[发明专利]基于瞬时电流前馈控制的高频冗余PWM整流装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子与电力传动领域，特别涉及基于瞬时电流前馈控制的高频冗余PWM整流装置及方法。

背景技术

近年来，由于高性能传动系统，新能源发电，机车牵引等技术得到广泛的应用推广，大量的整流设备投入使用，传统的二极管不控式整流设备由于电流畸变率高，使电网引入了大量的谐波，影响电网电能质量，增加电网能量损耗。因此，近年来，PWM整流器由于谐波小，功率因数高，理想情况下可以工作在功率因数为1的状态下，得到了广泛的关注。

目前，多数PWM整流器是以单机运行模式提供直流电源，因为开关管的开关频率有一定的限制，所以一般PWM整流器的开关频率都不会太高，而PWM整流器的高频化，会给整流器带来一系列的优点，例如，可以减小前端电感的大小，减少交直流两侧的谐波等。故PWM整流器的高频化会进一步提高电源质量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出基于瞬时电流前馈控制的高频冗余PWM整流装置及方法，以达到提高整流器功率因数、提高直流侧电源质量、直流电压可控、减小交流侧谐波和减小装置体积的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：

基于瞬时电流前馈控制的高频冗余PWM整流装置，该装置包括IGBT驱动单元、PWM驱动信号电平转换单元、控制单元、校正单元、交流电流互感器、交流电压互感器和直流电压传感器，所述的校正单元包括交流电压校正单元、交流电流校正单元和直流电压校正单元，此外，该装置还包括主电路单元和高频信号逻辑控制单元，其中：

主电路单元:采用两个PWM整流器并联的模式，即为IGBT并联型桥式电路，用于将交流电信号向直流电信号的转换，直流电压输出端输出的电压信号通过直流电压传感器后产生的信号传递给直流电压校正单元；

IGBT驱动单元:用于将高频信号逻辑控制单元输出的PWM信号转换为适用于驱动主电路单元内IGBT开关管的电平信号，IGBT驱动单元通过驱动信号的输出端连接主电路单元中PWM整流器内IGBT开关管的控制信号输入端，从而控制IGBT开关管导通与关断；

高频信号逻辑控制单元:用于将PWM驱动信号电平转换单元输出的控制每相桥臂内两个IGBT开关管的PWM信号分解为控制并联的两个桥臂内四个IGBT开关管的PWM信号，控制并联PWM整流器的协调导通，实现IGBT开关管高频化导通，高频信号逻辑控制单元的PWM信号输出端连接IGBT驱动单元的PWM信号输入端；

PWM驱动信号电平转换单元:用于将控制单元输出的电压信号转换为符合驱动IGBT开关管所需的电压信号，PWM驱动信号电平转换单元的PWM信号输出端连接高频信号逻辑控制单元的PWM信号输入端；

控制单元：用于将校正单元输出的交流电压信号,交流电流信号和直流电压信号进行AD转换,实现整个控制系统的计算、输出PWM信号以及与上位机的通讯，控制单元的PWM信号输出端连接PWM驱动信号电平转换单元的PWM信号输入端；

校正单元:用于将在电网交流侧和直流侧采样得到的强电校信号正为适用于控制单元的弱电信号，交流电压校正单元的交流电压信号输出端连接控制单元的交流电压信号输入端，交流电流校正单元的交流电流信号输出端连接控制单元的交流电流信号输入端，直流电压校正单元的直流电压信号输出端连接控制单元的直流电压信号输入端。

所述的主电路单元，包括两个PWM整流器，上述两个PWM整流器并联，单台PWM整流器采用三相桥式整流电路，并且在并联三相桥前端的交流侧，每相各串联一个电感，直流侧并联同一个滤波电容。

所述的高频信号逻辑控制单元，由三组相同电路组成，每一组电路包括一个反相器、一个D触发器和四个门电路，其中反相器的输入端连接第一门电路的第二输入端、第三门电路的第二输入端，并连接第一电压输入信号，所述的反相器的输出端连接D触发器时钟输入端，D触发器的信号输入端分别连接D触发器的反相输出端、第三门电路的第一输入端和第四门电路的第一输入端，D触发器的同相输出端分别连接第一门电路的第一输出端、第二门电路的第一输入端；第二门电路的第二输入端连接第四门电路的第二输入端，并且连接第二电压输入信号。

采用上述装置，实现基于瞬时电流前馈控制的高频冗余PWM整流方法，具体包括以下步骤：

步骤1：进行系统初始化、设置控制单元系统主程序内的AD采样模块、事件管理器EV模块、死区寄存器和SCI串口通讯模块；