專利名稱：一種有源電力濾波器的電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種有源電力濾波器的電流控制方法，具體是一種采用滯環(huán)比較器進行有源電力濾波器的電流控制方法。
背景技術(shù)：
補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運算電路得出的補償電流指令信號產(chǎn)生補償電流。電流跟蹤控制電路是補償電流發(fā)生電路的第一個 環(huán)節(jié)，其作用是根據(jù)補償電流的指令信號和實際補償電流之間的相互關(guān)系，得出控制補償電流發(fā)生電路中各個器件通斷的PWM信號，控制的結(jié)果應(yīng)該保證補償電流跟蹤其指令信號的變化?；旌闲陀性措娏V波器主要特點之一是快速動態(tài)補償電網(wǎng)諧波電流和無功電流，這就需要一種簡單易行、高效準確的電流控制方法。目前應(yīng)用于有源電力濾波器的電流跟蹤控制電路一般采用兩種方法三角波脈寬調(diào)制電流控制方法和滯環(huán)比較電流控制方法。前者開關(guān)頻率固定，但響應(yīng)較慢，精度較低；而后者實現(xiàn)較簡單，精度較高且響應(yīng)快，但開關(guān)頻率可能波動很大。另外，不同文獻也提出了其他各種控制方法，代價函數(shù)最小PWM法和空間矢量PWM法、單周控制、無差拍控制、變結(jié)構(gòu)控制等。以下對常見的控制方法進行簡述
I、三角波脈寬調(diào)制電流控制方法
三角波與正弦波調(diào)制(SPWM)的控制方法在逆變器的控制中得到了廣泛應(yīng)用，而作為有源濾波器主電路的四象限變流器，其結(jié)構(gòu)與逆變器相同，因此這種三角波脈寬調(diào)制的控制方法在有源電力濾波器中得到了應(yīng)用。在電壓型逆變器的應(yīng)用中，逆變器作為一個可控的電壓源，它的控制指令一般是正弦的基波電壓，或者按諧波消除規(guī)則生成的基波與諧波電壓的組合。而有源電力濾波器的基本工作原理是作為一個可控的電流源向電網(wǎng)提供負載所需的諧波電流，所以有源電力濾波器的指令電流i。*必須先轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指令電壓u。，作為SPWM的調(diào)制波。設(shè)i。/為有源電力濾波器x(x=a,b或c)相的輸出指令電流,icx為 其(x=a, b或c)相的實際輸出電流，在傳統(tǒng)的有源濾波器SPWM電流控制方法中，取Uex (x=a，b或c)正比于
(ic； - icx)作為變流器的輸出指令電壓，即L(4-1)以保證APF輸出電流跟
蹤指令電流的變化。2、滯環(huán)電流控制的瞬時值比較方式和三角波比較方式
滯環(huán)電流控制集電流控制與PWM于一體，實際電流與指令電流的上、下限相比較，交點作為開關(guān)點。指令電流的上、下限形成一個滯環(huán)。該方法將指令電流值與實際補償電流的差值輸入到具有滯環(huán)特性的比較器中，然后用比較器的輸出來控制逆變器的開關(guān)器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要任務(wù)在于提供一種有源電力濾波器的電流控制方法，具體是一種動態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性好、滯環(huán)電流控制輸出頻譜范圍寬的有源電力濾波器的電流控制方法。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種有源電力濾波器的電流控制方法，把補償電流的指令信號ic*與實際的補償電流信號ic進行比較，兩者的偏差Λ ic作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開通斷的PWM信號，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路來控制開關(guān)的通斷，從而控制補償電流ic的變化；其特征在于將滯環(huán)比較器的寬度H設(shè)計成可跟隨ic的大小而自動調(diào)節(jié)用一個由時鐘定時控制的比較器代替滯環(huán)比較器，每個時鐘周期對Λ ic判斷一次，使得PWM信號至少需要一個時鐘周期才會變化一次。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用本滯環(huán)電流控制是基于電流暫態(tài)的控制，具有動態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性好的優(yōu)點；滯環(huán)電流控制本質(zhì)是一種隱含載波的變頻SPWM調(diào)制方式，在三相高功率因數(shù)整流器中，滯環(huán)控制的隱含載波波頻率隨電網(wǎng)電壓做周期性變化，變化頻率為工頻的2倍；滯環(huán)電流控制輸出頻譜范圍寬，濾波較好，諧波能量均勻分布在較寬的頻帶 范圍內(nèi)。根據(jù)上述原理及分析，將這種控制方式的特點總結(jié)如下
(1)硬件電路十分簡單；
(2)屬于實時控制方式，電流響應(yīng)很快；
(3)不需要載波，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量；
(4)屬于閉環(huán)控制方式，這是跟蹤型PWM控制方式的共同特點；
(5)滯環(huán)的寬度不固定，電流跟隨誤差范圍小，且影響開關(guān)頻率小。


圖I為采用滯環(huán)比較器的瞬時值比較方式原理 圖2為實施例2電流方向意 圖3為滯環(huán)比較器工作原理 圖4為定時控制的瞬時值比較方式原理圖。
具體實施例方式實施例I
圖I為以一相的控制為例，采用滯環(huán)比較器I的瞬時值比較方式的原理圖，在該方式中，把補償電流的指令信號ic*與實際的補償電流信號ic進行比較，兩者的偏差Λ ic作為滯環(huán)比較器I的輸入，通過滯環(huán)比較器I產(chǎn)生控制主電路中開通斷的PWM信號，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路2來控制開關(guān)的通斷，從而控制補償電流ic的變化。實施例2
