一种高效双向混合三相电压型整流器制造技术

本发明专利技术公开了一种高效双向混合三相电压型整流器，包括依次连接的三相不控整流器、超级电容组E1、双向三相三重DC/DC变流器，三相不控整流器输入端通过空开K1连接电网，双向三相三重DC/DC变流器输出端连接负载或者逆变器；负载或者逆变器输入端还连接B整流器，B整流器输入端连接电网；双向三相三重DC/DC变流器连接第一控制系统并受其控制，B整流器连接第二控制系统并受其控制。本发明专利技术运用电力电子技术、全数字化智能化技术，混合三相电压型整流器实现整流器的高效、高功率密度、高可靠性以及高的电能质量，具有的能量存储功能，避免了能源的浪费，实现节能环保，提高了整个产品的控制和使用安全性能。

A high efficiency bidirectional hybrid three phase voltage source rectifier

The invention discloses a high-efficiency bidirectional hybrid three-phase voltage type rectifier, comprising a three-phase uncontrolled rectifier, the super capacitor group E1, three-phase three bidirectional DC/DC converter, three-phase uncontrolled rectifier input through the air switch K1 connected to the grid, the bidirectional three-phase three DC/DC converter is connected with the output end of the inverter load or load; or the inverter is connected to the input terminal of B rectifier, B rectifier connected with the input end of the grid; bidirectional three-phase three heavy DC/DC converter is connected with the first control system and its control, the B rectifier is connected with second control system and its control. The invention uses power electronic technology, digital intelligent technology, hybrid three-phase voltage type rectifier rectifier to achieve the high efficiency, high power density, high reliability and high power quality, energy storage function, to avoid the waste of energy, to achieve energy saving and environmental protection, improve the control of the product and the use of safety performance.

