有的可靠、高效、高功率密度的特點，同時具有PWM整流器所具有的高功率因數，低諧波，輸入電流正弦化，輸出直流電壓可控，能量雙向流動的特點，因此，可以獲得兩種整流器的綜合性能指標優點，滿足不同的應用需求。

圖1所示的混合整流器，是目前國外研究的主要拓撲電路結構，國內尚未開始系統的研究。對于整流器A，如圖2所示一般由不控整流和DC-DC升壓變換器組成的單向三相電壓型整流器，為了實現流入負載電流與流回電流相等，將Boost型DC-DC變換器的電感和快速整流二極管上下對稱設置，一般作為混合整流器中的一個固定拓撲電路結構。而國內外的學者主要研究整流器B的不同拓撲電路結構，與整流器A組成的混合整流器供電系統。

國外學者對混合整流器提出了不同的拓撲電路結構，針對這些不同拓撲電路結構的混合整流器，先計算分析了其性能指標優點，具有單個整流器的最優性能指標，同時通過不同的控制策略實現了這些混合整流器的運行。從控制策略算法上，對于整流器A，一般采用直流電壓外環、電流內環的控制策略，電壓控制器為整流器A和B共用。整流器B根據其結構不同，控制策略算法也不同，一般采用直流電壓外環、電流內環的控制結構和采取PR控制器的多環控制結構，實現了混合整流器運行時的功率的分配，具有一定的綜合性能指標優點；也采用PI控制器，單周期控制方案、反饋線性化控制器，從不同控制算法上實現了混合整流器的控制性能。