[发明专利]一种带无功补偿功能的PWM整流器

说明书

技术领域

本发明涉及一种PWM整流装置，尤其涉及一种带无功补偿功能的PWM整流器。

背景技术

二极管不可控整流器以及晶闸管的相控整流器具有输入电流畸变严重、功率因数低、易造成电磁干扰等缺陷而被日渐淘汰。PWM整流器因具有系统动态响应速度快、谐波含量低、功率因数高等优势。随着整流器技术的发展,三电平PWM整流器可以使耐压低、工作电流小的功率器件工作在高压大功率场合,并且能够比两电平更加显著的降低电流谐波而受到了广泛的关注。

另外，PWM 整流器还具有能量双向流动、恒定直流电压控制、低谐波输入电流、高功率因数等优点。常见的控制器包括：采用内模控制器取代常规比例积分微分控制器(PID)调节器的双闭环控制方法；外环控制器为直流母线电压反馈与负载功率前馈相结合，内环电流控制为比例积分加谐振调节器的PWM 整流器控制策略；还有在正负序同步坐标变换下，电网正负序电压分别定向的矢量控制策略。

它们都具有共同的缺点，即只保证PWM 整流器接入支路的单位功率因数运行，没有对电网其它支路的负载进行无功补偿，系统网侧电能质量差且存在安全隐患。

发明内容

为了克服PWM整流器没有对电网其它支路的负载进行无功补偿的难题，本发明提出了一种带无功补偿功能的PWM整流器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

带无功补偿功能的PWM整流器包括IGBT全控整流电路、功率计算、电流无差拍控制和PWM脉宽调制四个部分。

所述IGBT全控管流桥由六个IGBT组成，其输入端与三相交流电源同相接入端连接，输出端通过两个电容与负载两端连接组成回路。

所述滤波器用滤波电感和滤波电抗器组成，串联在交流侧交流电源和IGBT开关管组成的整流桥中。

所述功率计算包括有功电流计算和无功电流检测计算，其输入信号包括采集到的线电流、相电压以及直流侧电压和相对应的给定电流、电压，输出为带无功补偿功能的PWM整流器交流侧线电流。

所述电流无差拍控制根据功率计算模块得到的三相线电流给定电压和实际采集得到的三相线电流，进行计算，得到PWM脉宽调制给定信号。

所述PWM脉宽调制模块输入端为电流无差拍控制模块的输出信号，即PWM脉宽调制给定信号，通过该模块的调制，得到能够控制IGBT桥导通关断的PWM信号。

本发明的有益效果是：带无功补偿功能的PWM整流器在保证输出平稳直流电压的同时可对系统中的无功进行动态补偿，能够在复合电流无差拍控制下能够实现高精度的直流电压输出，由于能够进行对交流侧进行无功补偿，整个系统具有响应速度快、稳态误差小等优点。实现电网侧高功率因数供电，改善了系统的电能质量水平。

附图说明

图1带无功补偿功能的PWM整流器主电路。

图2IGBT控制原理框图。

具体实施方案

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的带无功补偿功能的PWM整流器作进一步详细说明。

图1所示是带无功补偿功能的PWM整流器主电路。为交流侧三相电源，通过该电源与线路阻抗连接，再与支路负载连接。为了实现带无功补偿功能的PWM整流器的无功补偿功能，整流器与负载并联，能够补偿交流电源侧的无功。整流器首先连接滤波阻抗和，再将6个IGBT组成的桥式电路，其输出端与稳压滤波电容和负载连接。其中相关参数为三相交流侧电流，为流入PWM 整流器的电流，为负载电流。主电路相关参数如下所示：网侧电压有效值220V，频率50Hz；电网线路等效阻抗0.001+0.001 ；直流侧电容为10000；直流侧电压参考值为800 V；滤波电感1.0 ；直流侧负载电阻16；阻感负载4+9.5；IGBT开关频率10kHz。

功率计算模块通过采集主电路中电压和电流信号，分别进行有功电流计算、无功电流检测计算以及PI控制。有功电流计算将采集到的三相线电流A相电压以及直流侧电压进行计算，得到三相PWM整理器电网侧线电流有功幅值。无功电流检测计算将采集到的三相电流信号进行计算，三相非线性负载电流经过变换得到坐标系下的电流，再经过变换得到无功电流，经过LPF(Low-pass Filter)得到的直流分量。直流分量经过、变换得到PWM 整流器的无功补偿指令信号，即得到三相PWM整流器电网侧线电流无功幅值。PI控制器通过期望直流侧电压和实际直流侧电压进行PI控制，得到电流输出信号。以上三个模块得到的参数，进行转换，即可得到电流无差拍控制模块的输入信号和。

电流无差拍控制模块的输入量、和和带无功补偿功能的PWM整流器交流侧电流、和，采用复合电流内环无差拍控制方式，能够快速准确跟踪指令电流。PWM脉宽调制模块则根据、和，采用双极性异步SPWM方式，计算得到能够控制IGBT桥式电路正确导通关断的PWM信号。