一种大功率通用型PWM整流器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率通用型PWM整流器及其控制方法，PWM整流器包括控制单元和依次相连的分档变压器、可调电感单元、预充电单元、变流器单元、可调直流单元，分档变压器为Y/dd联结结构且副边带有两个独立绕组，可调电感单元包括和两个独立绕组一一对应的两个三相铁芯式电抗器，三相铁芯式电抗器包括两个以上抽头以及用于电动切换电抗等级的无励磁分接开关，三相铁芯式电抗器串接在对应的独立绕组的后端；控制方法包括采用电压外环和电流内环的双环控制。本发明专利技术能够方便地匹配不同的电压等级及功率等级的电压型逆变器负载，而且由于能量可双向流动能够广泛应用于各类变频器作为整流单元，或为逆变器和其他直流负载提供高品质的直流电源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及PWM整流器的结构及其控制方法的改进，具体涉及一种大功率通用型PWM整流器及其控制方法。
技术介绍
随着我国变频器技术的不断发展，各个行业都(如新能源、轨道交通、冶金、电动汽车等)都针对各自的细分市场开发了各式各样、五花八门的变频器、逆变器。当前大功率变频器大都为电压型，采用AC-DC-AC的拓扑结构，因其开关器件的安全工作电压不同，存在很多种不同的直流电压。因此，每当需要开发一个变频器，首先需要开发其AC-DC部分。即使只需要开发一个新的逆变器，一个合适的直流电源也是进行各类研究、出厂试验的前提。因此，很有必要设计一种通用型的直流电源，减少重复开发。目前广泛应用的PWM整流器多为电压型3相全控桥的拓扑结构(简称VSR-VoltageSourceRectifier)，前端采用电抗器储能和滤波，当其工作在单位功率因数状态时，VSR体现出Boost变换器特性。因此当PWM整流器启动时，其直流电压通常高于二极管整流时的电压，并且向上在一个小区间内可以达到较好的运行效果。如要实现宽范围调节直流电压，需在后端再增加一个DC/DC变换器。要达到直流电压宽范围可调，通常采用变压器+晶闸管整流器的办法，通过调节晶闸管的开通角的方式来达到大范围调整直流电压的目的。也可以采用调压器+二极管整流的办法实现大范围调整直流电压。但是，传统的PWM整流器因直流电压只能向上调节，故其使用范围有限。如在其后端加DC/DC变换器，则增加了系统复杂性，系统响应变慢，同时增加了成本。晶闸管、调压器+二极管整流的方式，都不同程度的存在网侧电压波形畸变、功率因数低、直流电压脉动大，能量不能双向流动的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够方便地匹配不同的电压等级及功率等级的电压型逆变器负载，而且由于能量可双向流动能够广泛应用于各类变频器作为整流单元，或为逆变器和其他直流负载提供高品质的直流电源的大功率通用型PWM整流器及其控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种大功率通用型PWM整流器，包括控制单元和依次相连的分档变压器、可调电感单元、预充电单元、变流器单元、可调直流单元；所述分档变压器为Y/dd联结结构且副边带有两个独立绕组，每一个独立绕组的三相输出端均设有两个以上抽头以及用于电动切换输出电压等级的无励磁分接开关；所述可调电感单元包括和两个独立绕组一一对应的两个三相铁芯式电抗器，所述三相铁芯式电抗器包括两个以上抽头以及用于电动切换电抗等级的无励磁分接开关，所述三相铁芯式电抗器串接在对应的独立绕组的后端；所述变流器单元包括两个功率单元，所述两个功率单元的交流侧通过预充电单元与可调电感单元的输出端相连，所述两个功率单元的直流侧并联连接至可调直流单元的输入端并通过可调直流单元输出直流电压，所述无励磁分接开关、预充电单元、可调直流单元、功率单元分别与控制单元相连。