專利名稱：有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，電力負(fù)荷越來越復(fù)雜，形成了電力系統(tǒng)諧波的容量大、時(shí)變的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的LC無源濾波器越來越不能滿足現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用和電力系統(tǒng)的要求，隨著有源電力濾波器(APF)的出現(xiàn)，為電網(wǎng)諧波治理提供了一種重要的方式。有源電力濾波器通過向電網(wǎng)注入一定補(bǔ)償電流來抵消負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流，其應(yīng)用克服了LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制方法的一些缺點(diǎn)，它既可補(bǔ)償非線性負(fù)荷產(chǎn)生的高次諧波，又能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)阻抗和頻率的快速變化，并且具有高可控性和快速響應(yīng)性。
理想情況下，逆變器的單橋臂的IGBT總是互補(bǔ)地導(dǎo)通和關(guān)斷。但是IGBT都存在著一定的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，尤其是關(guān)斷時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，如果在IGBT關(guān)斷的過程中，同一橋臂上的另一個(gè)IGBT立即導(dǎo)通的話，則必然使直流母線電壓直通，損壞IGBT。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，使同一橋臂的上下IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷錯(cuò)開一定的時(shí)間，即死區(qū)時(shí)間Td，以保證同一橋臂的上下IGBT總是先關(guān)后通。注入死區(qū)時(shí)間的方式有多種，如對(duì)稱方式、混合方式、延遲導(dǎo)通或提前關(guān)斷等方式。一般情況下，延時(shí)導(dǎo)通注入死區(qū)方式使用較為廣泛，即將IGBT延時(shí)Td時(shí)間再導(dǎo)通。
死區(qū)時(shí)間的存在將導(dǎo)致輸出電流波形失真，輸出電壓與期望電壓都會(huì)產(chǎn)生明顯的偏差，不僅對(duì)輸出電壓基波產(chǎn)生影響，而且會(huì)產(chǎn)生新的附加諧波，在基波頻域存在6i±1(i＝1、2、…)次諧波。載波比N越高，死區(qū)時(shí)間Td越大，失真就越厲害，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)振蕩。而且，死區(qū)時(shí)間的存在使得輸出的補(bǔ)償電流在幅值和相位上產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致濾波性能下降，嚴(yán)重地影響了有源電力濾波器的工作性能。因此，必須對(duì)諧波域死區(qū)時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
為解決死區(qū)時(shí)間的存在導(dǎo)致輸出電流波形失真的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種有源電力濾波器有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償方法。這種補(bǔ)償方法有效地減少了輸出諧波電流中主要存在的諧波成分，使得輸出諧波電流幅值和相位更接近理想狀況。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟采樣補(bǔ)償對(duì)象中存在的諧波電流，利用三角波調(diào)制法進(jìn)行PWM調(diào)制，得到PWM控制信號(hào)的正負(fù)脈寬數(shù)據(jù)分別為t1，t2；檢測(cè)逆變器輸出諧波電流i的方向，當(dāng)輸出諧波電流i＞0時(shí)，在單相逆變器上橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量；當(dāng)輸出諧波電流i＜0時(shí)，在單相逆變器下橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明根據(jù)諧波電流的方向在單相逆變器橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量，使得輸出的補(bǔ)償電流在幅值和相位上偏差變小，更接近理想狀況，有效地減少了輸出諧波電流中主要存在的諧波成分，消除了死區(qū)效應(yīng)對(duì)輸出產(chǎn)生的消極影響，提高了有源電力濾波器的濾波性能。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是逆變器PWM調(diào)制原理圖。
圖2是i＞0諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償原理圖。
