CN113162381A - 一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统 - Google Patents

一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113162381A
CN113162381A CN202110218170.7A CN202110218170A CN113162381A CN 113162381 A CN113162381 A CN 113162381A CN 202110218170 A CN202110218170 A CN 202110218170A CN 113162381 A CN113162381 A CN 113162381A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
phase
current
oscillation suppression
subharmonic oscillation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110218170.7A
Other languages
English (en)
Inventor
刘刚
孙前刚
潘李云
张彦
龚建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
723 Research Institute of CSIC
Original Assignee
723 Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 723 Research Institute of CSIC filed Critical 723 Research Institute of CSIC
Priority to CN202110218170.7A priority Critical patent/CN113162381A/zh
Publication of CN113162381A publication Critical patent/CN113162381A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，对三相VIENNA整流器通用单周期控制公式按照斜坡补偿原理重新推导，得到补偿后的控制算法，能够有效抑制次谐波振荡现象。本发明不改变硬件电路结构，不额外增加电路面积开销，通过软件进行斜坡补偿运算，有利于减小体积，提高功率密度，提升工作稳定性。

Description

一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统
技术领域
本发明属于电源变换技术领域，具体为一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统。
背景技术
常用的二极管整流技术会产生大量电流谐波污染，尤其在三相大功率电能变换领域，对电网电能质量的影响比较严重，已经引起各国的高度重视。基于全控型电力电子器件的有源功率因数校正(APFC)技术效率高，体积小，整流效果好，已经广泛应用于交流-直流变换领域，是治理电网电流谐波污染的一种有效途径。目前主要有单开关、双开关、三开关、六开关等几种主要的拓扑结构，其中又以三相三开关VIENNA整流器综合性能最优，三相VIENNA整流器电路拓扑简洁、三电平结构、有源器件应力低、不存在开关管桥臂直通问题、也基本没有功率开关元器件反并二极管反向恢复问题、可以工作于很高的开关频率下，所以效率和功率密度都很高,已经在一次电源模块、电机驱动前端、有源滤波器和不间断电源供应中得到广泛应用。
经过多年的研究，业内人士对VIENNA整流器提出了一系列控制方法，主要分为两类：ABC自然坐标系下的控制和DQ旋转坐标系下的控制。SVPWM属于DQ旋转坐标系下的典型控制方法，需要先在自然坐标系中变换，然后在旋转坐标系中进行控制，三电平VIENNA整流器涉及空间矢量较多，区间划分较为复杂，运算量大，所以不利于提高开关频率，减小设备体积。ABC自然坐标系下主要有平均电流控制和峰值电流控制两种方法，前者使用电压外环和电流内环双PI调节器控制，稳定性好，但暂态响应较峰值电流控制模式慢，对于负载经常处于0～100％阶跃状态的工作模式，适应性较差，而峰值电流控制模式则可弥补这一不足。单周期控制方法本质上属于峰值电流控制方法，动态响应好但存在次谐波振荡问题，当系统工作于峰值电流控制模式且占空比S>0.5时，外部扰动可能造成系统控制稳定性问题，产生次谐波振荡现象。
发明内容
本发明提出了一种一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统。
实现本发明的技术解决方案为：一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，包括：
三相电流互感器模块、三相输入升压电感模块、三相整流桥模块、三相有源全控型双向开关模块、输出滤波电容模块、输出电压采样电路模块、数字控制器模块以及设置在数字控制器模块的次谐波振荡抑制算法模块，所述三相输入升压电感模块一端通过三相电流互感器模块与电网三相电压连接，另一端与三相整流桥模块和三相有源全控型双向开关模块连接，所述三相电流互感器模块用于将三相输入升压电感模块中流过的电流值转换为小信号输出给数字控制器模块，所述输出滤波电容模块与三相有源全控型双向开关模块连接，所述输出电压采样电路模块用于对输出滤波电容模块两端的高电压进行采样，所述数字控制器模块中的次谐波振荡抑制算法模块对采样数据进行计算，得到需要的占空比数据，所述数字控制器模块根据占空比数据产生控制脉冲，驱动三相有源全控型双向开关模块进行开关动作。
优选地，所述三相输入升压电感模块包括三个升压电感，所述升压电感的前端分别连接公用电网A、B、C三相交流输入电压，后端连接三相整流桥模块和三相有源全控型双向开关模块，三相有源全控型双向开关模块的三路双向开关在输出滤波电容模块的电容中点短接，构成三相Boost升压结构。
优选地，所述三相电流互感器模块包括三个独立的电流互感器，分别串联在公用电网A、B、C三相主电路中，每个互感器负责测量三相输入升压电感模块的一相电流，把采样值转换为mA级的小电流信号，送入数字控制器模块。
