一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，步骤1：利用数学方法提取某一次的谐波信号进行提取；步骤2：将检测到的所述的谐波信号的幅值和相位信息重构谐波；步骤3：并通过负反馈回路对该次谐波进行抑制。该方法不需要额外的硬件设备就能非常精确地检测出谐波，因此它简单、鲁棒、易于实现。仿真结果验证了本发明专利技术提出的谐波抑制方法的有效性和可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法
本专利技术涉及一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法。
技术介绍
AC/DC电源可以为用电设备提供稳定的直流电源，在各类电子设备中得到了广泛应用。目前，AC/DC电源正在向双向、大容量、高效率、高功率因数以及宽范围输出的方向发展，在新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域都有了大规模应用。但是，AC/DC电源输入电流通常会受到以下三个因素影响：(1)为防止上下管直通而引入死区时间所产生的死区效应。(2)通过开关的导通电压的下降。(3)由于非线性负载的广泛使用，电网中已经存在谐波。这些影响会造成基波分量幅值减小的线性失真和电压电流波形的谐波畸变，其表现为奇次谐波(即第三次、第五次和第七次谐波)幅值的增加，同时电网中的谐波在闭环控制中运行期间也会产生低次谐波。从而产生输入电流质量变差、功率因数降低以及电源效率变低等不良影响。为了避免各类谐波对于AC/DC电源输入电流的不利影响，国内外学者做了诸多关于谐波抑制方法的研究。有文献提出了一种基于虚拟阻抗的下垂控制策略，其虚拟阻抗环由二阶广义积分器组成，可以抑制网侧谐波，但是引入虚拟阻抗控制环后会对系统传递函数和稳定性造成影响。有些研究者在此基础上提出了含虚拟阻抗的谐波抑制方法，该控制方法在旋转坐标系下建立虚拟阻抗控制环，通过二阶广义积分器(second-orderGeneralizedIntegrator，SOGI)模块组建了谐波补偿模块，修改电流参考以达到抑制谐波的目的，但是在非线性电流波形比较尖锐时，谐波抑制效果会受到影响。有文献提出了一种基于SOGI的在旋转坐标系下的谐波补偿技术。该方法利用SOGI的滤波特性提取谐波信息。然而，由于SOGI的非理想衰减特性，它无法抑制除某一次谐波之外的谐波。有文献还提出了一种利用多谐振结构的在静止坐标系下的谐波抑制方法。在这种方法中，每个谐振结构被调谐到一定的谐波频率来补偿它。然而，数字化结构的共振调谐误差。因此，稳态误差是不可避免的。有文献对该方法进行了扩展，采用附加积分器与谐振结构相结合的方法，消除了直流偏移的影响。然而，利用多谐振结构的在静止坐标系下的谐波抑制方法中提出的方法中的其他缺点尚未得到考虑。有文献在之前的基础上提出了选择性谐波抑制的重复控制方法。该方法利用离散傅立叶变换(discretefouriertransform，DFT)提取谐波分量，通过重复抑制器进行补偿。然而，由于DFT计算量大，系统动力学变得非常缓慢，谐波并没有完全消除。从以上的回顾中可以得出结论，目前发展起来的谐波抑制方法大多存在实施复杂等主要缺点。此外，谐波抑制性能较差的主要原因是谐波信息的提取不准确，这主要是因为它们依赖于SOGI，而SOGI通常包含二阶低通滤波器。因此，信号不可避免地会有衰减，而且很难完全摆脱谐波的影响。因此，有必要设计一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，该三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法能有效实现谐波抑制，且易于实施。专利技术的技术解决方案如下：一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，三级式AC/DC电源的拓扑结构为：三级式AC/DC电源包括2个并联的三级式AC/DC模块；每个三级式AC/DC模块的前级为单相整流器、中间级为LLC谐振变换器和后级为交错Buck变换器；三级式AC/DC电源的前端与交流电源相接，三级式AC/DC电源的后端为输出电源；输入电流谐波抑制方法为：步骤1：利用数学方法提取某一次的谐波信号进行提取；步骤2：将检测到的所述的谐波信号的幅值和相位信息重构谐波；步骤3：并通过负反馈回路对该次谐波进行抑制。第一级的单相整流器的直流母线电压参考值设定为385V。步骤1中，第n次谐波的振幅和谐波的相位信息通过使用反正切函数计算。