一种数字控制谐波补偿电路制造技术

本发明专利技术公开了一种数字控制谐波补偿电路，包括功率部分和控制部分；功率部分为Boost型电路，包括整流桥D

【技术实现步骤摘要】
一种数字控制谐波补偿电路


[0001]本专利技术属于功率变换器
，尤其涉及一种数字控制谐波补偿电路。

技术介绍

[0002]随着非线性负荷在配电系统中的应用日益广泛，电能质量问题，特别是电网谐波问题，已成为配电系统中重点关注的问题。为限制开关变换器的输入电流谐波含量，变换器需具有功率因数校正功能。传统的功率因数校正变换器只具备谐波抑制的功能，不具有谐波补偿的功能。图1为公共耦合点谐波电压产生示意图，图中非线性负荷会向电网中注入含有谐波分量的电流，谐波电流在流经电网阻抗时，会产生谐波压降，造成公共耦合点的电压含有谐波分量，而功率因数校正式负荷只要求输入电流跟踪输入电压，满足自身功率因数接近于1，但不会降低公共耦合点电压的谐波含量。
[0003]图2为传统Boost功率因数校正变换器拓扑，整流桥D
b
实现不控整流；直流侧电容C
dc
实现稳压；开关管S1、电感L
m
、二极管D1与电容C
o
构成Boost电路。当Boost变换器实现功率因数校正功能时，输入电流跟踪输入电压，其功率因数接近于1。当交流输入电压中含有一定量的谐波时，输入电流也会含有同比例的谐波，如图3所示。此时，Boost功率因数校正变换器不能降低公共耦合点的谐波含量。
[0004]传统功率因数校正变换器只能实现输入电流跟踪输入电压，在公共耦合点电压含有一定谐波情况下，其无法降低公共耦合点的谐波含量。传统的谐波补偿设备接入低压配电网，可改善公共耦合点的电能质量，但会引入额外的成本。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种数字控制谐波补偿电路。
[0006]本专利技术的一种数字控制谐波补偿电路，包括功率部分和控制部分；功率部分为Boost型电路，包括整流桥D
b
、滤波电感L
f
、滤波电容C
f
、励磁电感L
m
、有源开关S1、二极管D1和输出滤波电容C
o
；控制部分包括采样电路、信号调理电路、A/D模块、控制算法、PWM模块和驱动电路，其中A/D模块、控制算法和PWM模块包含于DSP中。具体为：
[0007]整流桥D
b
的交流输入端与低压配电网相接，直流输出端与滤波电感L
f
和滤波电容C
f
组成的LC滤波电路相连；滤波电路的输出与由有源开关S1、励磁电感L
m
、二极管D1与输出电容C
o
构成的Boost电路相连；输出电容C
o
与负载相并联；采样电路对公共耦合点电压经整流桥后的电压|v
in
|、电感电流i
Lm
和输出电压v
o
进行采样，信号调理电路将采样得到的信号转化为可供DSP芯片的A/D模块识别的电压信号，DSP芯片集成的A/D模块将电压信号转化成数字信号，也就是公共耦合点电压经整流桥后的电压|v
in
|、电感电流i
Lm
和输出电压v
o
的采样值；通过烧录在DSP芯片内部的控制算法，将采样值作为输入，输出当前时刻的有源开关S1的占空比，再经PWM模块输出频率固定的有源开关S1的开关信号；控制信号经驱动电路放大后，控制有源开关S1的开通和关断。
[0008]控制部分的核心是控制算法，其主要实现输出电压稳定的同时，保证输入电流相
位与输入电压同相，并能控制输入电流中的谐波含量，使其产生谐波补偿电流，实现低压配电网的谐波补偿。控制算法分为两个部分，分别为谐波控制信号|v
c
|生成模块和变换器控制模块。
[0009]谐波控制信号|v
c
|生成模块由过零检测、基于广义二阶积分器的单相锁相环、BP神经网络和运算部分组成，具体为：
[0010]通过对公共耦合点电压经整流桥后的电压|v
in
|进行采样，得到其采样信号k2|v
in
|，其中k2为采样比例系数；采样电压k2|v
in
|经过过零检测环节后，去掉其绝对值，得到经比例k2缩小后的输入电压采样信号k2v
in
；单相锁相环对电压k2v
in
进行锁相，得到其相位信号sinθ；BP神经网络将电压k2v
in
作为输入，输出电压k2v
in
的幅值信号V
m
；将两者相乘得到经比例k2缩小后的电压v
in
中频率为50Hz的基波信号k2v
f
，其中电压v
f
为输入电压v
in
