[发明专利]一种不控整流器谐波补偿电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种不控整流器谐波补偿电路及控制方法，以三相不控整流器作为补偿对象，通过三相谐波补偿电路对三相不控整流器进行补偿，实现整个电路的PFC功能，再分别通过DC‑DC变换，并联后输出直流电。本发明具有快速动态补偿，精度高，可靠性好等特点，还可以大大减小有源滤波器的容量，是一种低成本、高可靠性、大容量的电能质量解决方案。

技术领域

本发明属于电力设备谐波补偿技术领域，尤其涉及一种不控整流器谐波补偿电路及控制方法。

背景技术

随着社会不断发展，电能作为一种清洁、高效的能源形式而得到广泛应用，是维持当代社会正常运行的重要保障。随着大量电力电子设备的投入使用，使电网中的谐波污染、功率因数低等电能质量问题也越来越严重。另一方面随着电力用户对电能质量的要求越来越高，建设安全可靠的电网环境，为电力用户提供优质清洁的电能是首要任务，其中谐波与无功治理已成为研究热点。在电力电子技术的广泛应用中，各种大功率整流、逆变、变频装置等电力电子设备大量投入工业生产使用，同时用户侧各种非线性负载的比重不断增加，如变频器、电弧炉等，工作时都将产生大量谐波分量。

目前谐波治理方式是主要有两类，其一是主动型治理，以谐波源自身为研究对象，使其不产生谐波，控制功率因数为1，适用于电网中作为主谐波源的电力电子装置，能在一定程度上减少谐波的产生，但不能做到完全消除。

主动型治理方法主要包括以下几种

（1）多脉波整流技术：理论分析表明，交流侧产生的谐波次数为 nk±1 次（n 为脉动数，k 为正整数），脉数越大，低频次谐波含量越小。但随着脉数增大，整流变压器体积也随之增大，连线更加复杂。

（2）多电平变流技术：通过将方波电压波形叠加，使输出电流近似为正弦波且与电网侧电压同相位。

（3）脉冲宽度调制（PWM）技术：采用高频脉宽调制技术，降低电网侧谐波电流，控制功率因数。该技术应用于整流器中时可使网侧电流正弦化，降低谐波污染。

其二是被动型治理，通过在谐波源附近装设谐波补偿装置对系统中谐波进行补偿，避免谐波电流流入电网主要包括无源滤波器、有源滤波器（APF）以及混合型滤波器等方法。

无源滤波器是通过 电感电容（LC） 串联谐振为谐波提供低阻抗回路，避免其对电网的影响，主要可分为单调谐、双调谐及高通滤波器等。该方法在抑制谐波的同时可补偿一定的无功功率，结构简单且造价低，已在电力系统中得到广泛应用。但无源滤波器同时也存在不可避免的缺点：补偿频带窄，只能补偿固定次谐波，且补偿频率严重依赖元件参数，当LC 参数发生漂移时补偿效果不稳定，同时易受电网波动影响，与系统发生并联谐振造成谐波放大和线路发热等问题。APF则弥补了无源滤波器的不足，可实时检测出系统中的谐波分量，控制变换器电路产生补偿电流对谐波分量进行滤除，补偿精度高，控制方式灵活。APF相比于无源滤波器可视为一个可编程的变阻抗回路，在理论上可以看作拥有无穷多个低阻抗谐振频率点的并联等效网络，对谐波电流可进行实时跟踪补偿，同时可避免与系统阻抗产生谐振现象，具有较好的动态性能与补偿效果，逐渐成为谐波治理研究热点。

根据与电网连接方式的不同，可对APF分为串联型、并联型以及串并联型结构。

（1）串联型 APF 结构如图1所示，APF 先通过电抗器L，再通过变压器T串联在电网与谐波源之间，检测负载侧电压中谐波分量后向电网注入补偿电压，可以抑制电压源型谐波源对电网的影响，改善电网电压。该结构下由于负载电流会流过耦合变压器，带来较大损耗，实际应用中较少。

（2）并联型 APF 结构如图2所示，APF 通过电抗器L以并联形式接入电网，检测负载侧电流中谐波分量后向电网注入补偿电流，用于滤除电流中谐波分量以及补偿无功功率，适用于感性谐波源的环境，此外还可根据需要实现无功补偿、不平衡抑制等功能，补偿方式灵活。结构简单、易于扩展，是目前应用最广的结构之一。