括：交直流變換電路31、開關(guān)管32、濾波電路33、 FPGA36、驅(qū)動(dòng)模塊35及負(fù)載34。
[0042] 該裝置中，交直流變換電路31包括半波整流橋及電感；FPGA36中包括用于控制開 關(guān)管導(dǎo)通、關(guān)閉的第一控制電路，該第一控制電路產(chǎn)生PWM信號以控制開關(guān)管32的導(dǎo)通及 關(guān)閉；在FPGA36中還包括用于控制交直流變換電路31的第二控制電路，該第二控制電路用 于產(chǎn)生控制交直流變換電路31的正弦脈寬調(diào)制（SinusoidalPulseWidthModulation， SPWM)信號，SPWM信號經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊35控制交直流變換電路31的導(dǎo)通、關(guān)閉，從而控制交 直流變換電路31的輸出電壓，其中第二控制電路采用的是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓電流 雙閉環(huán)控制。
[0043] 圖4所示了該實(shí)施例中第一控制電路的原理圖。如圖4所示，該第一控制電路為 雙閉環(huán)控制電路，包括電壓外環(huán)361及電流內(nèi)環(huán)362,且電壓外環(huán)361包括PID控制器，PID 控制器的kp、ki和kd三個(gè)參數(shù)采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，下文將對第一控制電路的控制 過程進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0044] 圖5示出了該諧波抑制裝置的電路原理圖，圖5中，Q為開關(guān)管、L為電感、C為電 容、R為負(fù)載。
[0045] 如圖5所示，在諧波抑制裝置中，半波整流橋包括：PWM整流管Al、PWM整流管A2、 PWM整流管A3及PWM整流管A4 ;PWM整流管A1與PWM整流管A2串聯(lián)，得到第一串聯(lián)電路； PWM整流管A3與PWM整流管A4串聯(lián)，得到第二串聯(lián)電路；第一串聯(lián)電路與第二串聯(lián)電路并 聯(lián)，輸出所述正弦半波電壓ud。
[0046] 如圖5所示，濾波電路33包括：二極管D及電容C;二極管D的陰極與電容C的一 端連接，二極管D的陽極、電容C的另一端與開關(guān)管Q并聯(lián)。
[0047] 本實(shí)施例中的諧波抑制裝置，在交直流變換電路中采用PWM整流技術(shù)，且采用了 遺傳PID復(fù)合控制算法，并在單相橋式整流器和負(fù)載電阻之間增加一個(gè)DC-DC功率變換電 路，其中，DC-DC功率變換電路包括電感L、二極管D、開關(guān)管Q、電容C。通過適當(dāng)?shù)目刂崎_ 關(guān)管Q的通斷，將整流器的輸入電流（即電感上的電流校正為與電網(wǎng)電壓同相位的正 弦波，消除諧波和無功電流，將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為1。
[0048] 遺傳算法PID控制諧波抑制電路，是指在傳統(tǒng)的整流電路中融入由遺傳PID復(fù)合 控制算法的有源器件，使得交流側(cè)電流在一定程度上正弦化，從而減小裝置的非線性，改善 功率因數(shù)、減小諧波的一種高頻整流電路。
[0049] 遺傳算法是一種基于生物自然選擇與遺傳機(jī)理的隨機(jī)搜索算法，它從一組隨機(jī)產(chǎn) 生的"種群（Population) "的初始解開始搜索。種群中的每個(gè)個(gè)體是問題的一個(gè)解，稱為 "染色體（chromosome)"。染色體是一串符號，比如一個(gè)二進(jìn)制字符串。這些染色體在后續(xù) 迭代中不斷進(jìn)化，稱為遺傳。在每一代中用"適值（fitness)"來測量染色體的好壞，生成的 下一代染色體稱為后代（offspring)。后代是由前一代染色體通過交叉（crossover)或者 變異（mutation)運(yùn)算形成的。
[0050] 在新一代形成過程中，根據(jù)適度的大小選擇部分后代，淘汰部分后代。從而保持種 群大小是常數(shù)。適值高的染色體被選中的概率較高，這樣經(jīng)過若干代之后，算法收斂于最好 的染色體，它很可能就是問題的最優(yōu)解或次優(yōu)解。它包括編碼、初始群體的生成、適應(yīng)性值 評估檢測、選擇、交叉、變異五個(gè)步驟。
[0051] PID控制器中的kp、ki和kd三個(gè)參數(shù)是否合理，直接影響PID控制器的性能，目 前，PID控制器參數(shù)主要是人工調(diào)整，這種方法不僅費(fèi)時(shí)，而且不能保證獲得最佳的性能。為 了使系統(tǒng)的控制達(dá)到最佳，采用遺傳算法優(yōu)化PID控制器參數(shù)后，再把優(yōu)化了的參數(shù)帶入 PID控制器。這就是遺傳PID復(fù)合控制算法。
[0052] 遺傳算法優(yōu)化PID參數(shù)的步驟如圖6所示，包括：
[0053] (1)遺傳算法產(chǎn)生初始種群；
[0054] (2)種群的每個(gè)個(gè)體依次賦值給Kp、Ki、Pd;
[0055] (3)將所得值作用控制系統(tǒng)模型，求出種群中各個(gè)個(gè)體的適用度函數(shù)值，判斷是否 滿足算法的終止條件，若滿足則退出，并得到最優(yōu)個(gè)體，若不滿足，則轉(zhuǎn)至步驟（4);
[0056] (4)遺傳算法進(jìn)行選擇、保留精英、交叉、變異，產(chǎn)生新的種群，并轉(zhuǎn)至步驟（2)。
[0057] 如圖5所示，假定開關(guān)頻率足夠高，保證電感L的電流連續(xù)，輸出電容C足夠大，輸 出電壓u?？烧J(rèn)為是恒定直流電壓。電網(wǎng)電壓ui為理想正弦，即ui=Umsin?t，則半波整流 橋的輸出電壓Ud為正弦半波，即ud=luj= |umsin?t|。
