多脈波整流系統直流側諧波抑制方法研究

《多脈波整流系統直流側諧波抑制方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由楊威擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多脈波整流系統直流側諧波抑制方法研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊威

項目摘要

多脈波整流技術是大功率整流系統提高電能質量的一種行之有效的方法。申請者在前期科研實踐基礎上，提出從多脈波整流系統直流側進行諧波抑制的新思路。從建立多脈波整流系統模型入手，分析系統參數和負載變化對電能質量的影響，揭示多脈波整流系統非線性和時變性的特點，完善多脈波整流系統動力學行為分析，奠定從直流側對多脈波整流系統進行諧波抑制的理論基礎；在此基礎上，分析系統參數對抽頭變換器變比的影響，為使用抽頭變換器的直流側無源諧波抑制系統的最佳化設計提供理論基礎；分析輸入電流諧波在直流側的表現形式，明確平衡電抗器副邊電流與網側電流正弦因數的關係，給出副邊電流與負載電流和系統參數的匹配方法，為實現多脈波整流系統直流側有源諧波抑制提供分析和設計的科學依據，促進多脈波整流技術的進步，同時為整流系統和其它變換系統的諧波抑制研究提供新思路。

結題摘要

多脈波整流是利用整流電路的移相多重聯結來抑制交流側電流諧波，具有實現簡單、高效率、高可靠性等優點，廣泛用於大功率整流系統，但其諧波抑制能力仍有較大的提升空間。整流器交流側出現的電流諧波在其直流側必然會有所體現，因此項目主要研究了在整流器直流側進行諧波抑制的方法，包括無源和有源兩種。 直流側無源諧波抑制方面，以採用自耦變壓器和抽頭變換器的多脈波整流器為研究對象。明確了直流側無源諧波抑制機理，即由於抽頭變換器二極體交替導通所產生的不流經負載的直流側環流含有諧波成分，通過該環流抵消了網側電流諧波。針對抽頭變換器聯結形式特殊，難以仿真驗證的問題，套用相分量法，建立了可推廣的多抽頭變換器的全解耦模型，所建模型連線簡單、在仿真軟體中易於實現，在抽頭數較多時優勢明顯。以電流THD為目標得到了兩抽頭變換器的最優變比，並套用全解耦模型分析了整流橋和抽頭變換器中二極體換相過程對最優變比的影響，給出了兩種換相角與最優變比的關係，得到了不同情況下最優變比的選擇方法。無源諧波抑制方法的主要問題是可以抑制低次諧波，但無法抑制其本身次生的高次諧波。 直流側有源諧波抑制方面，以採用自耦變壓器和平衡電抗器的多脈波整流器為研究對象。分析了單相輸入電流零諧波時所需的直流側環流，兼顧該環流對其他兩相電流的不利影響等因素，得到了所需注入的直流側環流近似為一個頻率為6倍電源頻率、幅值約為0.5倍負載電流的三角波。為在直流側的平衡電抗器中得到上述環流，引入副邊繞組，使之變為有源平衡電抗器。研究了用小容量的PWM變換電路在有源平衡電抗器副邊實現交流側輸入電流諧波能量提取再利用的多脈波整流系統結構方案，PWM整流器容量約為輸出功率的2%，且輸入電流THD值保持在1%左右，同時被提取的諧波能量直接供給負載，提高了系統的能量變換效率。研究了上述系統的負載適應性，對於常用的LR和LCR型負載，分析了輸入電流THD與負載參數的關係，明確了負載電流含有的紋波對諧波抑制有積極的作用、而電容會產生負面影響，為保證較好的諧波抑制效果，給出了兩型負載條件下平波電感的選擇原則。 此外，研究了原邊為三角形聯結的自耦變壓器結構參數與其容量的關係，給出了自耦變壓器的最佳化設計方法；將直流側有源諧波抑制方法引入到雙反星形整流器中，取得了較好的諧波抑制效果。