[发明专利]一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统

权利要求书

1.一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：由交流电源，N个全波斩控整流电路以及一个或多个直流负载构成；

其中交流电源由N个单相交流电源组成，N个单相交流电源之间相互隔离；每个单相交流电源为一个全波斩控整流电路供电，接入全波斩控整流电路的交流侧；

N个全波斩控整流电路的直流侧依次串联连接，全波斩控整流器1的正极输出与全波斩控整流器N的负极输出分别连接到直流母线的正极和负极；

直流负载的直流侧输入的正极和负极分别连接到直流母线的正极和负极；

全波斩控整流电路包含单相全桥二极管整流电路，滤波电容，补偿电路，多重斩波电路；

单相全桥二极管整流电路作为全波斩控整流电路的交流输入，单相全桥二极管整流电路的直流侧接滤波电容（C），多重斩波电路的输入接滤波电容（C）的两端，多重斩波电路的输出作为全波斩控整流电路的输出；其中补偿电路的作用为补偿电容的充放电电流；

其中多重斩波电路由多个单重降压斩波电路构成，其中单重降压斩波电路由IGBT（T），二极管（D）和电感（L）构成，IGBT的集电极作为斩波电路的正极输入，IGBT的发射极，二极管（D）的阴极和电感（L）的一端相连，二极管（D）的阳极作为斩波电路的输入的负极和输出的负极，电感（L）的另一端作为斩波电路输出的正极；

多个单重斩波电路的正极输入相连作为多重斩波电路的正极输入，多个单重斩波电路的负极输入相连作为多重斩波电路的负极输入，多个单重斩波电路的正极输出相连作为多重斩波电路的正极输出，多个单重斩波电路的负极输出相连作为多重斩波电路的负极输出。

2.如权利要求1所述的基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：权利要求1所述的交流电源由三相交流电源和变压器组成，其中变压器的一次侧接三相交流电源，二次侧有N个线圈，且N个线圈相互隔离，每个线圈接全波斩控整流电路的交流侧输入。

3.如权利要求1所述的基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：权利要求1所述的交流电源为交流发电机，该发电机有N个绕组，绕组之间相互隔离，每个绕组接一个全波斩控整流电路的交流侧输入。

4.如权利要求1所述的一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：所述的多重斩波电路中的IGBT的占空比为：

  (1)

其中D为所述的直流斩波电路中IGBT的占空比，Vdc为所述的二极管整流电路直流侧电压瞬时值，I₁为直流斩波电路输出侧电流，G为等效电导；通过控制等效电导（G）的大小，便可以控制整流电路输出电压的大小；

其中滤波电容（C）和斩波电路可以等效为一个电导为G的电导，连接在二极管整流电路的直流侧，从而使二极管整流电路的交流侧电流为正弦波；

全波斩控整流电路的输出电压为：

   （2）

设二极管整流电路交流侧电压的数学表达式为：

（3）

则二极管整流电路直流侧电压表达式为：

（4）

将式（4）带入式（2）可以得到全波斩控整流电路的输出电压为：

  （5）

由式（5）可以看到，全波斩控整流电路的输出电压中含有直流分量和倍频分量；

所述的变压器的二次侧由一组或多组三相交流电源构成，假设其中一组三相交流电源的电压为：

（6）

根据式（5）可以得到则每个全波斩控整流电路的输出电压为：

（7）

由于全波斩控整流电路的直流侧串联连接，则其直流侧输出电压为：

（8）

将式（7）代入式（8）可以得到：

（9）

由式（9）可以看出，三相全波斩控整流电路的直流侧输出电压是一个稳定的直流电压，单个全波斩控整流电路的直流侧串联后，其输出电压中的倍频波动分量相互抵消了，而三相交流电源输入的电流为正弦波，可以通过改变等效电导（G）的大小来改变三相半控整流电路的输出电压。

5.如权利要求1所述的一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：所述的补偿电路由主H桥子模块（SM），一个或多个辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）和电感（L₁）构成，其中主H桥子模块（SM）的直流侧接权利要求1所述的全波斩控整流电路中的二极管整流电路直流侧滤波电容（C），辅助H桥子模块的交流侧，电感（L₁）和主H桥子模块（SM）的交流侧依次串联连接，形成一个回路；辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）的直流侧接电容（C₁~C_n），用于稳定辅助H桥子模块的直流侧电压；

主H桥子模块（SM）的控制方法为：二极管整流电路交流侧电压（V_ac）为正时，主H桥子模块的交流侧输出正电压（T₁和T₄导通），二极管整流电路交流侧电压（V_ac）为负时，主H桥子模块的交流侧输出负电压（T₂和T₃导通），此时，主H桥子模块的交流侧输出电压与二极管整流电路交流侧电压（V_ac）的瞬时值相等；主H桥子模块（SM），辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）和电感构成一个单相STATCOM系统；

通过控制辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）的交流侧输出电压可以控制该单相STATCOM系统输出的无功功率，通过调整该无功功率的大小，可以使单相STATCOM系统的感性无功与二极管直流侧滤波电容（C）的容性无功相互抵消，从而补偿滤波电容（C）的容性无功对全波斩控整流电路交流侧波形的影响。