[发明专利]基于DCM变换器谐波注入的12脉冲整流器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减小网侧电流谐波的基于DCM变换器谐波注入的12脉冲整流器及其控制方法，属于电能变换领域。

背景技术

二极管桥式整流电路可以将交流电变换为直流电，当直流侧采用电容进行滤波时，其输入侧电流的谐波分量很大，对电网造成了严重的污染。传统的12脉冲整流器包含两组6脉冲整流电路，可以消除输入电流中的5次、7次谐波分量，其系统可靠性高，设备成本低，结构简单，效率高，广泛应用于航空、工业等场合。随着国内外新的谐波标准的诞生，如民航适航标准RTCA DO-160E和国军标GJB181A-2003均规定交流用电设备总畸变电流的均方根值不应超过基波电流有效值的10%，即THD应小于10%。，而传统的12脉冲整流器在大感性负载下输入电流THD约为15%，已不能满足要求。上世纪90年代中期，国外学者Sewan Choi, Prasad N. Enjeti, Hong-Hee Lee等人在“A New Active Interphase Reactor for 12-Pulse Rectifiers Provides Clean Power Utility Interface. IEEE Trans.Ind.Appl., 1996, vol. 32(No. 6):1304-1311.”中提出通过直流侧平衡电抗器注入三角谐波减小网侧电流THD的思路，通过平衡电抗器可得到与所需谐波电流同频同相的电压信号，并将这个电压作为半桥逆变器的输入，通过锁相环控制环路保证谐波电流与输入电压波形一致实现谐波注入。Bang Sup Lee, Jaehong Hahn, Prasad N. Enjeti后来在“A Robust Three-Phase Active Power-Factor-Correction and Harmonic Reduction Scheme for High Power.IEEE Trans. Ind. Appl.,1999,vol.46(No.3):483-493.”一文中将谐波电流产生电路改进成BOOST-PFC电路，而且BOOST变换器输出端直接和12脉冲整流器的输出端相连，可以将谐波电路产生的能量损耗回馈到负载；但这种方法同样需要控制环路进行谐波电流的波形控制。南京航空航天大学的张方华、王明后来在“12-Pulse Auto-transformer Rectifier with Current Harmonic Injection for Non-Grid-Connected Wind Power Applications”一文中提出在平衡电抗器附加绕组端口外接电阻和单周期控制的BOOST PFC变换器两种方案进行谐波注入，其中单周期控制的BOOST PFC变换器控制复杂，且对系统带宽要求较高，外接纯电阻进行谐波注入的方法不能适应负载变化，且损耗较大。

发明内容

本发明的目的是为了克服利用变换器进行谐波注入时电路控制复杂以及外接电阻进行谐波注入不能适应负载变化、损耗较大等不足，提出一种基于DCM（包括临界连续模式）变换器谐波注入的12脉冲整流器。

本发明的另一目的是提供一种基于DCM变换器谐波注入控制方法，该控制方法可实现最优化的谐波注入，减小网侧电流的THD。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于DCM变换器谐波注入的12脉冲整流器，它包括12脉冲整流器、变换器以及输出电路（10）和控制环路（11）；所述12脉冲整流器由三相交流电源（1）、12脉冲移相变压器（2）、三相整流桥（3）和（4）、平衡电抗器（5）和（6）；其特征在于：所述变换器采用DCM模式的AC-DC变换器，所述12脉冲电路的两个平衡电抗器（5）和（6）上各增加一个副边绕组作为附加绕组，两个附加绕组的异名端相连，两同名端作为作于DCM模式的AC-DC变换器的输入； DCM的AC-DC变换器的输出端与12脉冲整流器的输出端相连。

所述控制环路（11）包括电流采样电路、逻辑电路和驱动器。

所述DCM模式的AC-DC变换器包括LC滤波电路（7）、单相整流桥（8）和功率变换器（9）。

所述的12脉冲整流器中的12脉冲移相变压器（2）采用自耦型的或是隔离型的；绕组结构采用P型（Polygon）结构，D（Delta）型或DT型。

所述的DCM模式的AC-DC变换器中的功率变换器采用Buck、Boost、Buck/Boost、丘克、Zeta、SEPIC、正激或反激变换器。