基于非常规平衡电抗器的直流侧谐波抑制方法

为提高多脉波整流器的谐波抑制能力,提出一种基于非常规平衡电抗器的直流侧谐波抑制方法.在常规平衡电抗器的基础上,增加一次侧抽头数和二次绕组,并通过一次侧抽头控制电路和二次侧整流电路与负载相连,进而提高整流器输出电压脉波数和输入电流的阶梯数,降低了输入电流总谐波畸变率(THD).以输入线电流THD最小为目标,分析非常规平衡电抗器的工作模式和参数优化设计方法.实验结果验证了理论分析的正确性,应用非常规平衡电抗器后,并联型整流器的输出脉波数可从12脉波增加至24、36、48脉波,输入线电流THD由15.15％降低至3.81％,谐波抑制能力得到显著提升.     

基于新型低损耗平衡变换技术的多相整流系统

常规抽头式平衡电抗器技术可有效抑制大功率多相整流器的网侧电流谐波,但负载电流全部流经抽头二极管。这一情况致使二极管导通损耗严重,制约了该技术的应用。为此,提出一种结构简单、可靠性高的谐波抑制方法。该方法从常规六相整流系统的直流侧入手,在常规平衡电抗器上增设一个中心抽头式的绕组,通过合理配置其匝比,并在此绕组与负载之间串接单相全波整流器即可实现。利用该方法对原整流系统电流进行调制,可使原整流器从12脉波工作状态转变为24脉波工作状态。该方法不仅可取得与两抽头变换法一样的网侧电流谐波抑制效果,与两抽头变换法相比,还可使单相全波整流器二极管的平均电流不超过负载电流的2%,即可有效解决了传统抽头变换法因高损耗带来的问题。理论分析、仿真及实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于变压器延边三角形接法的36脉波整流系统研究

在大功率整流领域,通常采用多脉波整流技术来降低整流系统谐波含量,提高功率因数。提出了一种基于移相变压器延边三角形接法的36脉波整流系统结构,分析了整流系统的工作原理、系统网侧输入电流特性及直流输出电压特性,给出了移相变压器绕组参数计算方法,并推导了平衡电抗器选择条件。利用MATLAB/Simulink建立了36脉波整流系统模型,对理论分析进行了仿真验证,观测了传统6脉波整流系统和36脉波整流系统的输出电压波形及网侧电流谐波含量。对比了不同程度电网不平衡情况下,36脉波整流系统与传统6脉波整流系统输出电压波形、网侧电压总谐波含量(THD)和电流谐波含量。实验结果表明,36脉波整流系统整流电压波形和网侧电流谐波含量与理论分析一致,能够有效降低网侧电流谐波含量和输出电压脉动,且具有较好的抵抗电网不平衡的能力,较6脉波整流系统有很大的优越性。     

地铁24脉波整流机组的仿真及谐波电流分析

牵引地铁列车的直流电动机广泛使用24脉波整流机组提供的直流电源.分析了24脉波整流机组的工作原理,利用MATLAB-SIMULINK工具箱搭建24脉波整流机组仿真模型;采用傅里叶级数从理论上分析了电网侧和直流侧谐波电流,且通过仿真分析,更加直观地体现了电网侧和直流侧谐波电流特点.结果表明:采用24脉波整流机组,网侧电流谐波含量大大降低,减少了对电网的污染,同时输出直流电压的纹波系数较小,从而体现了地铁直流牵引供电系统中采用24脉波整流机组的优越性.     

阻基波滤波器对12脉波整流机组、电能质量的改善

大功率整流装置在城市轨道交通供电系统中广泛运用,其产生的谐波会对公共电网以及城轨牵引供电系统造成危害.24脉波整流机组网侧、直流侧谐波含量比12脉波整流机组少很多,但设备成本高.如果采用在12脉波整流机组网侧与直流侧分别连接滤波器的方法,能取得24脉波整流机组相近的效果,会节省大量的投资.分析了12、24脉波整流机组工作原理,24脉波谐波相消及滤波器设计原理.利用MATLAB/Simulink搭建24脉波整流机组和网侧、直流侧分别添加阻基波滤波器和单调谐滤波器的12脉波整流机组仿真模型,并对电流谐波进行傅里叶级数分析.结果表明,改善后的12脉波整流机组有效地减少了网侧、直流侧谐波含量,达到了24脉波整流机组相近的消谐效果,对城市轨道交通牵引供电系统具有重要的参考意义.     

