专利名称：采用并联h桥结构的谐波源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用并联H桥结构的谐波源装置，该装置包括谐波产生、逆变馈能和谐波电流的测量，属于电力系统谐波检测领域。
背景技术：
随着电力工业的持续高速发展，电力系统中的各种电力电子设备、电弧炉以及电力牵引机车等非线性负载的不断增加，电网和负荷特性发生了很大的变化，电压和电流畸变越来越明显。目前一些研究非线性负载电流谐波的谐波源装置，如模拟非线性负载实际工况的电能质量扰动发生装置，这种装置采用的是由分立式IGBT组成的PWM变流器。本实用新型使用并联H桥结构组成PWM变流器，各个模块结构相同，可实现模块化设计和组装， 大大提高装置的可靠性，将谐波消耗的电能反馈回电网，从而节约大量的电能。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大功率、低功耗，能够产生谐波电流， 便于实现模块化设计和组装的并联H桥结构的谐波源装置。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种采用并联H桥结构的谐波源装置，包括谐波源、回馈环节、中间直流环节、控制终端、第一 LCL滤波环节、第二 LCL滤波环节，其特征在于所述的谐波源和回馈环节均采用并联H桥结构，中间直流环节由三个相同大小的电容并联而成，控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流环节相级联，组成AC-DC-AC拓扑结构， 实现能量回馈；谐波源的交流侧通过第一 LCL滤波环节与电网相连，回馈环节的交流侧通过第二 LCL滤波环节与电网相连接。前述的采用并联H桥结构的谐波源装置，所述的谐波源包括第一桥臂、第二桥臂、 第三桥臂，组成三相PWM变流器结构，其中第一桥臂和第二桥臂属于第一个H桥，第三桥臂是第二个H桥的其中一个臂，谐波源的直流侧与中间直流环节相连接，交流侧与第一 LCL滤波环节的一端相接，所述第一 LCL滤波环节包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、 第五电感、第六电感和第一阻容、第二阻容、第三阻容组成三个单相T型滤波器；第一桥臂的中点与第四电感相连，第二桥臂的中点与第五电感相连，第三桥臂的中点与第六电感相连。前述的采用并联H桥结构的谐波源装置，所述回馈环节包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂，组成三相PWM变流器结构，其中第四桥臂是第二个H桥的其中一个臂，第五桥臂和第六桥臂属于第三个H桥，回馈环节的直流侧与中间直流环节相连，交流侧与第二 LCL滤波环节相连，所述的第二 LCL滤波环节有第七电感、第八电感、第九电感、第十电感、 第十一电感、第十二电感和第四阻容、第五阻容、第六阻容组成三个单项T型滤波器；第四桥臂的中点与第七电感相连，第五桥臂的中点与第八电感相连，第六桥臂的中点与第九电感相连。[0007]所述控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动。所述的谐波源由PWM变流器实现，采用电流跟踪控制技术，跟踪控制终端的指令信号产生要求的谐波。谐波源的交流侧与电网相连，中间通过第一 LCL滤波环节、接触器、开关和熔断器，第一 LCL滤波环节滤除开关次谐波，接触器、开关、熔断器是电路实际运行时所需的安全器件。谐波源和回馈环节通过中间直流环节相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈。所述的回馈环节由逆变器实现，将谐波源产生的大功率电流消耗的能量回馈至电源侧以维持直流侧电容电压稳定。回馈坏节同样采用电流跟踪控制技术，其交流侧通过第二 LCL滤波环节滤除电流中的开关次谐波后回馈至电源。根据瞬时无功功率理论，对于PWM逆变器，若不考虑各部分的损耗，则交流侧的瞬时有功功率将全部传递到直流侧，即交流侧与直流侧的能量交换取决于瞬时有功功率，而与无功功率无关。因此，产生有功电流将使直流侧电容电压不断升高。本实用新型采用回馈技术将传递到直流侧的能量逆变后反馈回电网，以维持直流侧电容电压的稳定。本实用新型有益的效果是利用本装置可以模拟各种典型的谐波源，如电弧炉、中频炉、焊机、变频器等非线性负载，且谐波电流在装置允许容量范围内可任意调节。采用H 桥为基本的单元结构，易于模块化设计和组装，大大提高装置的可靠性。采用电能回馈技术，将谐波消耗的电能反馈回电网，从而节约大量的电能，同时回馈部分由LCL滤波环节， 可以滤除开关次谐波，不影响电网。