优选地，所述次谐波振荡抑制算法模块斜坡补偿时的核心控制方程为：
Idc0*(1-kSk)(1-Sk)＝|iK|
式中，Idco＝Vm/Rs，Vm＝Vo*Rs/2Re，Vo为输出电压，Rs为等效采样电阻，Re为等效三相输入负载，Sk，k＝a、b、c为占空比，iK，k＝a、b、c为三相电流，k是含有斜坡补偿因子的系数。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1、本发明不改变硬件电路结构，不额外增加电路面积开销，通过软件进行斜坡补偿运算，有利于减小体积，提高功率密度；2、本发明可以实时修改斜坡补偿系数，方便对比不同系数值对次谐波振荡抑制效果的影响，快速选择最优值。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为三相VIENNA数字整流器电路拓扑图。
图2为S<0.5时三相电流互感器模块(1)波形图。
图3为S>0.5时三相电流互感器模块(1)波形图。
图4为加入抑制算法后的三相电流互感器模块(1)波形图。
具体实施方式
一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，对三相VIENNA整流器通用单周期控制公式按照斜坡补偿原理重新推导，得到补偿后的控制算法，能够有效抑制次谐波振荡现象。
如图1所示，一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，包括：三相电流互感器模块1，三相输入升压电感模块2，三相整流桥模块3，三相有源全控型双向开关模块4,输出滤波电容模块5,输出电压采样电路模块6，数字控制器模块7，次谐波振荡抑制算法模块8，所述三相输入升压电感模块2一端连接电网三相电压输入，另一端连接三相整流桥模块3和三相有源全控型双向开关模块4，三相电流互感器模块1串联在电网三相A、B、C电压输入与三相输入升压电感模块2之间，将三相输入升压电感模块2中流过的电流值转换为小信号输出给数字控制器模块7。输出电压采样电路模块6对输出滤波电容模块5两端的高电压进行采样，然后送入数字控制器模块7。数字控制器模块7中的次谐波振荡抑制算法模块8对采样数据进行计算后得到需要的占空比数据，送入数字控制器模块7的ePWM模块产生控制脉冲，驱动三相有源全控型双向开关模块4的六个开关动作，稳定输出电压同时达到功率因数校正和谐波抑制的目的。
进一步的实施例中，三相输入升压电感模块2包括三个升压电感，前端连接公用电网A、B、C三相交流输入电压，后端连接三相整流桥模块3和三相有源全控型双向开关模块4，三相有源全控型双向开关模块4的三路双向开关在输出滤波电容模块5的电容中点短接，构成典型的三相Boost升压结构。
进一步的实施例中，三相电流互感器模块1包括三个独立的电流互感器，分别串联在公用电网A、B、C三相主电路中，每个互感器负责测量三相输入升压电感模块2的一相电流，把采样值转换为mA级的小电流信号，送入数字控制器模块7。
进一步的实施例中，输出电压采样电路模块6对输出滤波电容模块5两端的高电压进行采样，送入数字控制器模块7。
进一步的实施例中，数字控制器模块7将上述采样数据内部传递给次谐波振荡抑制算法模块8。
基于图1所示的三相VIENNA数字整流器电路拓扑可得到单周期控制通用方程：
Figure BDA0002954762570000041
其中，Vm＝Vo*Rs/2Re，Vo为输出电压，Rs为等效采样电阻，Re为等效三相输入负载。
通用控制方程1可以表示为
Idc0*(1-Sk)＝|iK| (2)
其中，Idc0＝Vm/Rs，Skk＝a、b、c为占空比，ikk＝a、b、c。为三相电流。
由于单周期控制技术属于峰值电流控制，工作在CCM连续电流控制模式模式下的开关变换器电感电流第K个周期的扰动量在t＝TS时刻与t＝0时刻关系为
Figure BDA0002954762570000042
K1为上升沿斜率，K2为下降沿斜率。Δi1(K)为t＝TS时刻电感电流变化量，Δi0(K)为t＝0时刻电感电流扰动量。
图2为三相电流互感器模块1采集到的任一相电流波形，当K2/K1<1时，外部扰动经过N个开关周期后会逐渐衰减到零，系统趋于稳定；当K2/K1>1时，变换器受到扰动后电感电流放大，系统出现次谐波振荡，图3所示为三相电流互感器模块1采集到的任一相电流波形显示，经过N个开关周期后开关变换器会将外部扰动逐渐放大，出现次谐波振荡。
本发明通过次谐波振荡抑制算模块8，将三相VIENNA数字整流器单周期控制通用方程2，创新引入斜坡补偿算法，推导出新的控制方程。具体方法如下：
如图4所示，在控制信号处添加某一斜率-K的锯齿波信号，增加斜坡补偿后的开关变换器电感电流第K个周期的扰动量在t＝TS时刻与t＝0时刻关系变为
Figure BDA0002954762570000051
由式4可知，
Figure BDA0002954762570000052
的分子比K2小，分母比K1大，比值比K2/K1更小，因此可以扩展占空比范围，增大系统稳定工作域。调整补偿斜率K，使其与原斜率K1、K2之间满足以下关系
Figure BDA0002954762570000053
那么无论占空比在0～1之间如何变化占空比变化可以对应到K1与K2的比值，经过N个周期后，扰动电流均将逐渐减少到接近零，没有次谐波振荡问题。
由单周期控制原理可知，控制稳定系统占空比S和电感电流斜率满足：
S*K1＝(1-S)*K2 (6)
联立方程(5)(6)消去K1，可得设计需要的系统稳定的斜坡补偿斜率为：
Figure BDA0002954762570000054
由于
Figure BDA0002954762570000055
始终小于0.5，当补偿斜率K取值大于电感电流下降斜率K2的一半时，即满足
K＞0.5K2 (8)
那么在0<S<1的范围内，系统都将始终保持稳定运行。
经过上述推导，考虑斜坡补偿时的核心控制方程2就变为
Idc0*(1-kSk)(1-Sk)＝|iK| (9)
其中，K是含有斜坡补偿因子的系数。将9式加入次谐波振荡抑制算法模块8，经软件运算后可得到补偿后的三相占空比计算值，再写入数字控制器模块7的ePWM比较子模块，驱动三相有源全控型双向开关模块4工作，可以有效消除峰值电流控制中占空比0.5时外部扰动造成的次谐波振荡问题，保证系统稳定工作。