一种直流侧使用低损耗无源脉波倍增电路的并联型24脉波整流器

传统无源式抽头平衡变换器虽然可以降低12脉波整流器的网侧电流总谐波畸变率，但其抽头与负载回路串联引起的高损耗问题严重制约了该方法在大功率整流场合的应用。为此，提出一种损耗低、易于实现的无源谐波抑制方案。该方案仅需在12脉波整流器的直流侧配置两个具有对称结构的双抽头平衡变换器，利用辅助二极管调制原理产生的方波电流，将整流器的脉波数由12倍增至24倍。与无源式两抽头平衡变换器相比，所提方案在实现相同的谐波抑制效果前提下，降低辅助二极管电流有效值至2%。所提方案具有鲁棒性强、损耗低和易于实现的优点，更适合应用于低压大电流场合。     

过移相和欠移相对12脉波整流系统的影响及抑制措施

根据自耦变压器的绕组结构和电气量之间的关系,分析了移相角与绕组匝数的关系。定量分析了移相角与输入电流总谐波畸变率和输出电压纹波系数之间的关系,分析表明过移相和欠移相均会使输入电流总谐波畸变率和输出电压纹波系数增大;为抑制输入电流中的非特征次谐波,提出了谐波抑制电抗器和相间电抗器相结合的12脉波整流系统,该系统结构简单、对称性好。仿真和实验结果表明了理论分析的正确性,所提多脉波整流系统可有效抑制输入电流中的非特征次谐波,减少过移相和欠移相对12脉波整流系统的影响。     

变拓扑混合双12脉波整流器的电流预测控制

多脉波整流技术是大功率整流系统抑制谐波电流的主要手段之一,传统的24脉波整流器串联工作时存在网侧谐波电流过高的缺陷。为此,对传统24脉波整流器进行改造,通过增加若干切换开关,得到一种具有混合工作模式的变拓扑双12脉波整流器。研究了开关状态的不同组合与串联、并联和冗余工作模式的对应关系,详细分析了混合工作模式的等效电路和电流预测控制的实现机理,进一步研究了电流预测控制策略实现不同工作模式间的快速切换和输出电流的快速响应问题。最后,通过仿真分析和实验验证了电流预测控制策略的有效性,结果表明在相同负载电压下,混合模式的网侧谐波电流低于串联模式。     

多脉波整流器直流侧无源谐波抑制机理研究

为提高多脉波整流器的直流侧无源谐波抑制能力,研究了基于两抽头变换器的24脉波整流器直流侧谐波抑制机理。根据抽头变换器的结构及安匝平衡原理,分析了抽头变换器的功能及工作模式,研究了抽头变换器的工作模式对整流桥输出电流、整流器输入电流及负载电压的影响,给出了抽头变换器变比的理论最优值。理论分析及实验结果表明,抽头变换器的端电压会使其所接的两个二极管交替导通,对整流桥输出电流进行调制,进而产生环流,该环流流经交流侧时会抵消原输入电流中的12k±1(k为奇数)次谐波。另外,抽头变换器所接的两个二极管的交替导通,会在负载上产生附加电压,附加电压的存在可以显著降低负载电压的纹波系数。相应的实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于谐波磁势平衡的12脉波整流器一体化滤波方法

提出了一种基于谐波磁势平衡的12脉波整流器一体化滤波方法,对该一体化滤波器的拓扑结构、数学模型、滤波原理进行了详细阐述。该方法将一个背靠背变流装置接入12脉波整流器变压器二次侧的星形与三角形绕组抽头中,通过背靠背变流装置向各绕组抽头中注入指定次谐波电流,并利用该注入谐波电流与12脉波整流器负荷侧所产生谐波电流的磁势平衡,以达到消除12脉波整流器网侧指定次谐波电流的功能,在控制算法上引入比例-积分(PI)+比例-谐振(PR)控制器以实现对指定次谐波分量的无误差跟踪。该方法能有效提高滤波变流装置的电压、电流适应性,从而节省电压匹配变压器的成本,并能充分发挥滤波变流装置的容量潜能。最后,通过仿真和实验验证了所提滤波方法的正确性。     

一种直流侧带混合谐波抑制电路的24脉波整流器

常规12脉波整流器会对电网造成大量谐波污染。为同时提高整流器交、直流侧电能质量,提出了一种直流侧带混合谐波抑制电路(Hybrid Harmonic Suppression Circuit, HHSC)的24脉波整流器。所提整流器由常规12脉波整流器、抽头变换器(Tapped Inter-Phase Converter, TIPC)和补偿电路(Compensation Circuit, CC)组成。TIPC的输出端与负载串联,直接调制整流桥的输出电流和电压。CC与负载并联,间接调制整流桥的输出电流,然后根据交、直流两侧电流关系和直流侧电压关系,最终使整流器输入电流接近正弦波,输出电压由12脉波倍增至24脉波。该方法仅需小容量(仅为输出功率的2.65%)的HHSC即可有效降低输入电流谐波和输出电压纹波,具有高谐波抑制性能、低谐波抑制代价等优点。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

