静止式中频电源谐波分析及抑制方法朱汝平

静止式中频电源谐波分析及抑制方法朱汝平

朱汝平

哈尔滨东安汽车动力股份有限公司黑龙江省哈尔滨市150066

摘要：随着大容量电力电子器件的不断涌现，静止式中频电源的发展已成为不可逆转的趋势。因静止式中频电源基波频率高，传统的控制方法谐波抑制困难且难以实现无静差输出等问题，依据变压器等效理论，建立了静止式中频电源数学模型。本文对静止式中频电源的谐波分析和抑制方法进行研究，分析了静止式中频电源拓扑结构，在推导了多电平PWM输出电压波形解析表达式的基础上．总结出输出电压边频带谐波分布规律和谐波总畸变率变化规律分别针对高次谐波和低次谐波采用不同抑制手段的特点。

关键词：静止式中频电源；谐波分析；谐振控制器

静止式中频电源具有电能变换效率高，体积、重量、噪音相对较小、动态响应快、可靠性高且易于实现模块化、集成化等优点，现已成为中频电源的必然发展方向。而谐波是衡量其输出电力质量的重要指标之一，谐波使电能的生产、传输和利用率降低、使电源设备过热、产生振动和噪声，甚至会引起继电保护和自动装置误动作。在静止式中频电源系统中几乎都采用PWM控制方式，这使得系统运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成输出电压畸变。目前，已有很多文献进行了谐波危害及影响方面的分析，但专门针对静止式中频电源的谐波分析和抑制方法的研究还比较少。本文在详细研究了静止式中频电源系统的谐波分析和抑制手段，推导了多电平PWM输出电压波形解析表达式的基础上，总结出输出电压边频带谐波分布规律和THD变化规律分别针对高次谐波和低次谐波采用不同抑制手段的特点，给出了LC滤波器的参数设计方法，并提出利用双闭环多重比例谐振（MDLPR）控制器抑制低次谐波的方法实验结果验证了理论分析的正确性和谐波抑制手段的有效性。

一、静止式中频电源拓扑结构

图1静止式中频电源拓扑结构

上面图1为静止式中频电源拓扑结构，2个400Hz的H桥型逆变器经相同的输出变压器T1和T2的次级串联在一起，单个逆变器内部同时采用倍频PWM控制方法，H桥型逆变器之间采用交错控制技术，即载波移相控制，从而达到4倍频工作的效果．形成相电压波形五电平输出，降低输出电压的谐波含量。图中VT1～VT8为可关断半导体器件IGBT，U1、C1分别为直流侧电压和支撑电容．C和L分别为交流侧电容和变压器等效漏感，NT为变压器初级和次级的匝数比，B1、B2、B3和B4分别为上下H桥的左右桥臂，UB1和UB2分别为上H桥桥臂B1和B2的中点电压，UB3和UB4分别为下H桥桥臂B3和B4的中点电压，UHT和UHB分别为上下H桥的输出电压，UT为变压器次级电压，IO为流过负载的电流，UO为逆变器输出电压。由于中频电源负载的多样性．用Z表示负载阻抗。

二、静止式中频电源PWM输出电压谐波分析

根据图1中给出的静止式中频电源拓扑结构及两H桥级联的调制方法和调制模式，下面对多电平PWM输出电压波形的数学表示方法进行推导。

四、结语

本文对静止式中频电源系统的谐波进行详细分析，推导了多电平PWM输出电压波形的数学表达式．总结出输出电压边频带谐波分布规律和THD变化规律。结合谐波分析的结果，给出了针对高次谐波采用LC滤波器抑制的设计方法：考虑静止式中频电源基波频率较高的特点．提出了利用MDLPR控制器抑制低次谐波的方法。实验结果验证了理论分析的正确性和谐波抑制方法的有效性。

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