Claims (4)

1.一种VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，其特征在于，包括：
三相电流互感器模块(1)、三相输入升压电感模块(2)、三相整流桥模块(3)、三相有源全控型双向开关模块(4)、输出滤波电容模块(5)、输出电压采样电路模块(6)、数字控制器模块(7)以及设置在数字控制器模块(7)的次谐波振荡抑制算法模块(8)，所述三相输入升压电感模块(2)一端通过三相电流互感器模块(1)与电网三相电压连接，另一端与三相整流桥模块(3)和三相有源全控型双向开关模块(4)连接，所述三相电流互感器模块(1)用于将三相输入升压电感模块(2)中流过的电流值转换为小信号输出给数字控制器模块(7)，所述输出滤波电容模块(5)与三相有源全控型双向开关模块(4)连接，所述输出电压采样电路模块(6)用于对输出滤波电容模块(5)两端的高电压进行采样，所述数字控制器模块(7)中的次谐波振荡抑制算法模块(8)对采样数据进行计算，得到需要的占空比数据，所述数字控制器模块(7)根据占空比数据产生控制脉冲，驱动三相有源全控型双向开关模块(4)进行开关动作。
2.根据权利要求1所述的VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，其特征在于，所述三相输入升压电感模块(2)包括三个升压电感，所述升压电感的前端分别连接公用电网A、B、C三相交流输入电压，后端连接三相整流桥模块(3)和三相有源全控型双向开关模块(4)，三相有源全控型双向开关模块(4)的三路双向开关在输出滤波电容模块(5)的电容中点短接，构成三相Boost升压结构。
3.根据权利要求1所述的VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，其特征在于，所述三相电流互感器模块(1)包括三个独立的电流互感器，分别串联在公用电网A、B、C三相主电路中，每个互感器负责测量三相输入升压电感模块(2)的一相电流，把采样值转换为mA级的小电流信号，送入数字控制器模块(7)。
4.根据权利要求1所述的VIENNA整流器次谐波振荡抑制系统，其特征在于，所述次谐波振荡抑制算法模块(8)斜坡补偿时的核心控制方程为：
Idc0*(1-kSk)(1-Sk)＝|iK|
式中，Idco＝Vm/Rs，Vm＝Vo*Rs/2Re，Vo为输出电压，Rs为等效采样电阻，Re为等效三相输入负载，Sk，k＝a、b、c为占空比，iK，k＝a、b、c为三相电流，k是含有斜坡补偿因子的系数。
CN202110218170.7A 2021-02-26 2021-02-26 一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统 Pending CN113162381A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110218170.7A CN113162381A (zh) 2021-02-26 2021-02-26 一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110218170.7A CN113162381A (zh) 2021-02-26 2021-02-26 一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113162381A true CN113162381A (zh) 2021-07-23