圖3是i＜0諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償原理圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖1是逆變器PWM調(diào)制原理圖。采用改進(jìn)規(guī)則采樣法進(jìn)行PWM調(diào)制，設(shè)三角波的周期為T，在相鄰兩個(gè)三角波負(fù)峰時(shí)刻ti和ti+T對(duì)調(diào)制信號(hào)采樣而得到C點(diǎn)和D點(diǎn)，過C點(diǎn)和D點(diǎn)作一直線和三角波分別交于A點(diǎn)和B點(diǎn)，在A點(diǎn)的時(shí)刻t1和B點(diǎn)的時(shí)刻t2控制功率開關(guān)器件的通斷。每個(gè)周期的采樣時(shí)刻ti、三角波的周期T和幅值K都是確定的，設(shè)調(diào)制信號(hào)在C點(diǎn)和D點(diǎn)的值分別為S1和S2，則線段CD的方程為(t-ti)/(s-s1)＝T/(s2-s1) (1)三角波兩腰的方程分別為(t-ti)/(s+k)＝T/4k (2)(t-ti-T)/(s+k)＝-T/4k (3)分別聯(lián)立方程(1)、(2)和(1)、(3)可解得A點(diǎn)時(shí)刻t1和B點(diǎn)時(shí)刻t2分別為t1＝T(k+s1)/(4k+s1-s2)+ti (4)t2＝T(3k-s1)/(4k+s2-s1)+ti (5)這樣，在理想輸出的情況下，得到的PWM控制信號(hào)的正負(fù)脈寬數(shù)據(jù)應(yīng)分別為t1和t2。
顯然，在進(jìn)行PWM調(diào)制時(shí)不僅需要在三角波正峰值和負(fù)峰值時(shí)刻對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣，同樣也需要在三角波正峰值時(shí)刻對(duì)輸出諧波電流i進(jìn)行采樣，以判斷正負(fù)從而確定實(shí)際的脈寬數(shù)據(jù)。
圖2是i＞0時(shí)諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償原理圖。當(dāng)電流i＞0時(shí)，電流流經(jīng)單相逆變器上橋臂IGBT或下橋臂IGBT的續(xù)流二極管，下橋臂IGBT始終不導(dǎo)通，因此下橋臂的脈沖信號(hào)可以忽略，只需保證經(jīng)補(bǔ)償后的上橋臂IGBT的脈沖寬度與理想的脈沖寬度一致即可。圖2中(a)是理想輸出的脈沖波形，(b)是無補(bǔ)償時(shí)的實(shí)際脈沖波形，(c)是加補(bǔ)償?shù)膮⒖济}沖波形，(d)是死區(qū)補(bǔ)償后的實(shí)際輸出脈沖波形。經(jīng)死區(qū)效應(yīng)實(shí)際脈沖輸出變正的時(shí)間將滯后一個(gè)死區(qū)時(shí)間Td，為了補(bǔ)償這個(gè)誤差，在單相逆變器上橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量，這樣，經(jīng)死區(qū)補(bǔ)償后就可以在輸出端得到和理想脈沖信號(hào)相同的輸出脈沖信號(hào)，即(d)等價(jià)于(a)。
圖3是i＜0時(shí)諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償原理圖。當(dāng)電流i＜0時(shí)，電流流經(jīng)單相逆變器下橋臂IGBT或上橋臂IGBT的續(xù)流二極管，上橋臂IGBT始終不導(dǎo)通，因此上橋臂的脈沖信號(hào)可以忽略，只要保證經(jīng)補(bǔ)償后的下橋臂IGBT的脈沖寬度與理想的脈沖寬度一致即可。圖3中(a)是理想輸出的脈沖波形，(b)是無補(bǔ)償時(shí)的實(shí)際脈沖波形，(c)是加補(bǔ)償?shù)膮⒖济}沖波形，(d)是死區(qū)補(bǔ)償后的實(shí)際輸出脈沖波形。由死區(qū)效應(yīng)實(shí)際脈沖輸出變負(fù)的時(shí)間將滯后一個(gè)死區(qū)時(shí)間Td，為了補(bǔ)償這個(gè)誤差，在單相逆變器下橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量，這樣，經(jīng)死區(qū)補(bǔ)償后就可以在輸出端得到和理想脈沖信號(hào)相同的輸出脈沖信號(hào)，即(d)等價(jià)于(a)。
權(quán)利要求
1.一種有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償方法，包括以下步驟采樣補(bǔ)償對(duì)象中的諧波電流，利用三角波調(diào)制法進(jìn)行PWM調(diào)制，得到PWM控制信號(hào)的正負(fù)脈寬數(shù)據(jù)分別為t1，t2；檢測(cè)逆變器輸出諧波電流i的方向，當(dāng)輸出諧波電流i＞0時(shí)，在單相逆變器上橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量；當(dāng)輸出諧波電流i＜0時(shí)，在單相逆變器下橋臂IGBT開通死區(qū)產(chǎn)生前給理想脈沖信號(hào)附加一個(gè)和誤差脈沖寬度相等的補(bǔ)償脈沖量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償方法，所述的三角波調(diào)制法為改進(jìn)規(guī)則采樣法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)的補(bǔ)償方法，包括以下步驟檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象中的諧波電流，采用改進(jìn)規(guī)則采樣法進(jìn)行PWM調(diào)制，得到PWM控制信號(hào)的脈寬數(shù)據(jù)；檢測(cè)逆變器輸出諧波電流，根據(jù)輸出諧波電流的方向?qū)δ孀兤鲗?duì)應(yīng)的功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間提前一個(gè)死區(qū)時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。經(jīng)本有源電力濾波器逆變器諧波域死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償后，可以在輸出端得到和理想信號(hào)相同的輸出脈沖信號(hào)有效地減少了輸出諧波電流中主要存在的諧波成分，使得輸出諧波電流幅值和相位更接近理想狀況。
文檔編號(hào)H02J3/01GK1905339SQ20061003203
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者羅安, 姚瞬, 周柯, 李欣然, 唐杰, 范瑞祥, 吳寧 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)