【技术实现步骤摘要】
一种高效双向混合三相电压型整流器
本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种高效双向混合三相电压型整流器。
技术介绍
随着变流器等电力电子装置广泛应用于工业生产、交通运输、航空航天、城市轨道等各个方面，这些电力电子装置，前端基本全是采用不控整流器，具有比较好的功率密度、效率，可靠性高，但存在输出中间直流电压不可控、输入电流畸变、谐波含量高、功率因数低、能量不能双向流动等缺点。而可控整流器例如PWM整流器，功率密度低，不适用于大容量负载的应用。同时电力电子器件定额有限，即其耐压和电流是有限的，为了增大电力电子装置的容量，一种方法是采用功率器件串联或者并联的形式满足高电压或大电流的要求，这就需均压或者均流控制措施；还有一种方法是采用同结构同工作模式的装置串或并联为同一负载供电，由于每个器件或装置必须均分所带的负载且电压或电流也必须均分一旦不均分就会造成器件或装置损坏。加之很多应用场合，处于节能环保或者从实际应用考虑，采用了不同的整流器共同给同一负载供电。随着全球能源的紧缺，国家加强了对节能环保的要求，同时为了满足工业上对整流器的综合性能的要求，要求整流器高效、高功率密度、高功率因数、低谐波、低成本、可靠运行，这就需要混合整流器，充分利用不同结构不同频率下整流器的综合性能优点，给同一负载供电。混合整流器具有各种综合性能优点，但也带来一些技术问题，输入电流的畸变问题、功率分配问题、控制策略问题、以及混合整流器的效率、功率密度、单位功率因数、谐波电流含量、输入电流正弦化、开关频率等各个指标的综合优化问题。为了获得整流器的综合性能要求，国外学者提出了混合整流器的概念，根据拓扑电路结构不同，主要分为三种类型。目前国内外主要研究由工作在不同拓扑结构和工作频率下的整流器A、B并联组成，共为同一负载供电，如图1所示。整流器A、B的输入电流合成为与电网电压同步的正弦电流，其中整流器A一般由三相不控整流器和DC-DC变换器组成，负担大部分负载功率；整流器B为工作于高频的三相电压型PWM整流器，负担小部分功率。负载功率由两个整流器负担，这样的混合三相电压型整流器在所期望的控制策略下，具有不控整流器所具有的可靠、高效、高功率密度的特点，同时具有PWM整流器所具有的高功率因数，低谐波，输入电流正弦化，输出直流电压可控，能量双向流动的特点，因此，可以获得两种整流器的综合性能指标优点，满足不同的应用需求。图1所示的混合整流器，是目前国外研究的主要拓扑电路结构，国内尚未开始系统的研究。对于整流器A，如图2所示一般由不控整流和DC-DC升压变换器组成的单向三相电压型整流器，为了实现流入负载电流与流回电流相等，将Boost型DC-DC变换器的电感和快速整流二极管上下对称设置，一般作为混合整流器中的一个固定拓扑电路结构。而国内外的学者主要研究整流器B的不同拓扑电路结构，与整流器A组成的混合整流器供电系统。国外学者对混合整流器提出了不同的拓扑电路结构，针对这些不同拓扑电路结构的混合整流器，先计算分析了其性能指标优点，具有单个整流器的最优性能指标，同时通过不同的控制策略实现了这些混合整流器的运行。从控制策略算法上，对于整流器A，一般采用直流电压外环、电流内环的控制策略，电压控制器为整流器A和B共用。整流器B根据其结构不同，控制策略算法也不同，一般采用直流电压外环、电流内环的控制结构和采取PR控制器的多环控制结构，实现了混合整流器运行时的功率的分配，具有一定的综合性能指标优点；也采用PI控制器，单周期控制方案、反馈线性化控制器，从不同控制算法上实现了混合整流器的控制性能。国内对于整流器的控制，主要体现在单个整流器的控制算法上，对PWM整流器采用了以下控制方法：(1)提出了基于定频SVPWM和不定频滞环SVPWM的三相电压型PWM整流器虚拟磁链直接功率控制策略的原理。在此基础上，从开关频率、谐波含量以及控制性能等几方面对上述两种控制策略进行了对比；(2)采用电压外环，功率内环的直接功率控制策略。(3)设计了dq坐标系下基于空间矢量调制(SpaceVectorModulation，SVM)的固定频率直接功率控制，利用dq坐标变换消除了电网电压eα和eβ对于参考电压vα和vβ的耦合影响。最后，结合三相电压型PWM整流器的稳动态变化过程，对上述控制策略进行了综合性的仿真比较；(4)提出了交替采用有功功率开关表和无功功率开关表的双开关表控制策略，可提高系统的动、静性能；在负载电流扰动时，通过负载电流反馈控制双开关表转换信号的占空比，可减少直流动态压降或消除稳态直流压降。(5)基于三相混合电压型整流器的无源性，外环采用PI控制，内环采用无源控制的无源混合控制方案。仿真验证了该无源混合控制器在整流器带阻感负载情况下运行的可行性。混合三相电压型整流器的效率、功率密度、开关频率、单位功率因数等指标之间存在矛盾，如何处理混合整流器元器件参数与各性能指标以及各性能指标之间的矛盾，也是急需研究的。国内学者提出了以下控制方法：(1)研究了两电平PWM整流器效率、功率密度、开关频率评价方法；(2)通过建立元器件的成本模型研究了基于成本为优化目标的方法；(3)提出基于NSGA—II算法的变换器效率、尺寸及成本折中方案；(4)给出了一种三相PWM整流器H2/H∞混合控制策略，针对H2/H∞混合控制器采用传统方法求解增加系统保守性的问题，采用粒子群优化算法进行H2/H∞混合控制器的求解；(5)采用了一种基于功率守恒的负载电流前馈的控制策略，以抵消负载扰动的影响。同时将粒子群算法应用于整流器的PI参数优化设计中，提高了整流器的性能。(6)将改进的粒子群神经PID控制应用于电压型PWM整流器直流电压的控制；(7)提出了一种改进的粒子群优算法，并将其用于优化PWM整流器参数中。这些控制策略从不同角度提高了这些混合整流器的控制性能，但没有全面提高混合整流器控制性能，有些控制策略还是处于仿真研究阶段，未做实验调试。仅仅是针对单个整流器的参数进行了优化，从不同角度提高了这些单个整流器的综合控制性能，但还是没有全面提高混合整流器的综合性能指标，还没有涉及到混合整流器的多目标参数优化方面的研究。研究具有综合性能优点运行可靠实用的混合整流器控制方法是非常有意义的事。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高效双向混合三相电压型整流器，设计巧妙，控制有效，智能化程度高，具有综合性能指标优点，能满足电能质量要求外，还具有高效、高功率密度、高可靠性等特点，提高电气设备的效率和寿命，拓展了其应用范围，使用安全节能环保等优点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高效双向混合三相电压型整流器，包括A整流器、B整流器、第一控制系统、第二控制系统，所述A整流器包括依次连接的三相不控整流器、超级电容组E1、双向三相三重DC/DC变流器，所述三相不控整流器输入端通过空开K1连接电网，所述双向三相三重DC/DC变流器输出端连接负载或者逆变器；所述负载或者逆变器输入端还连接B整流器，所述B整流器输入端连接电网；所述双向三相三重DC/DC变流器连接第一控制系统并受其控制，所述B整流器连接第二控制系统并受其控制。上述的一种高效双向混合三相电压型整流器，其特征在于：所述超级电容组E1为两个或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效双向混合三相电压型整流器，其特征在于：包括A整流器(1)、B整流器(2)、第一控制系统(3)、第二控制系统(4)，所述A整流器(1)包括依次连接的三相不控整流器(11)、超级电容组E1、双向三相三重DC/DC变流器(12)，所述三相不控整流器(11)输入端通过空开K1连接电网，所述双向三相三重DC/DC变流器(12)输出端连接负载或者逆变器；所述负载或者逆变器输入端还连接B整流器(2)，所述B整流器(2)输入端连接电网；所述双向三相三重DC/DC变流器(12)连接第一控制系统(3)并受其控制，所述B整流器(2)连接第二控制系统(4)并受其控制。

【技术特征摘要】
1.一种高效双向混合三相电压型整流器，其特征在于：包括A整流器(1)、B整流器(2)、第一控制系统(3)、第二控制系统(4)，所述A整流器(1)包括依次连接的三相不控整流器(11)、超级电容组E1、双向三相三重DC/DC变流器(12)，所述三相不控整流器(11)输入端通过空开K1连接电网，所述双向三相三重DC/DC变流器(12)输出端连接负载或者逆变器；所述负载或者逆变器输入端还连接B整流器(2)，所述B整流器(2)输入端连接电网；所述双向三相三重DC/DC变流器(12)连接第一控制系统(3)并受其控制，所述B整流器(2)连接第二控制系统(4)并受其控制。2.如权利要求1所述的一种高效双向混合三相电压型整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，张全柱，马红梅，赵立永，孙英娟，雷旻，薛伟宁，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北,13