Family

ID=76883536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110218170.7A Pending CN113162381A (zh) 2021-02-26 2021-02-26 一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113162381A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116846234A (zh) * 2023-08-31 2023-10-03 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种射频电源供能的二级变换器及其控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112165263A (zh) * 2020-09-21 2021-01-01 哈尔滨工程大学 一种三相vienna整流器电流谐波抑制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112165263A (zh) * 2020-09-21 2021-01-01 哈尔滨工程大学 一种三相vienna整流器电流谐波抑制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高燃: "单周期控制VIENNA整流器研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116846234A (zh) * 2023-08-31 2023-10-03 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种射频电源供能的二级变换器及其控制方法
CN116846234B (zh) * 2023-08-31 2023-11-10 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种射频电源供能的二级变换器的控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107863880B (zh) 一种图腾柱pfc的全数字控制方法及装置
CN104038045B (zh) 高功率因数校正控制电路及装置
CN107093954B (zh) 带boost升压的两级式三相四桥臂逆变系统及控制策略
CN203933384U (zh) 一种高功率因数校正控制电路及装置
CN102843020A (zh) 两级式逆变器中前级变换器二次谐波电流的抑制方法及其控制电路
CN102545565A (zh) 一种低输出工频纹波的单级高功率因数校正变换方法及其装置
CN108281979A (zh) 一种适合低压大电流输入的电子回馈负载电路
CN102427293A (zh) 一种低输出纹波的并联功率因数校正变换控制方法及其装置
CN105305853A (zh) 采用有源功率因数校正技术的多脉波整流器及其设计方法
CN113162381A (zh) 一种vienna整流器次谐波振荡抑制系统
Yan et al. Quadratic boost PFC converter with fast dynamic response and low output voltage ripple
CN111865112A (zh) 使用直流侧无源谐波抑制方法的串联型多脉波整流器
CN110829823B (zh) 一种提高dcm升压pfc变换器临界电感的装置及方法
CN107070230A (zh) 一种船用三相380v输入高功率因数高压净化电源装置
CN1222100C (zh) 无电磁污染的大功率开关电源装置
CN202424506U (zh) 一种低输出工频纹波的单级高功率因数校正变换器
CN102427298A (zh) 一种基于buck变换器的串联式交流稳压器
CN110677064B (zh) 单相pwm整流器定频电流预测控制方法
CN114244108A (zh) 一种带宽动态调节Boost-PFC控制电路及其控制方法
Das et al. Performance analysis of Z–source inverter based ASD system with reduced harmonics
CN202444413U (zh) 一种低输出纹波的并联功率因数校正变换器
CN107257194B (zh) 一种谐振变换器
Quan et al. A PFC Converter With Low Ripple and High Efficiency
Xiao et al. An LLC resonant ac-dc converter with PFC function based on a double inductor structure
CN216751561U (zh) 变频谐振式三相功率因数校正变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210723

RJ01 Rejection of invention patent application after publication