三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法

【技术实现步骤摘要】
三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法


[0001]本专利技术属于三相逆变器
，涉及一种三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法
。

技术介绍

[0002]随着传统化石能源的逐渐枯竭以及环境污染问题的日益突出，而社会对能源的需求又不断增长，清洁能源的研究与使用将会是社会文明进程的必由之路
。
在此背景下，发展低碳型经济已成为必然，而加大新能源技术的应用是我国低碳型经济可持续发展战略的重要支撑
。
在可持续发展战略的驱动下，新能源技术得到了快速的发展，与传统的发电方式相比，新能源发电技术具有可再生
、
零污染
、
发电高效
、
投入成本低以及可靠性高等优点
。
当光伏电池或燃料电池等新能源对交流负载供电时，通常是通过逆变器将直流电变为交流电
。
当交流负载为整流器
、
交流调压器等非线性电力电子装置时，其负载特性经常表现为动态和非线性，不仅使逆变器输出电压畸变，而且还会在输入侧或中间直流侧产生大量的低频谐波电流，造成输入侧或中间直流母线电压波动，影响系统稳定性和电能传输效率，产生各种电能质量问题
。
[0003]逆变器可分单相逆变器和三相逆变器，多采用脉冲宽度调制技术
(PulseWidthModulation
，
PWM)
来控制开关管的导通及关断
。
单相逆变器又可分为单级式
、
准单级式与两级式逆变器，单相逆变器带线性负载时输入电流纹波主要为二次纹波，带非线性负载情况下输入电流纹波主要是低频偶次谐波；而在三相逆变器中，当负载为线性对称负载时，三相负载脉动功率之和为零，输入电流中不含低频谐波；当负载为线性不对称负载时，三相负载脉动功率之和不为零，输入电流中含有相应的低频谐波分量；当负载为整流器或交流调压器等非线性负载时，因无零序谐波的流通路径，逆变器输出侧电流中只存在
n
±
1(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次谐波电流，负载脉动功率为
n(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次分量，导致直流输入侧电流也含有相应的
n(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次的电流纹波
。
直流侧低频纹波会降低燃料电池发电效率和蓄电池的工作寿命；在光伏发电系统中还会影响系统最大功率点跟踪
(MaximumPowerPointTracking
，
MPPT)
效果，降低光伏功率输出
。
因此，抑制逆变器的输入电流低频纹波对于提高新能源发电系统工作效率和可靠性具有重要意义
。
[0004]传统的无源滤波技术通常采用电感
、
电容来滤除输入电流中某些特定频率的谐波成分
。
理论上通过增大电感及电容的值可以完全抑制输入电流纹波，但实际使用中受到体积及重量的限制，当电感和电容值增大到一定程度时，纹波抑制效果就不再明显
。
此外，
LC
参数较为敏感，容易导致电路发生串并联谐振，产生过大的纹波电流，因此无源滤波技术抑制输入电流纹波的效果有限
。
在低压输入逆变场合，通常在逆变器与直流电源之间再引入一级
DC/DC
升压变换器，通过有源控制技术，使中间直流母线电容承担后级逆变器端口输入电流中几乎所有的低频纹波电流，以降低直流输入电流中的低频纹波成分，但需引入额外的控制环节，控制参数设计过程复杂，此外中间直流母线电容要采用大容量的电解电容，这会降低逆变器的使用寿命
。
[0005]有源直流滤波技术是在逆变器的输入侧
、
直流母线侧或输出侧增加开关管和储能元件，构成有源滤波电路拓扑，通过控制开关来控制储能元件能量，实现输入电流低频纹波电流的抑制
。
尽管有源直流滤波技术采用的滤波电路拓扑不同，但其抑制输入侧电流纹波的思想是一致的，即通过控制功率开关用储能元件去平衡负载中的脉动功率，当负载瞬时功率小于负载平均功率时，储能元件吸收多余的能量；当负载瞬时功率大于负载平均功率时，储能元件释放储存的能量，如果把储能元件和负载看做一个整体，其瞬时功率等于负载平均功率，无脉动分量，因此输入侧不含低频脉动电流
。
[0006]除了单相逆变器带线性负载的工况外，孤岛模式下的三相逆变器带三相不平衡负载运行时，易引起三相输出电压不平衡的问题，交流侧也会产生二次脉动功率且耦合至直流侧，导致系统的工作性能降低并影响系统的寿命
。
为了实现交
、
直流侧二次脉动功率解耦，逆变器通常采用增加直流侧电容或二次谐振支路等无源功率解耦方案，导致成本
、
体积的增加
。
对于三相逆变器带不平衡负载，有学者提出了一种基于虚拟三相瞬时功率的解耦控制策略，通过控制虚拟三相瞬时功率脉动分量为零，在不增加开关器件的情况下，利用