优选地，所述预充电单元包括预充电接触单元和控制接触单元，所述两个功率单元分为主功率单元和从功能单元，所述分档变压器的一个独立绕组的各相输出端依次经过可调电感单元、预充电接触单元和主功率单元的交流侧相连，所述分档变压器的另一个独立绕组的各相输出端依次经过可调电感单元、控制接触单元和从功能单元的交流侧相连，所述预充电接触单元包括主接触器KM1、从接触器KM2和功率电阻R1～R3，所述主接触器KM1串接于各相线路上，所述从接触器KM2分别串接功率电阻R1～R3后和主接触器KM1并联；所述控制接触单元包括串接于各相线路上的控制接触器KM3，所述主接触器KM1、从接触器KM2、控制接触器KM3的控制端分别与控制单元相连。优选地，所述变流器单元的功率单元为三相全桥整流电路，所述三相全桥整流电路的开关器件为六只IGBT模块，所述六只IGBT模块的控制端分别与控制单元相连，每两只IGBT模块串联后构成一相整流桥桥臂，每一相整流桥桥臂中两只IGBT模块之间的连接部作为该相整流桥桥臂的交流输入端，每一相整流桥桥臂两端作为该相整流桥桥臂的直流输出端，每只IGBT模块上都并联布置有续流二极管，且每一个功率单元的直流侧均配置有定值的支承电容器。优选地，所述可调直流单元包括并联布置在两个功率单元的直流侧输出母线之间的两条直流调节支路，所述直流调节支路包括电容器Ci、电阻Ri和接触器KMi，电容器Ci和接触器KMi串联连接，且电阻Ri和电容器Ci之间相互并联布置，所述接触器KMi的控制端与控制单元相连。优选地，所述控制单元包括电网检测单元、上层控制器和两个功率单元控制器，所述电网检测单元包括直流电压传感器BV1和四个网侧电流传感器BC1～BC4，其中网侧电流传感器BC1和BC2布置于一个功率单元交流侧的A相和B相，网侧电流传感器BC3和BC4布置于另一个功率单元交流侧的A相和B相，所述直流电压传感器BV1布置于功率单元的直流侧，所述直流电压传感器BV1、网侧电流传感器BC1和BC2的输出端和一个功率单元控制器相连，且所述直流电压传感器BV1、网侧电流传感器BC3和BC4的输出端和另一个功率单元控制器相连，所述功率单元的控制端与一个功率单元控制器相连，所述两个功率单元控制器分别与上层控制器相连，所述无励磁分接开关、预充电单元、可调直流单元分别与上层控制器相连。本专利技术还提供一种前述的大功率通用型PWM整流器的控制方法，实施步骤包括：1)控制单元获取功率单元的直流侧的直流电压实际值udc，获取直流电压实际值udc、预设的直流电压给定值两者之间的差值得到直流电压误差值Δudc，将直流电压误差值Δudc通过PI控制器作为交流电流有功分量id的修正量id1；将预设的直流电压给定值和预设的电流给定值相乘作为给定功率，控制单元进行功率前馈计算得到交流电流有功分量id的预估量id0；将交流电流有功分量id的修正量id1和预估量id0之和作为电流内环的输入控制量；2)控制单元获取功率单元的交流侧电流和网侧电压us，分别转换到dq坐标系得到d轴电流id、q轴电流iq、d轴电压usd、q轴电压usq；在得到d轴电压usd的基础上，依次减去d轴电流id和给定值之间的差值通过PI控制后的所得值，再减去q轴电流iq、网侧电感L、电网角频率ωs三者的乘积，得到功率单元的调制电压的d轴分量ud；将d轴电流id、网侧电感L、电网角频率ωs三者的乘积，减去q轴电流iq和值为0的给定值之间的差值通过PI控制后的所得值，到功率单元的调制电压的q轴分量uq；将得到调制电压的d轴分量ud和q轴分量uq经过反dq坐标变换，再进行三相SPWM调制或SVPWM调制，得到功率单元的触发脉冲信号。本专利技术大功率通用型PWM整流器具有下述优点：本专利技术包括控制单元和依次相连的分档变压器、可调电感单元、预充电单元、变流器单元、可调直流单元，其中述分档变压器、可调电感单元均为可调式结构，且通过两个功率单元的直流侧并联连接至可调直流单元的输入端并通过可调直流单元输出直流电压，分档变压器用于实现直流电压粗调，控制单元接收用户指令实现直流电压的细调，分档变压器为Y/dd联结结构且副边带有两个独立绕组，使得两个功率单元的主回路相对独立，避免功率单元并联运行时可能产生的环流，通过功率单元的并联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