新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器的研究

摘要：在社會主義市場經(jīng)濟快速發(fā)展的大環(huán)境下，電力企業(yè)改革正穩(wěn)步推進。電力企業(yè)為滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，在改革探索中不斷尋求新的發(fā)展和進步，新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)運而生。針對新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器的研究是提高我國電力企業(yè)在國際電力市場上綜合實力的重要手段。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，對相關(guān)研究內(nèi)容做了以下介紹。

關(guān)鍵詞：新型諧波;交流電壓;調(diào)節(jié)器;模式

伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)取得飛速進步，大功率電力電子轉(zhuǎn)換裝置在電力企業(yè)發(fā)展建設(shè)過程中取得廣泛應(yīng)用，并為電力行業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。為了提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性，相關(guān)研究人員在很對企業(yè)發(fā)展的實際狀況，研究出了一種新型的斬波控制方式，該控制方式以AC-AC控制器為依據(jù)，以PWM為控制手段，具有單級變換和不產(chǎn)生低次諧波等特點，在電力行業(yè)發(fā)展建設(shè)過程中受到廣泛應(yīng)用。但是，這種變換器沒有較強的抑制能力，針對這種問題，研究人員又研究出來一種新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器以斬波方式AC-AC降壓變換器結(jié)合輸出串聯(lián)補償升壓變壓器為依據(jù)，通過雙向調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)負載電壓的調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)良好輸出和輸入諧波特性的同時，還能有效滿足負載動態(tài)和輸入電壓短時間內(nèi)產(chǎn)生變化的需求。

1.電路結(jié)構(gòu)與工作模式

新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器電路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，該調(diào)節(jié)器由斬波AC-AC降壓變換器和輸出串聯(lián)不長變壓器共通組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。

圖1：新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器電路結(jié)構(gòu)

從上圖1中可以明確看出：有源開關(guān)S1、S2+反并聯(lián)二極管D1、D2+旁路開關(guān)S3、S4+反并聯(lián)二極管D3、D4+緩沖電路共通組成輸入交流斬波器主電路。如果有源開關(guān)S1、S2處于開通狀態(tài)，斬波電路也處于有源狀態(tài);如果旁路開關(guān)S3、S4處于開通狀態(tài)，斬波電路應(yīng)該處于旁路模式。為了有效控制交流斬波器開關(guān)工作過程中產(chǎn)生的高頻率諧波，設(shè)計人員應(yīng)該在調(diào)節(jié)器上合適位置添加LC濾波器。從圖只能夠可以看出：L1和Ci是輸入濾波器的重要組成部分，主要目的是組織高頻率諧波流向各個路徑;Lo和Co共同組成輸出濾波器，主要任務(wù)是控制高頻率諧波對敏感負載的影響。

2.新型諧波消除與復(fù)雜電壓控制

2.1 諧波消除PWM技術(shù)

交流斬波變換器在經(jīng)過改造之前由恒定占空比PWM和不對稱PWM組成，這種控制方式可以有效實現(xiàn)輸出電壓的聯(lián)系調(diào)節(jié)需求，但是，在實際分析諧波特征的過程中卻沒有較強的抑制能力。為了解決傳統(tǒng)交流斬波交換器控制方式的不足，新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器采用消除PWM技術(shù)，有效控制斬波電路的同時，還具有較強的抑制能力。如果電路各元件處于正常工作狀態(tài)，不考慮高頻濾波器與基波電流之間的關(guān)系，下圖2是新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器的基波等效電路。

圖2：新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器的基波等效電路

在確保各項檢測參數(shù)準(zhǔn)確無誤后，研究人員應(yīng)該明確新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器中交流系統(tǒng)的電壓、變換器輸出電壓、傅里葉級數(shù)以及傅里葉系數(shù)等值，將明確新型調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)控制方式下調(diào)制函數(shù)的實際取值，從而明確調(diào)制函數(shù)中引入補償函數(shù)和系統(tǒng)電壓信號等值，從而有效地實現(xiàn)了諧波消除PWM技術(shù)的應(yīng)用。

研究人員還對消除PWM技術(shù)與恒定占空比調(diào)控方式進行了對比仿真實驗，實驗過程以PSPICE為依據(jù)，實驗結(jié)果表明：對比仿真后更能直觀地說明消除諧波的機理。下圖3是恒定占空比與諧波消除PWM技術(shù)變化器輸出脈沖電壓的波形比較。從表格比較圖中可以看出，諧波消除技術(shù)與恒定占空比相比很難根據(jù)輸入電壓的變化規(guī)律探索出自身的發(fā)展規(guī)律。在對這兩種形式的頻譜比較的過程中發(fā)現(xiàn)，諧波消除PWM技術(shù)輸出脈沖中只包括基波和相關(guān)的高次諧波，而恒定占空比輸出在包含以上兩因素的同時還包含較高的低次諧波電壓。

圖3：輸出脈沖電壓波形比較

2.2 負載電壓控制

從諧波消除PWM技術(shù)的研究中可以發(fā)現(xiàn)，假如恒定占空比固定，該調(diào)節(jié)器可以完全消除負載電壓中的低次諧波。但是，為了提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，研究人員還必須合理控制輸出進行有效的控制，從而實現(xiàn)預(yù)期中希望達到的負載基波電壓值。

3.研究結(jié)果

為了確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，研究人員結(jié)合實際研究方案，在2KVA樣機上對新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器進行了相關(guān)試驗驗證。實驗過程中對調(diào)節(jié)器實際采用的方案進行了二次探討，控制器系統(tǒng)以單片高性能DSP芯片為主，該芯片的型號為TMS3230F2812，它可以提供具有超高精準(zhǔn)度的元算證書計算出調(diào)節(jié)器的實際性能，還能迅速有效地集成高度信號采集系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對PWM的控制。

4.結(jié)束語

綜上所述，新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器的工作原理與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器原理有明顯的差距，它以AC-AC降壓變換器結(jié)合輸出串聯(lián)補償升壓變壓器為依據(jù)，通過雙向調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)負載電壓的調(diào)節(jié)。研究人員在明確電路結(jié)構(gòu)與工作模式的前提下，還應(yīng)該了解諧波消除PWM技術(shù)和負載電壓控制方法，在確定新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器準(zhǔn)確性后，對相關(guān)研究進行二次實驗，為提高新型調(diào)節(jié)器的準(zhǔn)確性打下堅實的基礎(chǔ)，從而促進我國電力行業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：

湯景秀（1968.6—），女，湖南省岳陽人，本科學(xué)歷，長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，高級工程師。