中所含的基波；随后，用电压k2v
in
减去电压k2v
f
，得到经比例k2缩小后的电压k2v
h
，其中电压v
h
为输入电压v
in
中所含的谐波；将电压k2v
in
乘以可调的谐波缩放比例系数k
h
，随后与电压k2v
in
相加，得到输入电压采样中各次谐波含量变化后的电压v
c
，其中k
h
由程序自行设定；最后，对电压v
c
取绝对值，得到电压信号|v
c
|，根据生成的电压v
c
中的各次谐波含量，控制输入电流i
in
中的各次谐波含量。
[0011]谐波控制信号|v
c
|生成模块和变换器控制模块相配合实现谐波补偿功能，具体为：
[0012]谐波控制信号|v
c
|生成模块将整流桥输出直流电压的采样信号k2|v
in
|作为输入，输出一个基波幅值与输入电压采样信号k2v
in
相等，但各次谐波含量更大的电压信号v
c
，v
c
和k2v
in
的相位相同；电压信号v
c
取绝对值得|v
c
|，与电压补偿器输出信号v
e
相乘后得到的信号i
ref
作为电感电流的参考信号；当变换器稳定后，电压v
e
是一个直流量，因此电感电流的参考信号i
ref
与采样信号k2|v
in
|相比，各次谐波含量按照比例系数k
h
有一定的缩放，并且当变换器稳定后，电感电流的采样信号k3i
Lm
会与电感电流的参考信号i
ref
相等，而输入电流是电感电流滤除纹波后的信号，也就是电感电流在一个开关周期内的平均值，所以输入电流中的谐波含量与输入电压相比，按照可调比例系数k
h
有一定的缩放；这样就使Boost型数字控制谐波补偿电路的输入电流中包含可控制的谐波补偿电流，实现谐波补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字控制谐波补偿电路，其特征在于，包括功率部分和控制部分；功率部分为Boost型电路，包括整流桥D
b
、滤波电感L
f
、滤波电容C
f
、励磁电感L
m
、有源开关S1、二极管D1和输出滤波电容C
o
；控制部分包括采样电路、信号调理电路、A/D模块、控制算法、PWM模块和驱动电路，其中A/D模块、控制算法和PWM模块包含于DSP中；具体为：整流桥D
b
的交流输入端与低压配电网相接，直流输出端与滤波电感L
f
和滤波电容C
f
组成的LC滤波电路相连；滤波电路的输出与由有源开关S1、励磁电感L
m
、二极管D1与输出电容C
o
构成的Boost电路相连；输出电容C
o
与负载相并联；采样电路对公共耦合点电压经整流桥后的电压|v
in
|、电感电流i
Lm
和输出电压v
o
进行采样，信号调理电路将采样得到的信号转化为可供DSP芯片的A/D模块识别的电压信号，DSP芯片集成的A/D模块将电压信号转化成数字信号，也就是公共耦合点电压经整流桥后的电压|v
in
|、电感电流i
Lm
和输出电压v
o
的采样值；通过烧录在DSP芯片内部的控制算法，将采样值作为输入，输出当前时刻的有源开关S1的占空比，再经PWM模块输出频率固定的有源开关S1的开关信号；控制信号经驱动电路放大后，控制有源开关S1的开通和关断；所述控制算法分为两个部分，分别为谐波控制信号|v
c
|生成模块和变换器控制模块。2.根据权利要求1所述的一种数字控制谐波补偿电路，其特征在于，所述谐波控制信号|v
c
|生成模块由过零检测、基于广义二阶积分器的单相锁相环、BP神经网络和运算部分组成，具体为：通过对公共耦合点电压经整流桥后的电压|v
in
|进行采样，得到其采样信号k2|v
in
|，其中k2为采样比例系数；采样电压k2|v
in
|经过过零检测环节后，去掉其绝对值，得到经比例k2缩小后的输入电压采样信号k2v
in
；单相锁相环对电压k2v
in
进行锁相，得到其相位信号sinθ；BP神经网络将电压k2v
in
作为输入，输出电压k2v
in
的幅值信号V
m
；将两者相乘得到经比例k2缩小后的电压v
in
中频率为50Hz的基波信号k...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪山，王春涛，冷敏锐，贺明智，周群，张荣飞，奉榆杰，王一帆，李梦，郭杨，叶洪铖，包鹏，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：