谐波抑制双闭环控制电路及谐波抑制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及谐波抑制双闭环控制电路及谐波 抑制装置。
【背景技术】
[0002] 随着技术的发展，大量新型电源随之普及应用，如开关电源、不间断电源、 交-直-交变频器等。
[0003] 上述电源在实际应用中的工作模式多为：采用整流电路经电容滤波后，为后级的 逆变器等负载提供直流电源。然而整流电路的接入往往会给电网带来谐波，造成电网电能 质量的下降。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供谐波抑制双闭环控制电路及谐波抑制装置，以抑制电网中 产生的谐波。
[0005] 本发明实施例提供了一种谐波抑制双闭环控制电路，包括：电压外环及电流内环； 所述电压外环，用于依据整流电路中半波整流桥输出的正弦半波电压及预先设定的输出电 压值，生成电感指令电流；所述电流内环，用于将整流电路中电感上的电感电流与所述电感 指令电流进行滞环比较，并根据比较的结果，生成控制信号；还用于将所述控制信号传输给 所述整流电路中的开关管，以控制所述开关管的导通、关断，使所述电感电流与所述电感指 令电流相位匹配。
[0006] 优选地，所述电压外环，包括：幅值生成模块，用于依据所述整流电路实际输出的 直流电压及设定的输出电压值，生成电感指令电流幅值；相位生成模块，用于依据所述正弦 半波电压生成电感指令电流相位；电感指令电流生成模块，用于依据所述电感指令电流幅 值及所述电感指令电流相位生成所述电感指令电流。
[0007] 优选地，所述幅值生成模块，包括：第一减法器，用于将设定的所述输出电压值与 所述整流电路实际输出的直流电压作差，得到电压差值；比例-积分-微分PID控制器，用 于对所述电压差值进行比例-积分-微分处理，得到所述电感指令电流幅值。
[0008] 优选地，所述相位生成模块，包括除法器；所述除法器，用于将所述正弦半波电压 除以其幅值，得到所述电感指令电流相位。
[0009] 优选地，所述电感指令电流生成模块，包括：乘法器，用于将所述电感指令电流幅 值与所述电感指令电流相位相乘，得到所述电感指令电流。
[0010] 优选地，所述电流内环，包括：第二减法器，用于将所述电感指令电流与所述电感 上实际的电感电流作差，得到电流差值；滞环比较器，用于判断所述电流差值是否大于设定 的差值上限，如果是，则生成用于控制所述开关管导通的控制信号；还用于判断所述电流差 值是否小于设定的差值下限，如果是，则生成用于控制所述开关管关断的控制信号。
[0011] 本发明实施例还提供了一种谐波抑制装置，包括：谐波抑制双闭环控制电路及整 流电路；所述整流电路包括：半波整流桥、电感、开关管及滤波电路；所述半波整流桥，用于 对交流电源半波整流，输出正弦半波电压；所述电感与所述开关管及所述滤波电路的并联 电路串联后，与所述半波整流桥的输出端并联，其中所述滤波电路用于向负载输出滤波后 的直流电压；所述谐波抑制双闭环控制电路，用于依据所述正弦半波电压及预先设定的输 出电压值，生成电感指令电流；还用于将所述电感上的电感电流与所述电感指令电流进行 滞环比较，并根据比较的结果，生成控制信号；还用于将所述控制信号传输给所述开关管， 以控制所述开关管的导通、关断，使所述电感电流与所述电感指令电流相位匹配。
[0012] 优选地，所述谐波抑制双闭环控制电路基于FPGA芯片实现。
[0013] 优选地，所述半波整流桥，包括：第一脉宽调制PWM整流管、第二PWM整流管、第三 PWM整流管及第四PWM整流管；所述第一PWM整流管与第二PWM整流管串联，得到第一串联 电路；所述第三PWM整流管与所述第四PWM整流管串联，得到第二串联电路；所述第一串联 电路与所述第二串联电路并联，输出所述正弦半波电压。
[0014] 优选地，所述滤波电路包括：二极管及电容；所述二极管的阴极与所述电容的一 端连接，所述二极管的阳极、所述电容的另一端与所述开关管并联。
[0015] 本发明实施例提供的谐波抑制双闭环控制电路及谐波抑制装置，通过控制开关管 的导通、关断控制电感上的电感电流与电感指令电流相位匹配，进而使电感电流与正弦半 波电压的相位匹配，达到抑制电网中产生的谐波的目的。
[0016] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合 所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对 范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。
[0018] 图1示出了本发明实施例一谐波抑制双闭环控制电路的结构示意图；
[0019] 图2示出了本发明实施例三谐波抑制装置的结构示意图；
[0020] 图3示出了本发明实施例四谐波抑制装置的结构示意图；
[0021] 图4示出了本发明实施例四谐波抑制装置中双闭环控制电路的原理图；