LCL
滤波器中的电容作为解耦电容，提供负载所需二次脉动功率，该控制策略无需检测源电流，其检测量同传统变流器，可以实现交直流侧二次脉动功率解耦
。
[0007]目前对逆变器输入电流纹波的抑制，主要集中在单相逆变器带线性负载以及三相逆变器带不平衡负载的情况
。
在实际微电网系统中，存在大量的晶闸管整流
、
晶闸管交流调压器等非线性负载，这类混合型负载对微电网的稳定运行造成了诸多影响：非线性负载导致分布式电源输出电压波形畸变，半导体开关器件的热耐受力较低，导致系统过载能力较低等
。
逆变器带非线性负载下对其输出电压波形的控制研究得比较多，对其输入电流低频纹波抑制的研究得比较少，而非线性负载下不仅负载电流含有大量奇次谐波容易造成输出电压畸变，输入侧也含有大量低频偶次谐波容易造成发电效率降低以及谐波污染等不良影响，因此对非线性负载下逆变器输入电流纹波抑制的研究具有重要意义
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于有效解决三相电压型逆变器带整流器或交流调压器等非线性负载时输入电流含有大量低频谐波的问题，提供一种三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法，该方法能够减小输入电流低频谐波成分，有效提高系统运行效率，改善新能源发电系统整体的发电效率和安全性
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法，提供一三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制电路，包括输入直流电源
U
i
；输入侧滤波电容...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法，其特征在于，提供一三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制电路，包括输入直流电源
U
i
，输入侧滤波电容
C
i
，全控逆变桥臂开关管
S1、S2、S3、S4、S5、S6，三相滤波电感
L
a
、L
b
、L
c
及寄生电阻
r
a
、r
b
、r
c
，三相输出滤波电容
C
a
、C
b
、C
c
及非线性负载；输入直流电源
U
i
经输入侧滤波电容
C
i
连接至三相逆变桥的输入端，三相逆变桥的
A、B、C
三相输出分别经三相滤波电感
L
a
、L
b
、L
c
及寄生电阻
r
a
、r
b
、r
c
组成电路与非线性负载连接，并经三相滤波电容
C
a
、C
b
、C
c
与输入直流电源
U
i
负极连接；该电路将三相输出滤波电容
C
a
、C
b
、C
c
同时作为功率解耦电容，通过在三相输出滤波电容上叠加直流电压和
n(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次谐波电压，达到抑制输入侧电流纹波的效果
。2.
根据权利要求1所述的三相电压型逆变器在非线性负载下输入纹波抑制方法，其特征在于，该方法实现方式为：将非线性负载功率
p
o
中的
n(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次脉动分量提取出来后，得到三相输出滤波电容上需要叠加的
n(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次谐波电压，将提取的
n(n
＝6，
12
，
18
，
24
…
)
次谐波电压与基波电压和直流偏置量相加后作为三相输出滤波电容即功率解耦电容基准电压；功率解耦控制与输出电压控制均采用电压外环
、
电流内环控制，使功率解耦电容电压跟踪基准电压，将脉动功率回路限制在交流输出侧，抑制逆变器输入侧低频电流谐波；功率解耦控制采用三个电容电压平均值
(u
Ca
+u
Cb
+u
Cc
)/3
作为外环跟踪信号
、
三个电感电流平均值
(i
La
+i
Lb
+i
Lc
)/3
作为内环跟踪信号，使电容电压跟踪需要叠加的
6k
次谐波电压；输出电压控制采用三个电容电压瞬时值
u
Ca
、u
Cb
、u
Cc
分别减去其平均值
(u
Ca
+u
Cb
+u
Cc
)/3
得到的信号，即
u
Ca
‑
(u
Ca
+u
Cb
+u
Cc
)/3、u
Cb
‑
(u
Ca
+u
Cb
+u
Cc
)/3、u
Cc
‑
(u
Ca
+u
Cb
+u
Cc
)/3
作为外环跟踪信号，三个电感电流
i
La
、i
Lb
、i

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳慧，吴书豪，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：