图1为本实用新型所述采用并联H桥结构的谐波源装置的总体框图。图2为本实用新型的主电路结构示意图。图3为本实用新型谐波源原理图。图4为本实用新型谐波源控制原理图。图5为本实用新型回馈环节原理图。图6为本实用新型回馈环节控制原理图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实施例，结合附图对本实用新型进行说明。该装置包括谐波源1、回馈环节2、中间直流环节3、控制终端4、第一 LCL滤波环节 5、第二 LCL滤波环节6 ；所述的谐波源1和回馈环节2采用并联的H桥结构，中间直流环节采用三个相同的电容并联的方式，控制终端4采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动。谐波源1和回馈环节2通过中间直流环节3相级联， 组成AC-DC-AC拓扑结构，实现能量回馈；谐波源1的交流侧通过第一 LCL滤波环节5与电网相连，回馈环节2的交流侧通过第二 LCL滤波环节6与电网相连。1、谐波源谐波源原理图如图3，谐波源可以看作电源的非线性负载。包括第一桥臂Ni、第二桥臂N2和第三桥臂N3组成三相PWM变流器结构，其中第一桥臂m和第二桥臂N2是Hl的两个桥臂，第三桥臂N3是H2的其中一个桥臂，谐波源1的直流侧与中间直流环节3相连， 交流侧与第一 LCL滤波环节的一端相连，所述的第一 LCL滤波环节5由第一电感L11、第二电感L12、第三电感L13、第四电感L21、第五电感L22、第六电感L23和第一阻容RC1、第二阻容RC2、第三阻容RC3组成三个单相T型滤波器；其中第一桥臂m的中点与第四电感L21 相连，第二桥臂N2的中点与第五电感L22相连，第三桥臂N3的中点与第六电感L23相连。根据控制终端的设定从电网中吸收电流，产生指定的谐波电流，模拟谐波源。这种情况下谐波源本身变表现出非线性负载的特性。对于谐波源，回馈环节为直流侧的电阻性负载，消耗谐波源吸收电源的功率从而维持直流侧电容电压的稳定。谐波电流的给定由控制终端完成，谐波电流指令信号由控制终端产生的各次谐波电流后叠加，作为谐波电流的给定。谐波源的PWM控制方式采用三角波比较方式，控制终端根据设定产生指令信号， 把实际的电流波形作为反馈信号，将指令信号减去反馈信号后作为主电路开关器件的控制信号，控制方式见图4所示。2、回馈环节回馈环节原理图如图5所示，回馈环节2包括第四桥臂N4、第五桥臂N5、第六桥臂 N6，组成三相PWM变流器结构，其中第四桥臂N4是H2的其中一个桥臂，第五桥臂N5和第六桥臂N6是H3的两个桥臂，回馈环节2的直流侧与中间直流环节3相连，交流侧与第二 LCL 滤波环节6的一端相连，所述的第二 LCL滤波环节6由第七电感L31、第八电感L32、第九电感L33、第十电感L41、第i^一电感L42、第十二电感L43和第四阻容RC4、第五阻容RC5、第六阻容RC6组成三个单相T型滤波器；其中，第四桥臂N4的中点与第七电感L31相连，第五桥臂N5的中点与第八电感L32相连，第六桥臂N6的中点与第九电感L33相连。其中主电路的电容和谐波源中的电容是同一电容。对于电源，谐波源为其非线性负载，而对于回馈环节，由于共用电容且直流侧电容电压几乎恒定，谐波源又相当于回馈部分直流侧的直流电源，回馈环节将直流逆变后反馈回电网，实现能量回馈。电容电压的稳定是关键，电容电压由回馈部分控制，三个电容的控制方式相同。根据瞬时无功功率理论，对于PWM逆变器，若不考虑各部分的损耗，则交流侧的瞬时有功功率将全部传递到直流侧，即交流侧与直流侧的能量交换取决于瞬时有功功率，而与无功功率无关。