率通用型PWM整流器，其特征在于：包括控制单元(6)和依次相连的分档变压器(1)、可调电感单元(2)、预充电单元(3)、变流器单元(4)、可调直流单元(5)；所述分档变压器(1)为Y/dd联结结构且副边带有两个独立绕组，每一个独立绕组的三相输出端均设有两个以上抽头以及用于电动切换输出电压等级的无励磁分接开关；所述可调电感单元(2)包括和两个独立绕组一一对应的两个三相铁芯式电抗器，所述三相铁芯式电抗器包括两个以上抽头以及用于电动切换电抗等级的无励磁分接开关，所述三相铁芯式电抗器串接在对应的独立绕组的后端；所述变流器单元(4)包括两个功率单元(41)，所述两个功率单元(41)的交流侧通过预充电单元(3)与可调电感单元(2)的输出端相连，所述两个功率单元(41)的直流侧并联连接至可调直流单元(5)的输入端并通过可调直流单元(5)输出直流电压，所述无励磁分接开关、预充电单元(3)、可调直流单元(5)、功率单元(41)分别与控制单元(6)相连。

【技术特征摘要】
1.一种大功率通用型PWM整流器，其特征在于：包括控制单元(6)和依次相连的分档变压器(1)、可调电感单元(2)、预充电单元(3)、变流器单元(4)、可调直流单元(5)；所述分档变压器(1)为Y/dd联结结构且副边带有两个独立绕组，每一个独立绕组的三相输出端均设有两个以上抽头以及用于电动切换输出电压等级的无励磁分接开关；所述可调电感单元(2)包括和两个独立绕组一一对应的两个三相铁芯式电抗器，所述三相铁芯式电抗器包括两个以上抽头以及用于电动切换电抗等级的无励磁分接开关，所述三相铁芯式电抗器串接在对应的独立绕组的后端；所述变流器单元(4)包括两个功率单元(41)，所述两个功率单元(41)的交流侧通过预充电单元(3)与可调电感单元(2)的输出端相连，所述两个功率单元(41)的直流侧并联连接至可调直流单元(5)的输入端并通过可调直流单元(5)输出直流电压，所述无励磁分接开关、预充电单元(3)、可调直流单元(5)、功率单元(41)分别与控制单元(6)相连。2.根据权利要求1所述的大功率通用型PWM整流器，其特征在于：所述预充电单元(3)包括预充电接触单元(31)和控制接触单元(32)，所述两个功率单元(41)分为主功率单元M1和从功能单元M2，所述分档变压器(1)的一个独立绕组的各相输出端依次经过可调电感单元(2)、预充电接触单元(31)和主功率单元M1的交流侧相连，所述分档变压器(1)的另一个独立绕组的各相输出端依次经过可调电感单元(2)、控制接触单元(32)和从功能单元M2的交流侧相连，所述预充电接触单元(31)包括主接触器KM1、从接触器KM2和功率电阻R1～R3，所述主接触器KM1串接于各相线路上，所述从接触器KM2分别串接功率电阻R1～R3后和主接触器KM1并联；所述控制接触单元(32)包括串接于各相线路上的控制接触器KM3，所述主接触器KM1、从接触器KM2、控制接触器KM3的控制端分别与控制单元(6)相连。3.根据权利要求2所述的大功率通用型PWM整流器，其特征在于：所述变流器单元(4)的功率单元(41)为三相全桥整流电路，所述三相全桥整流电路的开关器件为六只IGBT模块，所述六只IGBT模块的控制端分别与控制单元(6)相连，每两只IGBT模块串联后构成一相整流桥桥臂，每一相整流桥桥臂中两只IGBT模块之间的连接部作为该相整流桥桥臂的交流输入端，每一相整流桥桥臂两端作为该相整流桥桥臂的直流输出端，每只IGBT模块上都并联布置有续流二极管，且每一个功率单元(41)的直流侧均配置有定值的支承电容器。4.根据权利要求3所述的大功率通用型PWM整流器，其特征在于：所述可调直流单元(5)包括并联布置在两个功率单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志国，熊颉，程浩，黎凯平，彭赛锋，杜贵益，林才轩，杨正华，李怡文，周亚雄，涂嵩，伍普照，胡喜斌，王梦瑶，
申请(专利权)人：株洲中车时代装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43