摘要：在社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大環(huán)境下，電力企業(yè)改革正穩(wěn)步推進(jìn)。電力企業(yè)為滿足現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求，在改革探索中不斷尋求新的發(fā)展和進(jìn)步，新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)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(shí)力的重要手段。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)取得飛速進(jìn)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(xiàn)。為了提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性，相關(guān)研究人員在很對(duì)企業(yè)發(fā)展的實(shí)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(jí)變換和不產(chǎn)生低次諧波等特點(diǎn)，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(qiáng)的抑制能力，針對(duì)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(bǔ)償升壓變壓器為依據(jù)，通過雙向調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓的調(diào)節(jié)，在實(shí)現(xiàn)良好輸出和輸入諧波特性的同時(shí)，還能有效滿足負(fù)載動(dòng)態(tài)和輸入電壓短時(shí)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(jì)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(gè)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(duì)敏感負(fù)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(duì)稱PWM組成，這種控制方式可以有效實(shí)現(xiàn)輸出電壓的聯(lián)系調(diào)節(jié)需求，但是，在實(shí)際分析諧波特征的過程中卻沒有較強(qiáng)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(shí)，還具有較強(qiáng)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(xiàng)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(jí)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(shí)際取值，從而明確調(diào)制函數(shù)中引入補(bǔ)償函數(shù)和系統(tǒng)電壓信號(hào)等值，從而有效地實(shí)現(xiàn)了諧波消除PWM技術(shù)的應(yīng)用。

研究人員還對(duì)消除PWM技術(shù)與恒定占空比調(diào)控方式進(jìn)行了對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程以PSPICE為依據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)比仿真后更能直觀地說明消除諧波的機(jī)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(duì)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(shí)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(fù)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(fù)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(jìn)行有效的控制，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期中希望達(dá)到的負(fù)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(shí)際研究方案，在2KVA樣機(jī)上對(duì)新型諧波消除交流電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)調(diào)節(jié)器實(shí)際采用的方案進(jìn)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(hào)為TMS3230F2812，它可以提供具有超高精準(zhǔn)度的元算證書計(jì)算出調(diào)節(jié)器的實(shí)際性能，還能迅速有效地集成高度信號(hào)采集系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(bǔ)償升壓變壓器為依據(jù)，通過雙向調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)負(fù)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(fù)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(duì)相關(guān)研究進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)，為提高新型調(diào)節(jié)器的準(zhǔn)確性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而促進(jìn)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(jí)工程師。