一种三相两桥臂三电平混合整流器制造技术

一种三相两桥臂三电平混合整流器，包括两个整流器Z1、Z2、电压采样电路、电流采样电路、保护电路、过零检测电路、DSP控制模块、PWM驱动电路。其中整流器Z1包括由8个IGBT开关管、两个上下电容组成的非对称三电平整流桥及滤波器，整流器Z2为一个传统三相boost PFC电路。采用上述结构，利用双闭环控制方式，电压外环采用PI控制，电流内环分别采用无源控制和恒频PWM控制，具有抑制注入电网的谐波、实现交流侧电流正弦化及单位功率因数、提高电流跟踪能力、系统控制稳定等优点，达到快速跟踪直流侧电压给定值的目的。本实用新型专利技术适用于高压直流输电换流站，风能、太阳能等新能源开发，电动车充电桩等高要求、高效率应用场合。

A three phase two leg three level hybrid rectifier

A three-phase two-leg three-level hybrid rectifier consists of two rectifiers Z1, Z2, voltage sampling circuit, current sampling circuit, protection circuit, zero-crossing detection circuit, DSP control module and PWM drive circuit. The Z1 rectifier consists of eight IGBT switches, two upper and lower capacitors, an asymmetric three-level bridge and a filter. The Z2 rectifier is a traditional three-phase boost PFC circuit. Using the above structure, the voltage outer loop adopts PI control and the current inner loop adopts passive control and constant frequency PWM control respectively. It has the advantages of restraining the harmonics injected into the power grid, realizing the sinusoidalization of the AC side current and the unit power factor, improving the current tracking ability and stabilizing the system control, and achieving fast tracking. The purpose of tracking the value of the DC side voltage is given. The utility model is suitable for high-voltage direct current transmission converter station, wind energy, solar energy and other new energy development, electric vehicle charging pile and other high-demand, high-efficiency application occasions.