因此，控制电容电压只要控制有功功率(即有功电流)即可，有功无功电流直接给定需要计算相角，因此不直接给定，而是采用基于dqo变换的有功无功电流的给定方法，经过变换后有功电流只与i,有关，无功电流只与id有关，且都是直流分量，、和id的大小分别与有功电流无功电流的幅值相等。通过比例积分器PI3将参考电压减去直流侧电容电压后进行比例积分得到维持电容电压稳定所需的电流Δ、。回馈环节的PWM控制方式与谐波源部分相同，仍采用三角波比较方式。指令信号由负荷电流iL与维持直流电容电压稳定的有功电流叠加而成，如图6所示。把实际的回馈波形作为反馈信号，将指令信号减去反馈信号后进行比例积分，得到主电路的控制电流，对此控制电流进行PWM变换后作为主电路开关器件的控制信号。
权利要求1.采用并联H桥结构的谐波源装置，该装置包括谐波源(1)、回馈环节O)、中间直流环节( 、控制终端(4)、第一 LCL滤波环节( 、第二 LCL滤波环节(6)，其特征在于谐波源 (1)和回馈环节⑵均采用并联H桥结构，中间直流环节(3)由三个相同大小的电容并联而成，控制终端(4)采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流环节相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈；谐波源交流侧通过第一 LCL滤波环节( 与电网相连，回馈环节交流侧通过第二 LCL 滤波环节与电网相连。
2.根据权利要求1所述的采用并联H桥结构的谐波源装置，其特征在于所述的谐波源 (1)包括第一桥臂Ni、第二桥臂N2、第三桥臂N3，其中第一桥臂m和第二桥臂N2分别是第一个H桥Hl的两个桥臂，第三桥臂N3是第二个H桥H2的其中一个桥臂，第一桥臂Ni、第二桥臂N2和第三桥臂N3组成三相PWM变流器结构，谐波源(1)的直流侧与中间直流环节 (3)相连，交流侧与第一 LCL滤波环节(5)的一端相连，所述的第一 LCL滤波环节(5)由第一电感L11、第二电感L12、第三电感L13、第四电感L21、第五电感L22、第六电感L23和第一阻容RC1、第二阻容RC2、第三阻容RC3组成三个单相T型滤波器；第一桥臂m的中点与第四电感L21相连，第二桥臂N2的中点与第五电感L22相连，第三桥臂N3的中点与第六电感 L23相连。
3.根据权利要求1所述的采用并联H桥结构的谐波源装置，其特征在于所述的回馈环节(2)包括第四桥臂N4、第五桥臂N5、第六桥臂N6，其中第四桥臂N4是第二个H桥H2的其中一个桥臂，第五桥臂N5和第六桥臂N6分别是第三个H桥H3的两个桥臂，第四桥臂N4、 第五桥臂N5和第六桥臂N6组成三相PWM变流器结构，回馈环节(2)的直流侧与中间直流环节(3)相连，交流侧与第二 LCL滤波环节(6)的一端相连，所述的第二 LCL滤波环节(6)由第七电感L31、第八电感L32、第九电感L33、第十电感L41、第i^一电感L42、第十二电感L43 和第四阻容RC4、第五阻容RC5、第六阻容RC6组成三个单相T型滤波器；第四桥臂N4的中点与第七电感L31相连，第五桥臂N5的中点与第八电感L32相连，第六桥臂N6的中点与第九电感L33相连。
专利摘要本实用新型公开了一种采用并联H桥结构的谐波源装置，包括谐波源、回馈环节、中间直流环节、控制终端、第一LCL滤波环节、第二LCL滤波环节；谐波源和回馈环节由三个并联的H桥构成，中间直流环节由三个相同大小的电容并联而成，控制终端采用DSP控制器实现，根据用户设定产生控制信号，控制谐波源部分产生电流扰动；谐波源和回馈环节通过中间直流环节相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈；谐波源交流侧通过第一LCL滤波器与电网相连，回馈环节交流侧通过第二LCL滤波环节与电网相连。本装置可模拟多个复合频率的谐波电流，采用H桥为基本单元，各个模块结构相同，可实现模块化设计和组装，大大提高装置的可靠性，并且易于多重组合、调试、安装。
文档编号H02J3/38GK202268706SQ20112022397
公开日2012年6月6日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者徐斌, 洪伟, 石磊, 罗亚桥, 郑国强 申请人:安徽省电力科学研究院