[发明专利]一种基于LCL滤波的大功率PWM整流器电路拓扑结构

说明书

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，涉及一种基于LCL滤波的大功率PWM整流器电路拓扑结构，具体涉及一种关于分布式电源，应用于可再生能源发电并网，充放电及其储能等系统的电力电子整流器。

背景技术

在所有的电力变换装置中，整流电路出现的最早。常见的电能变换电路包括整流电路、逆变电路、交交变频电路和直流升降压电路。除了直接使用市电的设备外，大部分的用电设备的取电是通过将电网的电能进行相应的直流或交流变换所得，即先将市电转换成用电设备所需的交流电或者直流电，然后将变换的电能输送给用电设备使用。即使是交交变频电路也往往先进行整流变换，然后再进行逆变变换。据1992年日本电气学会的报道，所有的电力电子设备中，整流装置占到了70％之多。鉴于整流装置的总量很大，常规整流环节广泛采用二极管不控整流电路或者晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大量谐波及无功，网侧功率因数很低，造成了严重“污染”。由于大量电力电子装置通过变流器与电网相连，存在网侧功率因数低以及输入电流谐波成分高的问题。但是伴随着电力电子发展和用电设备的谐波标准的日益严格，如何达到节约能源、减低成本、减小谐波污染、达到绿色的电能变换的目的，需要更多的理论研究和探索。

自从上个世纪80年代后期开始将PWM(脉冲宽度调制)技术引入整流器控制中，高功率因数的PWM整流器技术已成为国内外的研究热点。并已经取得了很多研究成果，PWM整流器往往通过改进的Boost电路来实现功率因数校正，其中比较新颖的结构是采用双路Boost并联的拓扑结构。但是，双路Boost电路必然要用两个电感，电感作为Boost电路的核心元器件，电感体积较大，其量值选取决定了整流装置的体积大小，也是原料成本重要组成部分。

电感作为磁性元器件，由于双路Boost并联的结构两个电感分别工作在电网正、负半周内，对于单个电感而言，在其工作的半周内，如不能及时恢复其初始状态，磁芯就容易饱和，流过的电流变化不会发生能量传递，能量消耗在线圈上，长时间、大功率的场合下，线圈绕组会发热，不可避免的会影响电感值的精确性，因此对控制器的设计带来严峻的挑战。

并且PWM整流器由于采用PWM调制方法导致电网电流中含有开关频率附近的高次谐波，这会对电网中的其他EMI敏感设备产生影响，因此必须在电网和整流器之间设置滤波器，抑制电流中的高频谐波，同时将正弦的电网电压和脉冲状的交流侧电压隔离开来。传统PWM整流器网侧滤波器采用L型滤波器，将高次谐波电流限制在一定范围内。虽然L型滤波器简单实用，但是在大功率应用场合，开关频率相对较低(1-2kHz)，使得网侧电流满足相应的谐波标准所需的电感值太大。这会带来以下问题：使得网侧电流变化率下降，降低系统的动态响应性能。

现有的三相PWM往往采用三相三线制的接法，三相间存在相互耦合，故而对其控制往往需要进行矢量变换以实现三相解耦，即将三相abc静止坐标系变换到两相旋转dq坐标系下进行建模与控制，其复杂性不言而喻，实际实现也较为复杂。

PWM整流器在启动时，电网电压将通过电感给母线电容从零电压充电，可能会引起电路谐振，或者电感瞬态饱和，产生较大的冲击电流，该冲击电流有可能会损害电路元件，影响电路的安全工作状态，对PWM整流器的安全性和可靠性带来威胁。

因此，针对现有技术不足，设计一种可避免磁性元件饱和，控制逻辑难度低，且安全可靠的的PWM整流器拓扑及其控制策略甚为必要。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可实现单位功率因数PWM整流，减小输入电网的谐波含量，改善电能质量，并且可以应用在中大功率场合的脉宽调制PWM整流器拓扑及其控制方法。