CN106329978B - 高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构及控制方法 - Google Patents

高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构及控制方法，包括：三相整流桥，用于接入380V工频交流电源并整流输出稳定的直流电压；高频逆变电路，包括由N个H桥单元组成的链式H桥多电平逆变电路以及与每个H桥单元相连的LC滤波器，用于接收所述直流电压并输出交流脉冲；开关整流变压器，与高频逆变电路的输出端相连，对接收到的交流脉冲进行升压整流并输出高压直流脉冲电压至负载；以及连接在所述开关整流变压器与所述高频逆变电路之间的控制系统，用于根据所述开关整流变压器的输出端信号反馈控制所述高频逆变电路的驱动信号。本发明提高了电源工作效率和容错能力，利于日后的升级扩展以及故障发生时系统的安全稳定运行。

Description

高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构及控制方法
技术领域
本发明涉及一种高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构及控制方法，属于高压高频大功率电源技术领域。
背景技术
静电除尘器作为一种除尘效率高、除尘范围广、电源损耗小、维护及其管理方便的除尘设备，在火力发电厂、钢铁、冶金、造纸、水泥、轻纺、化工等领域获得广泛应用，对减少大气中的有害粉尘起着十分重要的作用。
目前高压高频脉冲静电除尘器的电源系统是由三相整流桥、高频逆变电路、开关整流变压器和控制电路等几部分组成。而在高频逆变电路中，一般采用全桥逆变电路，该电路输出电压谐波较大，不利于系统的高效运行。
传统链式H桥多电平逆变电路输出端采用集中式的滤波器结构，该结构模块化程度不高，并且当某一处或多处开关管发生断路故障时，整个逆变器将无法工作，容错率较低，不利于日后的升级扩展以及故障发生时系统的安全稳定运行。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供一种高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构及控制方法，提高了电源工作效率和容错能力。
技术方案：本发明所述的高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构，包括：
三相整流桥，用于接入380V工频交流电源并整流输出稳定的直流电压；
高频逆变电路，包括由N个H桥单元组成的链式H桥多电平逆变电路以及与每个H桥单元相连的LC滤波器，用于接收所述直流电压并输出交流脉冲；
开关整流变压器，与高频逆变电路的输出端相连，对接收到的交流脉冲进行升压整流并输出高压直流脉冲电压至负载；
以及连接在所述开关整流变压器与所述高频逆变电路之间的控制系统，用于根据所述开关整流变压器的输出端信号反馈控制所述高频逆变电路的驱动信号。
进一步完善上述技术方案，所述链式H桥多电平逆变电路为分布式的滤波器结构，每个H桥单元输出端经LC滤波器滤波，滤波后的电压经过叠加后再输入至所述开关整流变压器。
进一步地，所述LC滤波器单个电容的电容值为集中式电容值的N倍，单个电感的电感值为集中式电感值的1/N倍。
采用分布式结构的链式H桥多电平逆变电路，将单一的全桥逆变电路扩展为链式H桥多电平逆变电路，并且将滤波器功能分散到各个单元H桥单元的输出端，每个H桥单元的输出分别经过LC滤波器滤波后进入主回路，叠加后再输入至开关整流变压器中，当某个或多个H桥开关管出现故障时，主回路将跳过故障单元，通过滤波电容与正常工作的单元相连接。链式H桥多电平逆变电路中有N个独立的滤波器，它的截止频率与集中式的滤波器结构相同，即电容和电感乘积的标幺值不变，因此分布式单个电容的电容值应取集中式电容值的N倍，单个电感的电感值应是集中式电感值的1/N倍。
进一步地，所述控制系统包括外环电压反馈电路和内环电感电流反馈电路；所述外环电压反馈电路连接在所述开关整流变压器输出端与参考电压信号之间，用于根据所述开关整流变压器输出端的电压信号生成反馈信号，该反馈信号与所述参考电压信号产生电感电流参考信号；所述内环电感电流反馈电路连接在所述高频逆变电路滤波器与电感电流参考信号之间，用于根据所述高频逆变电路滤波器的电感电流信号生成反馈信号，该反馈信号与电感电流参考信号产生所述高频逆变电路H桥单元开关管的驱动信号。
进一步地，所述外环电压反馈电路根据所述开关整流变压器输出端的电压瞬时值生成反馈信号，该反馈信号与所述参考电压信号作差，差值经过比例调节后产生电感电流参考信号；所述内环电感电流反馈电路根据电感电流瞬时值生成反馈信号，该反馈信号与电感电流参考信号作差，差值经过比例调节后与三角波输入比较器产生所述高频逆变电路H桥单元开关管的驱动信号，其中电感电流瞬时值为所述高频逆变电路N个滤波器电感电流的平均值。