[0058]當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，ud對電感L充電，電感電流込增加，電容C向負(fù)載R放電；當(dāng) 開關(guān)管Q關(guān)斷，二極管D導(dǎo)通時(shí)，電感L兩端電壓叫反向，ud和對電容C充電，電感電流 id咸小，電感電流U滿足式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 諧波抑制裝置，其特征在于，包括：半波整流橋、電感、開關(guān)管、濾波電路及控制電 路； 所述半波整流橋，用于對交流電源半波整流，輸出正弦半波電壓； 所述電感與所述開關(guān)管及所述濾波電路的并聯(lián)電路串聯(lián)后，與所述半波整流橋的輸出 端并聯(lián)，其中所述濾波電路用于向負(fù)載輸出濾波后的直流電壓； 所述控制電路，用于依據(jù)所述正弦半波電壓及所述電感上的電感電流，生成用于控制 所述開關(guān)管導(dǎo)通、關(guān)斷的控制信號，以通過所述開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷控制所述電感電流與所 述正弦半波電壓的相位匹配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述控制電路，包括：電壓外環(huán) 及電流內(nèi)環(huán)； 所述電壓外環(huán)，用于依據(jù)所述正弦半波電壓及設(shè)定的輸出電壓值，生成電感指令電 流； 所述電流內(nèi)環(huán)，用于將所述電感上的所述電感電流與所述電感指令電流進(jìn)行滯環(huán)比 較，并根據(jù)比較的結(jié)果，生成所述控制信號，以通過控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷使所述電 感電流與所述電感指令電流相位匹配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述電壓外環(huán)，包括： 幅值生成模塊，用于依據(jù)所述濾波電路實(shí)際輸出的直流電壓及設(shè)定的輸出電壓值，生 成電感指令電流幅值； 相位生成模塊，用于依據(jù)所述正弦半波電壓生成電感指令電流相位； 電感指令電流生成模塊，用于依據(jù)所述電感指令電流幅值及所述電感指令電流相位生 成所述電感指令電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述幅值生成模塊，包括： 第一減法器，用于將設(shè)定的所述輸出電壓值與所述濾波電路實(shí)際輸出的直流電壓作 差，得到電壓差值； 比例-積分-微分PID控制器，用于對所述電壓差值進(jìn)行比例-積分-微分處理，得到 所述電感指令電流幅值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述相位生成模塊，包括除法 器； 所述除法器，用于將所述正弦半波電壓除以其幅值，得到所述電感指令電流相位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述電感指令電流生成模塊，包 括：乘法器，用于將所述電感指令電流幅值與所述電感指令電流相位相乘，得到所述電感指 令電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述電流內(nèi)環(huán)，包括： 第二減法器，用于將所述電感指令電流與電感上實(shí)際的所述電感電流作差，得到電流 差值； 滯環(huán)比較器，用于判斷所述電流差值是否大于設(shè)定的差值上限，如果是，則生成用于控 制所述開關(guān)管導(dǎo)通的控制信號；還用于判斷所述電流差值是否小于設(shè)定的差值下限，如果 是，則生成用于控制所述開關(guān)管關(guān)斷的控制信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述半波整流橋，包括：第一脈 寬調(diào)制PWM整流管、第二PWM整流管、第三PWM整流管及第四PWM整流管； 所述第一 PWM整流管與第二PWM整流管串聯(lián)，得到第一串聯(lián)電路； 所述第三PWM整流管與所述第四PWM整流管串聯(lián)，得到第二串聯(lián)電路； 所述第一串聯(lián)電路與所述第二串聯(lián)電路并聯(lián)，輸出所述正弦半波電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波抑制裝置，其特征在于，所述濾波電路包括：二極管及電 容； 所述二極管的陰極與所述電容的一端連接，所述二極管的陽極、所述電容的另一端與 所述開關(guān)管并聯(lián)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波抑制裝置，其特征在于，該裝置還包括：驅(qū)動(dòng)電路； 所述驅(qū)動(dòng)電路用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，并分別與所述半波整流橋及所述控制電路連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及諧波抑制裝置。該諧波抑制裝置，包括：半波整流橋、電感、開關(guān)管、濾波電路及控制電路；半波整流橋，用于對交流電源半波整流，輸出正弦半波電壓；電感與開關(guān)管及濾波電路的并聯(lián)電路串聯(lián)后，與半波整流橋的輸出端并聯(lián)，其中濾波電路用于向負(fù)載輸出濾波后的直流電壓；控制電路，用于依據(jù)正弦半波電壓及電感上的電感電流，生成用于控制開關(guān)管導(dǎo)通、關(guān)斷的控制信號，以通過開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷控制電感電流與正弦半波電壓的相位匹配。發(fā)明實(shí)施例提供的諧波抑制裝置，通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷控制電感上的電感電流與正弦半波電壓的相位匹配，達(dá)到抑制電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波的目的。
【IPC分類】H02M1-14
【公開號】CN104578730
【申請?zhí)枴緾N201510038047
【發(fā)明人】李加升
【申請人】湖南城市學(xué)院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月26日