【技术实现步骤摘要】
一种三相两桥臂三电平混合整流器
本技术涉及电能变换领域，具体是一种三相两桥臂三电平混合整流器。
技术介绍
随着电力电子技术的迅速发展，电力电子设备在日常生活和工作生产中日益增多，诸如各种高品质应用型电源、电力牵引机车等电气化铁路设备、变频调速系统、各类新能源发电等，这些设备都是通过电力电子变换器接入电网中，电力电子变换器的性能直接影响着所接入电网和工作环境的电能质量。多电平变换技术作为改善系统性能和提高系统工作效率的重要技术，在新能源逆变器并网、分布式直流发电、传动系统等大功率领域得到越来越多来自学术界和工业界的青睐。由于电力电子装置的耐高压、高频化、高电压、大容量等特性的需求日益强烈，传统两电平变换器在大功率场合运用中存在着诸多难以突破的瓶颈。电网中的谐波源主要来源于各类变流装置，对各类变流装置的电压电流和输出性能的控制变得尤为重要，提高变流装置的工作性能成为治理电网谐波污染的一个重要方面和研究热点。多电平变换技术是解决两电平变换器不足的一种较为理想的方案，多电平变换技术在大功率需求场合具有较强的优势，其按照设计好的电路拓扑结构将可控开关器件连接使输出电压波形中含有更多的电平数，因此多电平变换器的功率开关管以及二极管所承受的电压应力低，同时电流中的谐波含量低和电压中的纹波含量少等优势。从应用场合和自身功能实现的难易程度两方面来讲，三电平变换器在多电平技术最为突出，且成为学术界研究热点之一。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：如何利用混合式整流器解决传统三相电压型PWM整流器工作效率低、网侧注入电流谐波含量高、功率因数低等技术难题。而提供一种三相两桥臂三电平混合整流器，适用于高压直流输电换流站，风能、太阳能等新能源开发，电动车充电桩等高要求、高效率应用场合。本技术采取的技术方案为：一种三相两桥臂三电平混合整流器，包括整流器Z1、整流器Z2、电压采样电路、电流采样电路、过零检测电路、数字控制电路、PWM驱动电路；所述整流器Z1为三相三电平两桥臂非对称PWM整流器，其包括8个IGBT开关管：开关管S1、S′1、S2、S′2、S3、S′3、S4、S′4，上电容C1、下电容C2,开关管S1源极连接开关管S′1漏极，开关管S′1源极分别连接开关管S′3源极、下电容C2另一端，开关管S1漏极分别连接开关管S2源极、开关管S′2漏极，开关管S′2源极分别连接开关管S′4源极、下电容C2一端，开关管S′3漏极连接开关管S3源极，开关管S3漏极分别连接开关管S4源极、开关管S′4漏极，开关管S2漏极、开关管S4漏极均连接上电容C1一端，上电容C1另一端连接下电容C2一端；所述整流器Z2为三相boostPFC电路，其包括6个二极管：D1、D2、D3、D4、D5、D6，滤波电感Ld1、Ld2，MOS管Sa，二极管D01、D02，6个二极管：D1、D2、D3、D4、D5、D6连接构成三相整流桥，所述三相整流桥连接滤波电感Ld1一端，滤波电感Ld1另一端连接二极管D01阳极，所述三相整流桥连接滤波电感Ld2一端，滤波电感Ld2另一端连接二极管D02阴极，MOS管Sa漏极连接二极管D01阳极，MOS管Sa源极连接二极管D02阴极；所述电压采样电路用于对直流侧负载RL两端电压进行采样，采样值作为PI控制器的输入信号；直流侧负载RL两端分别连接上电容C1一端、下电容C2另一端；所述电流采样电路，用于采集两相交流电流；所述过零检测电路，用于检测电网电压过零点时刻，通过DSP计算出采样周期，提供每次控制运算的计算相角；所述数字控制电路，用于对整流器Z1的恒频PWM控制、整流器Z2的无源控制、电压外环的PI控制；所述PWM驱动电路，用于驱动整流器Z1、整流器Z2的开关管。所述电压采样电路对直流侧负载两端电压进行采样，采样值作为电压外环控制的量，即PI控制器的输入信号。电压采样电路采用LV28-P电压传感器，其即能应用于交流侧电压采用又能应用于直流侧电压采样。在三相对称输入系统中，三相平衡工作电流的矢量为零，采用任意两相电流可以求出第三相电流，为节省成本简化控制回路的设计，所述电流采样电路采用两相即可，电流传感器采用LEM公司生产的LT58-S7，直流电源为±15V，原边额定输入电流为50A，原边与副边的变比为1000:1。做一个完整的实验装置必须有相应的故障保护措施，输入电压的过压或欠压都会给装置本身带来很多不利影响，当采样收集的信号经过控制芯片运算检测上述故障信号，控制器就会发出封锁触发脉冲的信号，此时整流器就工作不控状态，在保护电路中采用两路线电压进行过欠压保护的控制信号，将两路线电压信号转化直流电压信号，通过合适的分压电阻来保护系统安全运行，当分压电阻上的电压超过设定的保护范围，控制器就发出封锁信号。所述过零检测电路检测电网电压过零点时刻，进而使DSP计算出采样周期，提供每次控制运算的计算相角。所述数字控制电路运用TMS320F2812控制芯片，实现对整流器Z1的恒频PWM控制、整流器Z2的无源控制及电压外环的PI控制等控制策略。