一种用于12脉波整流器谐波抑制的交错并联变换器

12脉波整流系统存在输入电流谐波含量较高的问题,对此本文详细分析了系统交直流侧电流关系,明确了有源平衡电抗器(AIPR)原边环流抑制输入电流谐波的机理,设计了交错并联Boost PFC电路对AIPR原边电流进行调制,以降低系统交流侧输入电流谐波;同时将能量馈送至12脉波整流系统输出负载侧,以实现谐波能量的重新利用。利用Matlab/Simulink对所设计的系统进行了仿真验证,并在9 kW功率等级下进行了实验验证。结果表明,仅需加入系统容量2%左右的变换器,即可将输入电流THD降低至原来的1/3,验证了该方法在大功率场合谐波抑制的有效性。     

应用于轨道交通中24脉波自耦变压整流器的仿真研究

整流器在轨道交通中应用非常普遍,但是整流器件的强非线性会使其对电网注入大量谐波。为了减少谐波电流对电力系统产生的影响,提出一种新型24脉波整流方式来抑制谐波。分析了多脉波整流技术的谐波抑制原理、自耦变压器的结构和等效容量,网侧输入电流几个方面的内容。得出自耦变压器网侧输入电流具有良好的波形质量,其等效容量远小于输出功率的特点。最后利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了该24脉波整流电路在轨道交通中的仿真模型。仿真结果验证了该模型应用于轨道交通中的适用性。     

一种使用无源谐波抑制方法的多脉波整流器

提出一种使用直流侧无源谐波抑制方法的多脉波整流器及其设计方法,该方法采用一组单相整流桥产生环流,调节多脉波整流器的输入线电流。单相整流桥的输入端与平衡电抗器的二次侧相连,其输出端与负载相连,将吸收的谐波能量回馈给负载。分析单相整流桥的几种运行模态,设计平衡电抗器的最佳匝比。所提出的多脉波整流器是一种24脉波整流器,其输入线电流的THD理论上约为7.6%。仿真和实验结果表明,该多脉波整流器输入线电流的THD低于5%。此外,该多脉波整流器具有易于实现且谐波抑制成本低的优点。     

12脉波整流电路在直驱型风力发电系统中的应用研究

描述了适用于直驱型风力发电系统整流变换的12脉波整流电路。该电路拓扑中采用两个六脉波整流桥串联,并通过移相变压器实现12脉波输出。其交流侧可以得到THD值小于3%的正弦电流。该拓扑结构只使用无源器件,并且在达到同样性能的前提下比其他整流电路所用器件少很多,降低了成本。此外,与其他多脉波整流器相比,可以附加一个额外的低功率谐波注入电路以提高该拓扑结构抑制谐波的性能。     

Mitigation of Current Harmonics for Multipulse Diode Front-End Rectifier Systems

Multipulse rectifier system has been shown to be a cost-effective harmonic solution in many industries where IEEE 519 is specified. However, it is susceptible to poor quality of the input source of the power distribution system where the phase unbalance of the source voltage and preexisting low-order harmonic voltages are presented. A small amount of voltage unbalance with preexisting harmonics can create large amount of current harmonics to the input source. Consequently, a stricter preexisting voltage total harmonic distortion condition has to be specified for an 18-pulse rectifier to meet the IEEE 519 current-harmonics requirement. This paper introduces a dc link passive filtering method to solve this problem. It greatly reduces the current harmonics created by the phase unbalance, the fifth-, and the seventh-order voltage harmonics by adding several series LC resonant loops into the dc link. As a result, the proposed 18-pulse rectifier can meet IEEE 519 under several abnormal source voltage conditions of the ac line. Theory analysis, simulation, and experimental result are provided in this paper to verify the effectiveness of this method     

一种基于直流纹波重注入技术的整流器

在移相自耦变压器产生12脉波整流的基础上,研究了一种相间电抗器直流纹波重注入技术,它能有效得到12脉波的倍数脉波,从而更好地减少输入电流谐波含量,提高功率因数.通过一台10kW,输入三相交流380V的实验设备,验证了采用该技术得到24脉波方案的可行性.     

A multilevel thyristor rectifier with improved power factor

The thyristor bridge rectifier is a reliable and cost-effective topology commonly used in medium-voltage applications. Low and load-varying input displacement factor (IDF) and poor input harmonic current profile are the main drawbacks of this topology and are gaining more and more importance. This paper proposes modification of a conventional (18-pulse) thyristor rectifier to achieve higher power factor. The proposed topology employs one gate-turn-off (GTO) device across each upper bridge to short them out when necessary, hence, lowering the voltage level, decreasing the delay angle, and improving the power factor. In medium voltage (4160-V) AC drives, usually three devices are connected in series to withstand the voltage; therefore, the 18-pulse configuration has the same number of SCRs as compared to a six-pulse bridge. This paper includes analysis, simulation, and a comparison of the proposed topology with the conventional 6-, 12-, and 18-pulse thyristor bridges. Experimental results from a 10-kVA 12-pulse system verify the feasibility of the proposed topology