[0022] 图5示出了本发明实施例四谐波抑制装置的电路原理图；
[0023] 图6示出了本发明中PID控制器中遗传算法的流程图。
【具体实施方式】
[0024] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在 此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因 此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的 范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做 出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 实施例一
[0026] 为了对电网中产生的谐波进行抑制，本实施例中提供了一种谐波抑制双闭环控制 电路，在对交流电源进行交流转直流的处理中，利用该控制电路能够控制整流电路中开关 管的导通、关闭，进而有效抑制电网中产生的谐波。
[0027] 为了实现上述目的，本实施例中的谐波抑制双闭环控制电路，如图1所示，包括： 电压外环51及电流内环52 ;电压外环51，用于依据整流电路中的半波整流桥输出的正弦半 波电压及预先设定的输出电压值，生成电感指令电流；电流内环52,用于将整流电路中电 感上的电感电流与电感指令电流进行滞环比较，并根据比较的结果，生成控制信号；还用于 将控制信号传输给整流电路中的开关管，以控制开关管的导通、关断，使电感电流与电感指 令电流相位匹配。
[0028] 本实施例中，通过控制整流电路中开关管的导通、关断使整流电路中电感上的电 感电流与整流电路中半波整流桥输出的正弦半波电压的相位匹配，使整流电路交流侧电流 在一定程度上正弦化，从而减小了装置的非线性，有效抑制了电网中因整流电路的接入而 产生的谐波。
[0029] 本实施例的该装置，电感上的电感电流与半波整流桥输出的正弦半波电压相位基 本相同，不仅有效抑制了电网中产生的谐波，而且使电路的功率因数近似为1，提高了电路 的功率性能。
[0030] 实施例二
[0031] 本实施例在实施例一的基础上提供了一种谐波抑制双闭环控制电路的优选实施 例，该电路包括电压外环51及电流内环52,其功能与实施例一相同，此处不再赘述。
[0032] 为了有效对电网中产生的谐波进行抑制，主要利用双闭环控制电路中产生的控制 信号对开关管的导通、关断进行控制，从而控制整流电路中电感上产生的电感电流与整流 电路中半波整流桥上产生的半波正弦电压的相位相同，达到抑制谐波的作用，以下将对谐 波抑制双闭环控制电路的具体结构进行详细说明。
[0033] 本实施例中的谐波抑制双闭环控制电路采用了双闭环控制结构，如图1所示，电 压外环51，包括：幅值生成模块511，用于依据整流电路上实际输出的直流电压及设定的输 出电压值，生成电感指令电流幅值；相位生成模块512,用于依据正弦半波电压生成电感指 令电流相位；电感指令电流生成模块513,用于依据电感指令电流幅值及电感指令电流相 位生成电感指令电流。
[0034] 上述的电压外环51结构中，幅值生成模块511，包括：第一减法器，用于将设定的 输出电压值与整流电路实际输出的直流电压作差，得到电压差值；比例-积分-微分PID控 制器，用于对电压差值进行比例-积分-微分处理，得到电感指令电流幅值。
[0035] 相位生成模块512,包括除法器；除法器，用于将正弦半波电压除以其幅值，得到 电感指令电流相位。
[0036] 电感指令电流生成模块513,包括：乘法器，用于将电感指令电流幅值与电感指令 电流相位相乘，得到电感指令电流。
[0037] 电流内环52,包括：第二减法器522,用于将电感指令电流与电感2上实际的电感 电流作差，得到电流差值；滞环比较器521，用于判断电流差值是否大于设定的差值上限， 如果是，则生成用于控制开关管3导通的控制信号；还用于判断电流差值是否小于设定的 差值下限，如果是，则生成用于控制开关管3关断的控制信号。
[0038] 实施例三
[0039] 基于上述实施一及实施例二的谐波抑制双闭环控制电路，本实施例提供了一种谐 波抑制装置。如图2所示，该谐波抑制装置包括谐波抑制双闭环控制电路5及整流电路。
[0040] 其中，整流电路包括：半波整流桥1、电感2、开关管3及滤波电路4 ;半波整流桥1， 用于对交流电源半波整流，输出正弦半波电压；电感2与开关管3及滤波电路4的并联电路 串联后，与半波整流桥1的输出端并联，该电路中滤波电路4用于向负载输出滤波后的直流 电压；谐波抑制双闭环控制电路5,用于依据正弦半波电压及预先设定的输出电压值，生成 电感指令电流；还用于将电感上的电感电流与电感指令电流进行滞环比较，并根据比较的 结果，生成控制信号；还用于将控制信号传输给开关管3,以控制开关管3的导通、关断，使 电感电流与电感指令电流相位匹配。