下面以a相為例進一步討論，設(shè)ic的方向如圖2所示；當Vl器件(IGBT或二極管)導(dǎo)通時，ic將減??；而當V4器件導(dǎo)通時，ic將增大。用H來表示滯環(huán)比較器I的帶寬，滯環(huán)
比較器I工作原理如圖3所示，當恤時，滯環(huán)比較器I的輸出保持不變；而當
時，滯環(huán)比較器I的輸出將翻轉(zhuǎn)，假設(shè)后面的驅(qū)動電路2和主電路無延時，則補償電流ic的變化方向隨之改變，這樣Λ ic就在一 H與H之間變化，即ic就在ic*-H和ic*+H之間的范圍內(nèi)，呈鋸齒波狀地跟隨ic變化。
從上述控制方式中，滯環(huán)比較器I的寬度H對補償電流的跟隨性能有較大的影響。當H較大時，開關(guān)通斷的頻率即電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率較低，故對電力半導(dǎo)體器件的要求不高，但是跟隨誤差較大，補償電流中高次諧波較大。反之，當H較小時，雖然跟隨誤差較小，但是開關(guān)頻率較高。根據(jù)上述原理及分析，將這種控制方式的特點總結(jié)如下
(1)硬件電路十分簡單；
(2)屬于實時控制方式，電流響應(yīng)很快；
(3)不需要載波，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量；
(4)屬于閉環(huán)控制方式，這是跟蹤型PWM控制方式的共同特點；
(5)若滯環(huán)的寬度固定，則電流跟隨誤差范圍是固定的，但是電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率是變化的。在采用滯環(huán)比較器I的瞬時值比較方式中，滯環(huán)的寬度通常是固定的，因此導(dǎo)致主電路中電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率是變化的。尤其是ic變化的范圍較大時，一方面，在ic值小的時候，固定的環(huán)寬可能使補償電流的相對跟隨誤差過大；另一方面，在ic值大的時候，固定的環(huán)寬又可能使器件的開關(guān)頻率過高，甚至可能超出器件允許的最高工作頻率而導(dǎo)致器件損壞。針對采用滯環(huán)比較器I的瞬時值比較方式在環(huán)寬固定時的這一缺點，本實施例解決的方法是將滯環(huán)比較器I的寬度H設(shè)計成可跟隨ic的大小而自動調(diào)節(jié)的。該方式中，增加一個由時鐘定時控制的比較器3，如圖4所示。每個時鐘周期對Δ ic判斷一次，使得PWM信號至少需要一個時鐘周期才會變化一次，這樣時鐘信號的頻率就限定了器件的最高工作頻率，從而可以避免器件開關(guān)頻率過高的情況發(fā)生。總結(jié)，采用本滯環(huán)電流控制是基于電流暫態(tài)的控制，具有動態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性好的優(yōu)點；滯環(huán)電流控制本質(zhì)是一種隱含載波的變頻SPWM調(diào)制方式，在三相高功率因數(shù)整流器中，滯環(huán)控制的隱含載波波頻率隨電網(wǎng)電壓做周期性變化，變化頻率為工頻的2倍；滯環(huán)電流控制輸出頻譜范圍寬，濾波較好，諧波能量均勻分布在較寬的頻帶范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有源電力濾波器的電流控制方法，把補償電流的指令信號ic*與實際的補償電流信號ic進行比較，兩者的偏差A(yù)ic作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開通斷的PWM信號，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路來控制開關(guān)的通斷，從而控制補償電流ic的變化；其特征在 于將滯環(huán)比較器的寬度H設(shè)計成可跟隨ic的大小而自動調(diào)節(jié)用一個由時鐘定時控制的比較器代替滯環(huán)比較器，每個時鐘周期對A ic判斷一次，使得PWM信號至少需要一個時鐘周期才會變化一次。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有源電力濾波器的電流控制方法，把補償電流的指令信號ic*與實際的補償電流信號ic進行比較，兩者的偏差△ic作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開通斷的PWM信號，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路來控制開關(guān)的通斷，從而控制補償電流ic的變化；其特征在于將滯環(huán)比較器的寬度H設(shè)計成可跟隨ic的大小而自動調(diào)節(jié)用一個由時鐘定時控制的比較器代替滯環(huán)比較器，每個時鐘周期對△ic判斷一次，使得PWM信號至少需要一個時鐘周期才會變化一次。采用本滯環(huán)電流控制是基于電流暫態(tài)的控制，具有動態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性好的優(yōu)點；滯環(huán)電流控制本質(zhì)是一種隱含載波的變頻SPWM調(diào)制方式，在三相高功率因數(shù)整流器中，滯環(huán)控制的隱含載波波頻率隨電網(wǎng)電壓做周期性變化，變化頻率為工頻的2倍；滯環(huán)電流控制輸出頻譜范圍寬，濾波較好，諧波能量均勻分布在較寬的頻帶范圍內(nèi)。
文檔編號H02J3/01GK102684192SQ20111006304
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者殷曉華 申請人:如皋市圖騰電力科技有限公司