步骤2中，重构的第n次谐波电流为Ihn＝VAnsin(nωreft+nθref+θn)；其中，VAn表示第n次谐波的幅值，有：θn表示第n次谐波的参考信号与谐波之间的相位差，参考信号是人为给定的,所以相位不一定为0；其中：In是给定的参考正弦信号的振幅；ωref和θref表示参考信号的频率和相位；ωg表示电网频率以及θg表示电网电流的相位。步骤3中，将重构的谐波电流通过PI或准PR控制器计算得到反馈调制信号Vc，在电流内环计算出来的调制信号参考值中减去反馈调制信号，得到真实的调制信号实现谐波抑制。参见图2的右下角处的Vm，Vc和Vref，有Vm＝Vref-Vc；准PR控制器(即比例谐振控制器)的传递函数为其中Kp为比例系数，Kr为谐振系数，ω0为谐振频率，Kp＝7.033，Kr＝144，ωc＝5。有益效果：传统的谐波抑制技术存在以下几个缺点：1)复杂的控制结构；2)参数整定困难；3)难以直接应用基本电流控制器参考框架。针对上述问题，本专利技术提出了一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法。该方法首先利用数学方法将某一次的谐波信号进行提取，检测到的幅值和相位信息重构谐波，并通过负反馈回路对谐波进行抑制。通过理论分析给出了该谐波抑制方法的参数设计。该方法不需要额外的硬件设备就能非常精确地检测出谐波，因此它简单、鲁棒、易于实现。本专利技术针对于三级式AC/DC电源在其拓扑以及控制方法的基础上提出了一种新的谐波抑制方法，该方法利用谐波补偿系统(harmoniccompensationsystem，HCS)在具备多种奇次谐波的条件下分离出某次谐波分量的优异性能，可以高精度地检测谐波。提取的谐波信息用于重构谐波，并由PI控制器进行前馈补偿。修改输出占空比以达到谐波抑制的效果。该方法相比于传统谐波治理方法的优点在于：(1)不需要任何额外的硬件或来自锁相环的电网相位信息。(2)能够补偿任意阶谐波和多个谐波，而不需要考虑谐波的阶数。(3)不受直流偏移和高频噪声等反馈信号中测量误差的影响。(4)谐波可以通过简单的PI控制器进行谐波抑制。仿真结果验证了本专利技术提出的谐波抑制方法的有效性和可行性。附图说明图1为三级式AC/DC电源系统结构图；图2为单相整流器拓扑结构与控制框图；图3为HCS系统结构图；图4为单相整流器双环控制结构图；图5为电流环传递函数bode图；图6为电流环控制框图；图7为未添加谐波抑制策略的输入电流波形；其中：图7(a)为在未添加谐波抑制策略条件下，输出功率为4kW时的输入电流波形，图横坐标表示时间，纵坐标表示电流，单位安培；图7(b)为在未添加谐波抑制策略条件下，输出功率为1kW时的输入电流波形，图横坐标表示时间，单位毫秒，纵坐标表示电流，单位安培；图7(c)为在未添加谐波抑制策略条件下，输出功率为4kW时的输入电流的频谱图，图横坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，其特征在于，/n三级式AC/DC电源的拓扑结构为：三级式AC/DC电源包括2个并联的三级式AC/DC模块；每个三级式AC/DC模块的前级为单相整流器、中间级为LLC谐振变换器和后级为交错Buck变换器；三级式AC/DC电源的前端与交流电源相接，三级式AC/DC电源的后端为输出电源；/n输入电流谐波抑制方法为：/n步骤1：利用数学方法提取某一次的谐波信号进行提取；/n步骤2：将检测到的所述的谐波信号的幅值和相位信息重构谐波；/n步骤3：并通过负反馈回路对该次谐波进行抑制。/n

【技术特征摘要】
1.一种三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，其特征在于，
三级式AC/DC电源的拓扑结构为：三级式AC/DC电源包括2个并联的三级式AC/DC模块；每个三级式AC/DC模块的前级为单相整流器、中间级为LLC谐振变换器和后级为交错Buck变换器；三级式AC/DC电源的前端与交流电源相接，三级式AC/DC电源的后端为输出电源；
输入电流谐波抑制方法为：
步骤1：利用数学方法提取某一次的谐波信号进行提取；
步骤2：将检测到的所述的谐波信号的幅值和相位信息重构谐波；
步骤3：并通过负反馈回路对该次谐波进行抑制。


2.根据权利要求1所述的三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，其特征在于，
第一级的单相整流器的直流母线电压参考值设定为385V。


3.根据权利要求1所述的三级式AC/DC电源的输入电流谐波抑制方法，其特征在于，
步骤1中，第n次谐波的振幅和谐波的相位信息通过使用反正...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡子恒，陈壮深，但汉兵，于晶荣，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43