[发明专利]三相整流模组、其适用的系统及谐波抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术中使用的有源整流装置，尤其涉及一种基于电感-电容-电感(LCL)滤波的三相整流模组、其适用的系统及抑制整流系统中谐波的方法。

背景技术

功率半导体开关器件技术的进步，促进了电力电子变流装置技术的迅速发展，出现了以脉宽调制(Pulse-width modulation，简称PWM)控制为基础的各类变流装置。具有高功率因数和低输入电流畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)的绿色无污染的有源整流装置已广泛应用于电力电子技术领域中。

三相PWM整流器是目前市面上常见的一种三相整流器。三相PWM整流器由三个并联的单相桥臂组成，每组单相桥臂上串接了大量的开关元件。当上下桥臂的开关元件同时闭合时，会出现桥臂直通的现象，容易导致整流器元件的损伤。这种三相PWM整流器，开关元件较多，结构复杂，而且价格通常也较高，常用在有能量回馈需求的场合。

三相PWM整流器中的开关元件在执行开关动作会产生开关次的谐波电压和电流，对电网造成谐波污染。因此，三相PWM整流器消除谐波分量问题的研究同样引起了业界的高度关注。

为满足三相PWM整流器在工作时需要无源器件对能量进行存储的特性，同时减小交流输电网侧电流在有源整流模组开关频率附近的谐波分量，需在三相PWM整流器与电网之间串接一无源器件，用于滤波。

请参阅图1，图1为现有技术中基于电感L滤波单元的三相PWM整流单元与电网连接的电路示意图。三相PWM整流单元通过电感L滤波单元与三相电网耦接，将三相电网上具有固定工作频率的交流输入电压转换为直流输出电压。滤波单元中的电感L一方面作为储能元件，使三相整流模组具有升压(Boost)的工作特性，另一方面电感L可对开关谐波起到滤波作用。

当选择电感L为滤波单元时，在所有频率范围内对谐波都是以-20dB/Dec的速率衰减，速率比较慢。然而，在大功率的应用场合，由于开关频率比较低，对谐波需要有比较快的衰减速率，为了实现对开关谐波更好的滤波效果，要求增加电感值。众所周知，电感值的增加，不仅会降低整个系统的响应时间，导致系统动态性能降低，且随着有源整流单元功率的增加，电感L的体积和造价也随之迅速增加，这限制了其在大功率场合的应用。

因此，如何发展出一种能应用在中高压大功率场合，所用电感量小，同时开关元件少，结构简单，无桥臂直通风险、价格较低的三相整流模组，实为目前迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于，针对三相整流模组对无桥臂直通风险的需求，以及避免因开关器件切换带来高次谐波和失控区带来低次谐波的产生，在中高压大功率场合，引入三相单向整流单元以及LCL滤波单元代替传统的L型滤波单元来滤除谐波，通过设计LCL滤波单元的参数，实现在较少的电感量下满足高次谐波的衰减要求，且还能抑制三相单向整流单元低次谐波的产生。

为实现上述目的，本发明三相整流模组的技术方案如下：

一种三相整流模组，与三相交流源侧连接，其包括三相单向整流单元、三組LCL滤波单元和用于控制三相交流源侧的功率因数大于或等于预设阈值和三相单向整流单元直流侧电压的整流器控制单元。三相单向整流单元包括三组单相整流桥臂，三组单相整流桥臂并联电连接，在每组单相整流桥臂上，至少串接了一个使桥臂电流具有单向性的换流二极体；每组LCL滤波单元包括第一电感、第二电感以及容性支路，第一电感的一端和第二电感的一端串联，容性支路至少包括第一电容，容性支路一端电连接于第一电感和第二电感之间，另一端与其它两组的容性支路共接于一点；第一电感的另一端电连接于三相交流源侧中的一相交流源侧，第二电感的另一端电连接于一组单相整流桥臂；其中，三相交流源侧的功率因数与LCL滤波单元匹配使得三相单向整流单元交流侧输入电压和电流的相位差的绝对值接近或等于预设阈值。

为实现上述目的，本发明三相整流模组应用系统的技术方案为：

一种三相整流模组的应用系统，包括：用于将交流转换成直流的三相整流模组、逆变器以及与逆变器电连接的负载；该三相整流模组为上述技术方案中的任何一种三相整流模组，逆变器与三相整流模组电连接，用于将直流转换成交流。

为实现上述目的，本发明三相整流模组抑制谐波的技术方案为：

一种三相整流模组的谐波抑制方法，该方法包括：

步骤1：依据三相单向整流单元工作的开关频率，设置LCL滤波单元中第一电感、容性支路中元件和第二电感的参数抑制三相单向整流单元的开关次谐波，获得LCL滤波单元参数的第一参数值组合集；