一種有源電力濾波器及其峰值電流限制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有源電力濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有源電力濾波器及其峰值電流限制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有源濾波器主要為補(bǔ)償系統(tǒng)諧波電流，當(dāng)系統(tǒng)的諧波電流容量很大而有源濾波器容量不足時(shí)，補(bǔ)償容量將達(dá)到有源濾波器的最大容量。目前的系統(tǒng)中高次諧波的比重也較大，導(dǎo)致最終需補(bǔ)償?shù)娜萘坎粌H有效容量較大，瞬時(shí)容量也會(huì)較大，特別是瞬時(shí)電流尖峰很容易使系統(tǒng)出現(xiàn)超過容量而自我保護(hù)。
[0003]目前多數(shù)自我保護(hù)的做法是對有源電力濾波器功率輸出單元的輸出電流進(jìn)行峰值過流停機(jī)保護(hù)，以避免系統(tǒng)峰值電流過大導(dǎo)致功率模塊損毀，這種方法能夠起到保護(hù)IGBT功率模塊的作用，但卻因系統(tǒng)故障停機(jī)不能夠正常補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波電流了，特別是在系統(tǒng)發(fā)生短時(shí)諧振時(shí)，系統(tǒng)容量瞬態(tài)很容易超過補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)對用戶造成更大的損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，旨在解決在有源電力濾波器功率輸出單元的輸出電流進(jìn)行峰值過流停機(jī)保護(hù)時(shí)，不能夠正常補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波電流，會(huì)造成用戶更大的損失的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種有源電力濾波器，其連接在電網(wǎng)與非線性負(fù)載的傳輸線路上，用于補(bǔ)償電網(wǎng)的諧波電流，其包括功率單元、電流互感器、霍爾傳感器、控制器和峰值限制電路；其中，
[0006]所述電流互感器設(shè)置在電網(wǎng)與非線性負(fù)載連接的線路上，用于采集所述非線性負(fù)載的電流；
[0007]所述霍爾傳感器設(shè)置在所述功率單元輸出的線路上，用于檢測所述功率單元的輸出電流，并根據(jù)所述功率單元的輸出電流產(chǎn)生相應(yīng)的反饋電流；其中所述功率單元的輸出電流用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波電流；
[0008]所述控制器分別與所述電流互感器和所述霍爾傳感器連接，用于根據(jù)所述非線性負(fù)載的電流，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，對所述需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流進(jìn)行給定峰值限制后，再根據(jù)所述霍爾傳感器的反饋電流，對其進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，最后根據(jù)所述需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0009]所述控制器通過所述峰值限制電路，將所述PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸至所述功率單元連接，用于驅(qū)動(dòng)所述功率單元產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電流，并且所述峰值限制電路根據(jù)所述霍爾傳感器的反饋電流，限制經(jīng)過的所述PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，用于防止所述功率單元因過流而損壞。
[0010]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，所述峰值限制電路包括正向峰值限制支路和負(fù)向峰值限制支路，所述PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括正向PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和負(fù)向PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；并且，所述正向PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過所述正向峰值限制支路后，驅(qū)動(dòng)所述功率單元的正向IGBT功率管，所述負(fù)向PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過所述負(fù)向峰值限制支路后，驅(qū)動(dòng)所述功率單元的負(fù)向IGBT功率管。
[0011]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，所述正向峰值限制支路和所述負(fù)向峰值限制支路均由比較器、D觸發(fā)器和與門構(gòu)成；其中，
[0012]在所述正向峰值限制支路中，所述比較器的正相輸入端接入峰值限制參考正電壓+Vref,其反相輸入端接入所述霍爾傳感器的反饋電流，其輸出端連接至所述D觸發(fā)器的復(fù)位輸入端；所述D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端接入所述正向PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其數(shù)據(jù)輸入端和置位輸入端共同連接穩(wěn)定電壓源Vcc，其數(shù)據(jù)輸出端與所述與門一個(gè)輸入端連接；所述與門的另一個(gè)輸入端接入所述正向PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸出端與所述正向IGBT功率管的驅(qū)動(dòng)端連接；
[0013]在所述負(fù)向峰值限制支路中，所述比較器的正相輸入端接入所述霍爾傳感器的反饋電流，其反相輸入端接入峰值限制參考負(fù)電壓-Vref，其輸出端連接至所述D觸發(fā)器的復(fù)位輸入端；所述D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端接入所述負(fù)向PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其數(shù)據(jù)輸入端和置位輸入端共同連接穩(wěn)定電壓源Vcc，其數(shù)據(jù)輸出端與所述與門一個(gè)輸入端連接；所述與門的另一個(gè)輸入端接入所述負(fù)向PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其輸出端與所述負(fù)向IGBT功率管的驅(qū)動(dòng)端連接。
[0014]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，所述功率單元輸出的線路上還設(shè)置有濾波單元，用于對所述功率單元的輸出電流進(jìn)行濾波；