进一步地，所述控制系统的传递函数为：
式中：G(s)是系统传递函数；Uo(s)是输出电压瞬时值的传递函数；Uref(s)是给定电压正弦波的传递函数；N是级联单元个数；Pv是电压比例增益系数；Pi是电流比例增益系数；km是前向通道比例系数；R是负载；C是滤波电容；L是滤波电感；kif是电流内环反馈系数；kvf是电压外环反馈系数；
由式(1)可知系统传递函数为一个二阶环节，其自然角频率ωn、阻尼系数ξ为：
两个根为：
所述高压高频静电除尘电源逆变电路分布式结构包括：
(1)380V工频交流电源经三相整流桥输出稳定的直流电压；
(2)直流电压经高频逆变电路输出交流脉冲；
(3)交流脉冲经开关整流变压器升压整流后，输出高压直流脉冲电压供给负载；
所述高压高频静电除尘电源逆变电路分布式结构的控制方法包括：
(41)采集开关整流变压器输出端的电压瞬时信号Uo，生成外环反馈系数为kvf的反馈信号，该反馈信号与参考电压信号Uref作差，差值经过增益Pv倍后产生电感电流参考信号；
(42)采集高频逆变电路滤波器的电感电流瞬时值，生成电流内环反馈系数为kif的反馈信号，该反馈信号与电感电流参考信号作差，差值经过Pi增益后与三角波比较产生高频逆变电路H桥开关管的驱动信号；
(43)高频逆变电路根据驱动信号调节输出的交流脉冲；
(44)开关整流变压器对接收到的交流脉冲进行升压整流并输出电压信号Uo。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点：本发明中高频逆变电路采用分布式结构的链式H桥多电平逆变电路，将单一的全桥逆变电路扩展为链式H桥多电平逆变电路，并且将滤波器分散到各个单元H桥的输出端，然后设计了逆变电路的控制方法，解决在火力发电厂等运行环境恶劣、外部扰动较大的条件下，提高了电源工作效率和容错能力，利于日后的升级扩展以及故障发生时系统的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明提供的高压高频静电除尘电源主电路结构图。
图2为本发明提供的双环反馈控制系统框图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明。
实施例1：高压高频脉冲电源系统是整个静电除尘电源系统的核心，如图1所示，主要由三相整流桥、高频逆变电路、开关整流变压器和控制系统等几部分组成，高频逆变电路为链式H桥多电平逆变电路；其工作过程如下：380V工频交流电源经三相整流桥输出稳定的直流电压，供给链式H桥多电平逆变电路，链式H桥多电平逆变电路根据电除尘器实时工况输出所需的交流脉冲，经开关整流变压器升压整流后，输出高压直流脉冲电压供给电除尘器电场，由控制系统实现对信号的采集及对逆变回路的驱动控制。
链式H桥多电平逆变电路中采用分布式的滤波器结构，将滤波功能分散到各个逆变H桥单元，每个H桥单元的输出分别经过LC滤波器滤波后进入主回路，叠加后再输入至开关整流变压器中。当某个或多个H桥开关管出现故障时，主回路将跳过故障单元，通过滤波电容与正常工作的单元相连接。根据实际工程所需的容量以及输出电压的谐波含量确定H桥单元的个数，个数越多，则系统容量越大，且谐波含量越少，输出波形越接近正弦，但成本也越高。假设链式H桥多电平逆变电路中有N个H桥单元，即有N个独立的滤波器，它们的截止频率与集中式的滤波器结构相同，即电容和电感乘积的标幺值不变，因此分布式单个电容的电容值应取集中式电容值的N倍，单个电感的电感值应是集中式电感值的1/N倍。
如图2所示，控制系统采用电压和电感电流双环反馈控制方法：外环为电压瞬时值反馈，内环为电感电流瞬时值反馈。输出电压瞬时值Uo与参考电压信号Uref作差，得到的结果经过比例调节后作为电感电流参考信号；电感电流瞬时值与电感电流参考信号相减，再将差值经过比例调节后，与三角波比较从而产生驱动信号；其中电感电流瞬时值取为N个电感电流的平均值。
双环反馈控制方案的传递函数为：
式中：G(s)是系统传递函数；Uo(s)是输出电压瞬时值的传递函数；Uref(s)是给定电压正弦波的传递函数；N是级联单元个数；Pv是电压比例增益系数；Pi是电流比例增益系数；km是前向通道比例系数；R是负载；C是滤波电容；L是滤波电感；kif是电流内环反馈系数；kvf是电压外环反馈系数；
由式(1)可知系统传递函数为一个二阶环节，其自然角频率ωn、阻尼系数ξ为：
两个根为：
上述系统传递函数在设计时应注意：
(1)由于双环反馈控制器的参数较多，在设计参数时为了尽量避免相互影响，应从内向外设计，先确定电流内环的参数kif和Pi，然后设计电压瞬时值环的参数kvf和Pv。
(2)Pi的确定以满足内环动态性能最优为目的，提高Pi可以提高整个系统的开环增益，减小跟踪误差，提高跟踪精度，但Pi太大，会导致系统不稳定。
(3)kif和kvf越大，对于负载突变引起的干扰，系统响应减慢，且突加负载时的超调量加大。
