新型谐波消除交流电压调节器的研究

摘要：在社会主义市场经济快速发展的大环境下，电力企业改革正稳步推进。电力企业为满足现代社会的发展需求，在改革探索中不断寻求新的发展和进步，新型谐波消除交流电压调节器应运而生。针对新型谐波消除交流电压调节器的研究是提高我国电力企业在国际电力市场上综合实力的重要手段。笔者结合多年工作经验，对相关研究内容做了以下介绍。

关键词：新型谐波;交流电压;调节器;模式

伴随着经济的发展，科学技术取得飞速进步，大功率电力电子转换装置在电力企业发展建设过程中取得广泛应用，并为电力行业的发展做出了巨大的贡献。为了提高电网系统的安全性，相关研究人员在很对企业发展的实际状况，研究出了一种新型的斩波控制方式，该控制方式以AC-AC控制器为依据，以PWM为控制手段，具有单级变换和不产生低次谐波等特点，在电力行业发展建设过程中受到广泛应用。但是，这种变换器没有较强的抑制能力，针对这种问题，研究人员又研究出来一种新型谐波消除交流电压调节器，这种调节器以斩波方式AC-AC降压变换器结合输出串联补偿升压变压器为依据，通过双向调节的方式实现负载电压的调节，在实现良好输出和输入谐波特性的同时，还能有效满足负载动态和输入电压短时间内产生变化的需求。

1.电路结构与工作模式

新型谐波消除交流电压调节器电路结构十分复杂，该调节器由斩波AC-AC降压变换器和输出串联不长变压器共通组成，其结构示意图如下图1所示。

图1：新型谐波消除交流电压调节器电路结构

从上图1中可以明确看出：有源开关S1、S2+反并联二极管D1、D2+旁路开关S3、S4+反并联二极管D3、D4+缓冲电路共通组成输入交流斩波器主电路。如果有源开关S1、S2处于开通状态，斩波电路也处于有源状态;如果旁路开关S3、S4处于开通状态，斩波电路应该处于旁路模式。为了有效控制交流斩波器开关工作过程中产生的高频率谐波，设计人员应该在调节器上合适位置添加LC滤波器。从图只能够可以看出：L1和Ci是输入滤波器的重要组成部分，主要目的是组织高频率谐波流向各个路径;Lo和Co共同组成输出滤波器，主要任务是控制高频率谐波对敏感负载的影响。

2.新型谐波消除与复杂电压控制

2.1 谐波消除PWM技术

交流斩波变换器在经过改造之前由恒定占空比PWM和不对称PWM组成，这种控制方式可以有效实现输出电压的联系调节需求，但是，在实际分析谐波特征的过程中却没有较强的抑制能力。为了解决传统交流斩波交换器控制方式的不足，新型谐波消除交流电压调节器采用消除PWM技术，有效控制斩波电路的同时，还具有较强的抑制能力。如果电路各元件处于正常工作状态，不考虑高频滤波器与基波电流之间的关系，下图2是新型谐波消除交流电压调节器的基波等效电路。

图2：新型谐波消除交流电压调节器的基波等效电路

在确保各项检测参数准确无误后，研究人员应该明确新型谐波消除交流电压调节器中交流系统的电压、变换器输出电压、傅里叶级数以及傅里叶系数等值，将明确新型调节器与传统控制方式下调制函数的实际取值，从而明确调制函数中引入补偿函数和系统电压信号等值，从而有效地实现了谐波消除PWM技术的应用。

研究人员还对消除PWM技术与恒定占空比调控方式进行了对比仿真实验，实验过程以PSPICE为依据，实验结果表明：对比仿真后更能直观地说明消除谐波的机理。下图3是恒定占空比与谐波消除PWM技术变化器输出脉冲电压的波形比较。从表格比较图中可以看出，谐波消除技术与恒定占空比相比很难根据输入电压的变化规律探索出自身的发展规律。在对这两种形式的频谱比较的过程中发现，谐波消除PWM技术输出脉冲中只包括基波和相关的高次谐波，而恒定占空比输出在包含以上两因素的同时还包含较高的低次谐波电压。

图3：输出脉冲电压波形比较

2.2 负载电压控制

从谐波消除PWM技术的研究中可以发现，假如恒定占空比固定，该调节器可以完全消除负载电压中的低次谐波。但是，为了提高研究结果的准确性，研究人员还必须合理控制输出进行有效的控制，从而实现预期中希望达到的负载基波电压值。

3.研究结果

为了确保研究结果的准确性，研究人员结合实际研究方案，在2KVA样机上对新型谐波消除交流电压调节器进行了相关试验验证。实验过程中对调节器实际采用的方案进行了二次探讨，控制器系统以单片高性能DSP芯片为主，该芯片的型号为TMS3230F2812，它可以提供具有超高精准度的元算证书计算出调节器的实际性能，还能迅速有效地集成高度信号采集系统，从而实现对PWM的控制。

4.结束语

综上所述，新型谐波消除交流电压调节器的工作原理与传统调节器原理有明显的差距，它以AC-AC降压变换器结合输出串联补偿升压变压器为依据，通过双向调节的方式实现负载电压的调节。研究人员在明确电路结构与工作模式的前提下，还应该了解谐波消除PWM技术和负载电压控制方法，在确定新型谐波消除交流电压调节器准确性后，对相关研究进行二次实验，为提高新型调节器的准确性打下坚实的基础，从而促进我国电力行业的发展。

参考文献：

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[4]陈立东，王宝良，刘荣昌等.基于自激磁式车用交流发电机电压调节器的设计[J].河北科技师范学院学报，2013，（01）.

作者简介：

汤景秀（1968.6—），女，湖南省岳阳人，本科学历，长沙矿冶研究院有限责任公司，高级工程师。