[0015]所述功率單元還包括母線電容，用于減小開關(guān)頻率的電流諧波進(jìn)入所述電網(wǎng)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明還提供一種有源電力濾波器峰值電流限制方法，其包括:
[0017]在電網(wǎng)為非線性負(fù)載供電時(shí)，檢測非線性負(fù)載的電流，根據(jù)所述非線性負(fù)載的電流，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，檢測有源電力濾波器的輸出電流，并根據(jù)所述有源電力濾波器的輸出電流，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋電流；
[0018]對計(jì)算出的所述需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，進(jìn)行給定峰值限制后，再根據(jù)所述反饋電流，對其進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，最后根據(jù)所述需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0019]根據(jù)所述反饋電流，對所述PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度進(jìn)行限制后，根據(jù)所述PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述有源電力濾波器輸出相應(yīng)的電流，用于補(bǔ)償所述電網(wǎng)中的諧波電流。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0021]本發(fā)明為了解決系統(tǒng)負(fù)載穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)瞬時(shí)諧波容量超過有源電力濾波器補(bǔ)償容量時(shí)，進(jìn)行軟件以及硬件的峰值電流限制，使有源電力濾波器輸出電流在正常的范圍以內(nèi)，達(dá)到既能夠保護(hù)IGBT功率模塊同時(shí)也能夠盡可能補(bǔ)償系統(tǒng)諧波，使系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免給用戶造成損失。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明有源電力濾波器的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明控制器對諧波電流進(jìn)行峰值限制后的波形圖；
[0025]圖4是本發(fā)明峰值限制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明正向峰值限制電路對PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)限制的限制過程示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明功率單元的A相的正PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形圖；
[0028]圖7是本發(fā)明功率單元的A相的負(fù)PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0030]如圖1所示的本發(fā)明有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，本發(fā)明的有源電力濾波器連接在電網(wǎng)與非線性負(fù)載的傳輸線路上，用于補(bǔ)償電網(wǎng)的諧波電流，其包括功率單元、電流互感器、霍爾傳感器、控制器和峰值限制電路。
[0031]其中，電流互感器設(shè)置在電網(wǎng)與非線性負(fù)載連接的線路上，用于采集非線性負(fù)載的電流。
[0032]霍爾傳感器設(shè)置在功率單元輸出的線路上，用于檢測功率單元的輸出電流，并根據(jù)功率單元的輸出電流產(chǎn)生相應(yīng)的反饋電流；其中功率單元的輸出電流用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波電流。
[0033]控制器分別與電流互感器和霍爾傳感器連接，用于根據(jù)非線性負(fù)載的電流，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，對需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流進(jìn)行給定峰值限制后，再根據(jù)霍爾傳感器的反饋電流，對其進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，最后根據(jù)需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0034]控制器通過峰值限制電路，將PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸至功率單元連接，用于驅(qū)動(dòng)功率單元產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電流，并且峰值限制電路根據(jù)霍爾傳感器的反饋電流，限制經(jīng)過的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，用于防止功率單元因過流而損壞。
[0035]如圖2所示的本發(fā)明有源電力濾波器的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，功率單元輸出的線路上還設(shè)置有濾波單元，用于對功率單元的輸出電流進(jìn)行濾波。功率單元還包括母線電容，用于減小開關(guān)頻率的電流諧波進(jìn)入電網(wǎng)。
[0036]如圖3所示的本發(fā)明控制器對諧波電流進(jìn)行峰值限制后的波形圖；其中，檢測出電網(wǎng)中的A相負(fù)載電流，并由控制器計(jì)算出A相諧波電流，針對A相諧波電流進(jìn)行正向峰值和負(fù)向峰值的限制，超出限制點(diǎn)的部分均被設(shè)置為限制點(diǎn)的電流值?？刂破髟俑鶕?jù)經(jīng)限制處理后的諧波電流，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0037]如圖4所示的本發(fā)明峰值限制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；峰值電流限制電路包括正向峰值限制支路和負(fù)向峰值限制支路，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括正向PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)和負(fù)向PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。并且，正向PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過正向峰值限制支路后，驅(qū)動(dòng)功率單元的正向IGBT功率管，負(fù)向Pf