(4)适度增加Pv可以使系统更快地进入稳态，但Pv太大，会导致系统不稳定。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构，其特征在于，包括：
三相整流桥，用于接入380V工频交流电源并整流输出稳定的直流电压；
高频逆变电路，包括由N个H桥单元组成的链式H桥多电平逆变电路以及与每个H桥单元相连的LC滤波器，用于接收所述直流电压并输出交流脉冲；
开关整流变压器，与高频逆变电路的输出端相连，对接收到的交流脉冲进行升压整流并输出高压直流脉冲电压至负载；
以及连接在所述开关整流变压器与所述高频逆变电路之间的控制系统，用于根据所述开关整流变压器的输出端信号反馈控制所述高频逆变电路的驱动信号；
所述控制系统的传递函数为：
式中：G(s)是系统传递函数；Uo(s)是输出电压瞬时值的传递函数；Uref(s)是给定电压正弦波的传递函数；N是级联单元个数；Pv是电压比例增益系数；Pi是电流比例增益系数；km是前向通道比例系数；R是负载；C是滤波电容；L是滤波电感；kif是电流内环反馈系数；kvf是电压外环反馈系数；
由式(1)可知系统传递函数为一个二阶环节，其自然角频率ωn、阻尼系数ξ为：
两个根为：
2.根据权利要求1所述的高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构，其特征在于：所述链式H桥多电平逆变电路为分布式的滤波器结构，每个H桥单元输出端经LC滤波器滤波，滤波后的电压经过叠加后再输入至所述开关整流变压器。
3.根据权利要求2所述的高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构，其特征在于：所述LC滤波器单个电容的电容值为集中式电容值的N倍，单个电感的电感值为集中式电感值的1/N倍。
4.根据权利要求1所述的高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构，其特征在于：所述控制系统包括外环电压反馈电路和内环电感电流反馈电路；所述外环电压反馈电路连接在所述开关整流变压器输出端与参考电压信号之间，用于根据所述开关整流变压器输出端的电压信号生成反馈信号，该反馈信号与所述参考电压信号产生电感电流参考信号；所述内环电感电流反馈电路连接在所述高频逆变电路滤波器与电感电流参考信号之间，用于根据所述高频逆变电路滤波器的电感电流信号生成反馈信号，该反馈信号与电感电流参考信号产生所述高频逆变电路H桥单元开关管的驱动信号。
5.根据权利要求4所述的高压高频静电除尘电源逆变电路的分布式结构，其特征在于：所述外环电压反馈电路根据所述开关整流变压器输出端的电压瞬时值生成反馈信号，该反馈信号与所述参考电压信号作差，差值经过比例调节后产生电感电流参考信号；所述内环电感电流反馈电路根据电感电流瞬时值生成反馈信号，该反馈信号与电感电流参考信号作差，差值经过比例调节后与三角波输入比较器产生所述高频逆变电路H桥P单元开关管的驱动信号，其中电感电流瞬时值为所述高频逆变电路N个滤波器电感电流的平均值。
6.根据权利要求1至5任一所述高压高频静电除尘电源逆变电路分布式结构的控制方法，其特征在于：
所述高压高频静电除尘电源逆变电路分布式结构包括：
(1)380V工频交流电源经三相整流桥输出稳定的直流电压；
(2)直流电压经高频逆变电路输出交流脉冲；
(3)交流脉冲经开关整流变压器升压整流后，输出高压直流脉冲电压供给负载；
所述高压高频静电除尘电源逆变电路分布式结构的控制方法包括：
(41)采集开关整流变压器输出端的电压瞬时信号Uo，生成外环反馈系数为kvf的反馈信号，该反馈信号与参考电压信号Uref作差，差值经过增益Pv倍后产生电感电流参考信号；
(42)采集高频逆变电路滤波器的电感电流瞬时值，生成电流内环反馈系数为kif的反馈信号，该反馈信号与电感电流参考信号作差，差值经过Pi增益后与三角波比较产生高频逆变电路H桥单元开关管的驱动信号；
(43)高频逆变电路根据驱动信号调节输出的交流脉冲；
(44)开关整流变压器对接收到的交流脉冲进行升压整流并输出电压信号Uo。
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CN203608104U (zh) * 2013-11-29 2014-05-21 三峡大学 一种双闭环控制式单相逆变电源
CN105449684B (zh) * 2015-12-24 2018-02-06 合肥工业大学 基于mmc的规模化电动汽车集群系统及其控制方法
CN105958834B (zh) * 2016-06-28 2018-08-07 南京比恩机电科技有限公司 高压高频脉冲静电除尘电源抗干扰控制系统及方法
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