多脉波整流系统直流侧谐波抑制方法研究

多脉波整流技术是大功率整流系统提高电能质量的一种行之有效的方法。申请者在前期科研实践基础上，提出从多脉波整流系统直流侧进行谐波抑制的新思路。从建立多脉波整流系统模型入手，分析系统参数和负载变化对电能质量的影响，揭示多脉波整流系统非线性和时变性的特点，完善多脉波整流系统动力学行为分析，奠定从直流侧对多脉波整流系统进行谐波抑制的理论基础；在此基础上，分析系统参数对抽头变换器变比的影响，为使用抽头变换器的直流侧无源谐波抑制系统的优化设计提供理论基础；分析输入电流谐波在直流侧的表现形式，明确平衡电抗器副边电流与网侧电流正弦因数的关系，给出副边电流与负载电流和系统参数的匹配方法，为实现多脉波整流系统直流侧有源谐波抑制提供分析和设计的科学依据，促进多脉波整流技术的进步，同时为整流系统和其它变换系统的谐波抑制研究提供新思路。

多脉波整流是利用整流电路的移相多重联结来抑制交流侧电流谐波，具有实现简单、高效率、高可靠性等优点，广泛用于大功率整流系统，但其谐波抑制能力仍有较大的提升空间。整流器交流侧出现的电流谐波在其直流侧必然会有所体现，因此项目主要研究了在整流器直流侧进行谐波抑制的方法，包括无源和有源两种。.直流侧无源谐波抑制方面，以采用自耦变压器和抽头变换器的多脉波整流器为研究对象。明确了直流侧无源谐波抑制机理，即由于抽头变换器二极管交替导通所产生的不流经负载的直流侧环流含有谐波成分，通过该环流抵消了网侧电流谐波。针对抽头变换器联结形式特殊，难以仿真验证的问题，应用相分量法，建立了可推广的多抽头变换器的全解耦模型，所建模型连接简单、在仿真软件中易于实现，在抽头数较多时优势明显。以电流THD为目标得到了两抽头变换器的最优变比，并应用全解耦模型分析了整流桥和抽头变换器中二极管换相过程对最优变比的影响，给出了两种换相角与最优变比的关系，得到了不同情况下最优变比的选择方法。无源谐波抑制方法的主要问题是可以抑制低次谐波，但无法抑制其本身次生的高次谐波。.直流侧有源谐波抑制方面，以采用自耦变压器和平衡电抗器的多脉波整流器为研究对象。分析了单相输入电流零谐波时所需的直流侧环流，兼顾该环流对其他两相电流的不利影响等因素，得到了所需注入的直流侧环流近似为一个频率为6倍电源频率、幅值约为0.5倍负载电流的三角波。为在直流侧的平衡电抗器中得到上述环流，引入副边绕组，使之变为有源平衡电抗器。研究了用小容量的PWM变换电路在有源平衡电抗器副边实现交流侧输入电流谐波能量提取再利用的多脉波整流系统结构方案，PWM整流器容量约为输出功率的2%，且输入电流THD值保持在1%左右，同时被提取的谐波能量直接供给负载，提高了系统的能量变换效率。研究了上述系统的负载适应性，对于常用的LR和LCR型负载，分析了输入电流THD与负载参数的关系，明确了负载电流含有的纹波对谐波抑制有积极的作用、而电容会产生负面影响，为保证较好的谐波抑制效果，给出了两型负载条件下平波电感的选择原则。.此外，研究了原边为三角形联结的自耦变压器结构参数与其容量的关系，给出了自耦变压器的优化设计方法；将直流侧有源谐波抑制方法引入到双反星形整流器中，取得了较好的谐波抑制效果。