所述PWM驱动电路与整流器系统工作性能的好坏有直接关系，选用北京落木源电子技术有限公司的驱动模块：DP101，该驱动单元具备低功耗、强驱动能力，本身消耗功率大约为2.5W，能发出+15V高电平和-8.5V低电平的电压脉冲驱动300A/1200V的MOSFET或IGBT全控开关；驱动脉冲的高低电平之间的延时很短，可以认为在瞬间完成。本技术一种三相两桥臂三电平混合整流器，具有如下有益效果：1.整流器Z1与传统三相三电平PWM整流器相比，只需6个IGBT开关管构成三电平整流桥，减少开关管的使用，节约成本。采用恒频PWM控制方法对开关管状态进行控制，实现容易。2.电压外环采用PI控制器，计算出参考电流I*，并根据两个整流器的工作状态对其进行加权分别得到整流器Z1、Z2的内环电流给定参考值。电流内环分别采用恒频PWM控制算法和无源控制算法对整流器Z1、Z2开关管进行控制，得到了良好的控制效果，不仅有效降低了交流电网侧电流谐波含量、单位功率因数，而且网侧电流正弦化良好、直流侧电压稳定，具有很强的鲁棒性、高效率性。3.本技术利用双闭环控制方式，电压外环采用PI控制，电流内环分别采用无源控制和恒频PWM控制，具有抑制注入电网的谐波、实现交流侧电流正弦化及单位功率因数、提高电流跟踪能力、系统控制稳定等优点，达到快速跟踪直流侧电压给定值的目的。4.本技术适用于高压直流输电换流站，风能、太阳能等新能源开发，电动车充电桩等高要求、高效率应用场合。附图说明下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明：图1为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的基本拓扑结构图。图2为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的电路拓扑结构框图。图3(1)为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的工作状态一图。图3(2)为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的工作状态二图。图3(3)为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的工作状态三图。图3(4)为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的工作状态四图。图3(5)为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的工作状态五图。图3(6)为本技术三相两桥臂三电平混合整流器的工作状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相两桥臂三电平混合整流器，包括整流器Z1、整流器Z2、其特征在于：所述整流器Z1为三相三电平两桥臂非对称PWM整流器，其包括8个IGBT开关管：开关管S1、S′1、S2、S′2、S3、S′3、S4、S′4，上电容C1、下电容C2,开关管S1源极连接开关管S′1漏极，开关管S′1源极分别连接开关管S′3源极、下电容C2另一端，开关管S1漏极分别连接开关管S2源极、开关管S′2漏极，开关管S′2源极分别连接开关管S′4源极、下电容C2一端，开关管S′3漏极连接开关管S3源极，开关管S3漏极分别连接开关管S4源极、开关管S′4漏极，开关管S2漏极、开关管S4漏极均连接上电容C1一端，上电容C1另一端连接下电容C2一端；所述整流器Z2为三相boost PFC电路，其包括6个二极管：D1、D2、D3、D4、D5、D6，滤波电感Ld1、Ld2，MOS管Sa，二极管D01、D02，6个二极管：D1、D2、D3、D4、D5、D6连接构成三相整流桥，所述三相整流桥连接滤波电感Ld1一端，滤波电感Ld1另一端连接二极管D01阳极，所述三相整流桥连接滤波电感Ld2一端，滤波电感Ld2另一端连接二极管D02阴极，MOS管Sa漏极连接二极管D01阳极，MOS管Sa源极连接二极管D02阴极；二极管D01阴极连接上电容C1、一端，二极管D02阳极连接下电容C2另一端。...

【技术特征摘要】
1.一种三相两桥臂三电平混合整流器，包括整流器Z1、整流器Z2、其特征在于：所述整流器Z1为三相三电平两桥臂非对称PWM整流器，其包括8个IGBT开关管：开关管S1、S′1、S2、S′2、S3、S′3、S4、S′4，上电容C1、下电容C2,开关管S1源极连接开关管S′1漏极，开关管S′1源极分别连接开关管S′3源极、下电容C2另一端，开关管S1漏极分别连接开关管S2源极、开关管S′2漏极，开关管S′2源极分别连接开关管S′4源极、下电容C2一端，开关管S′3漏极连接开关管S3源极，开关管S3漏极分别连接开关管S4源极、开关管S′4漏极，开关管S2漏极、开关管S4漏极均连接上电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，危伟，赵金刚，冯茂，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42