CN100466431C - 有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应的补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应的补偿方法，包括以下步骤：检测补偿对象中的谐波电流，采用改进规则采样法进行PWM调制，得到PWM控制信号的脉宽数据；检测逆变器输出谐波电流，根据输出谐波电流的方向对逆变器对应的功率开关管导通时间提前一个死区时间进行相应的补偿。经本有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应补偿后，可以在输出端得到和理想信号相同的输出脉冲信号有效地减少了输出谐波电流中主要存在的谐波成分，使得输出谐波电流幅值和相位更接近理想状况。

Description

有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应的补偿方法
技术领域
本发明专利涉及一种有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应的补偿方法。
背景技术
随着现代工业发展，电力负荷越来越复杂，形成了电力系统谐波的容量大、时变的特点。传统的LC无源滤波器越来越不能满足现代工业应用和电力系统的要求，随着有源电力滤波器(APF)的出现，为电网谐波治理提供了一种重要的方式。有源电力滤波器通过向电网注入一定补偿电流来抵消负载所产生的谐波电流，其应用克服了LC滤波器等传统的谐波抑制方法的一些缺点，它既可补偿非线性负荷产生的高次谐波，又能自动适应电网阻抗和频率的快速变化，并且具有高可控性和快速响应性。
理想情况下，逆变器的单桥臂的IGBT总是互补地导通和关断。但是IGBT都存在着一定的导通和关断时间，尤其是关断时间比导通时间长，如果在IGBT关断的过程中，同一桥臂上的另一个IGBT立即导通的话，则必然使直流母线电压直通，损坏IGBT。因此，在实际应用中，使同一桥臂的上下IGBT的导通和关断错开一定的时间，即死区时间Td，以保证同一桥臂的上下IGBT总是先关后通。注入死区时间的方式有多种，如对称方式、混合方式、延迟导通或提前关断等方式。一般情况下，延时导通注入死区方式使用较为广泛，即将IGBT延时Td时间再导通。
死区时间的存在将导致输出电流波形失真，输出电压与期望电压都会产生明显的偏差，不仅对输出电压基波产生影响，而且会产生新的附加谐波，在基波频域存在6i±1(i＝1、2、…)次谐波。载波比N越高，死区时间Td越大，失真就越厉害，甚至会导致系统振荡。而且，死区时间的存在使得输出的补偿电流在幅值和相位上产生偏差，导致滤波性能下降，严重地影响了有源电力滤波器的工作性能。因此，必须对谐波域死区时间进行相应的补偿。
发明内容
为解决死区时间的存在导致输出电流波形失真的技术问题，本发明提供一种有源电力滤波器有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应的补偿方法。这种补偿方法有效地减少了输出谐波电流中主要存在的谐波成分，使得输出谐波电流幅值和相位更接近理想状况。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
采样补偿对象中的谐波电流，在相邻两个三角波负峰时刻对调制信号采样得到调制信号的两个采样点，过这两个采样点作一直线和三角波分别交于A点和B点，A点的对应时刻t1和B点的对应时刻t2为PWM控制信号的正负脉宽数据；
检测逆变器输出谐波电流i的方向，当输出谐波电流i>0时，在死区产生前，单相逆变器上桥臂IGBT开通驱动理想脉冲信号上提前增加一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量；当输出谐波电流i<0时，在死区产生前，单相逆变器下桥臂IGBT开通驱动理想脉冲输出信号变负前减少一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量。
本发明的有益效果：本发明根据谐波电流的方向在单相逆变器桥臂IGBT开通死区产生前给理想脉冲信号附加一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量，使得输出的补偿电流在幅值和相位上偏差变小，更接近理想状况，有效地减少了输出谐波电流中主要存在的谐波成分，消除了死区效应对输出产生的消极影响，提高了有源电力滤波器的滤波性能。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是逆变器PWM调制原理图。
图2是i>0谐波域死区效应的补偿原理图。
图3是i<0谐波域死区效应的补偿原理图。
具体实施方式
参见图1，图1是逆变器PWM调制原理图。采用改进规则采样法进行PWM调制，设三角波的周期为T，在相邻两个三角波负峰时刻ti和ti+T对调制信号采样而得到C点和D点，过C点和D点作一直线和三角波分别交于A点和B点，在A点的时刻t1和B点的时刻t2控制功率开关器件的通断。每个周期的采样时刻ti、三角波的周期T和幅值K都是确定的，设调制信号在C点和D点的值分别为S1和S2，则线段CD的方程为
(t-ti)/(s-s1)＝T/(s2-s1)                    (1)
三角波两腰的方程分别为
(t-ti)/(s+k)＝T/4k                          (2)
(t-ti-T)/(s+k)＝-T/4k                       (3)
分别联立方程(1)、(2)和(1)、(3)可解得A点时刻t1和B点时刻t2分别为
t1＝T(k+s1)/(4k+s1-s2)+ti                   (4)
t2＝T(3k-s1)/(4k+s2-s1)+ti                  (5)
这样，在理想输出的情况下，得到的PWM控制信号的正负脉宽数据应分别为t1和t2。
显然，在进行PWM调制时不仅需要在三角波正峰值和负峰值时刻对调制信号进行采样，同样也需要在三角波正峰值时刻对输出谐波电流i进行采样，以判断正负从而确定实际的脉宽数据。
图2是i>0时谐波域死区效应的补偿原理图。当电流i>0时，电流流经单相逆变器上桥臂IGBT或下桥臂IGBT的续流二极管，下桥臂IGBT始终不导通，因此下桥臂的脉冲信号可以忽略，只需保证经补偿后的上桥臂IGBT的脉冲宽度与理想的脉冲宽度一致即可。图2中(a)是理想输出的脉冲波形，(b)是无补偿时的实际脉冲波形，(c)是加补偿的参考脉冲波形，(d)是死区补偿后的实际输出脉冲波形。经死区效应实际脉冲输出变正的时间将滞后一个死区时间Td，为了补偿这个误差，在单相逆变器上桥臂IGBT开通死区产生前给理想脉冲信号附加一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量，这样，经死区补偿后就可以在输出端得到和理想脉冲信号相同的输出脉冲信号，即(d)等价于(a)。
图3是i<0时谐波域死区效应的补偿原理图。当电流i<0时，电流流经单相逆变器下桥臂IGBT或上桥臂IGBT的续流二极管，上桥臂IGBT始终不导通，因此上桥臂的脉冲信号可以忽略，只要保证经补偿后的下桥臂IGBT的脉冲宽度与理想的脉冲宽度一致即可。图3中(a)是理想输出的脉冲波形，(b)是无补偿时的实际脉冲波形，(c)是加补偿的参考脉冲波形，(d)是死区补偿后的实际输出脉冲波形。由死区效应实际脉冲输出变负的时间将滞后一个死区时间Td，为了补偿这个误差，在单相逆变器下桥臂IGBT开通死区产生前给理想脉冲信号附加一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量，这样，经死区补偿后就可以在输出端得到和理想脉冲信号相同的输出脉冲信号，即(d)等价于(a)。

Claims (1)

1、一种有源电力滤波器逆变器谐波域死区效应的补偿方法，包括以下步骤：
采样补偿对象中的谐波电流，在相邻两个三角波负峰时刻对调制信号采样得到调制信号的两个采样点，过这两个采样点作一直线和三角波分别交于A点和B点，A点的对应时刻t1和B点的对应时刻t2为PWM控制信号的正负脉宽数据；
检测逆变器输出谐波电流i的方向，当输出谐波电流i>0时，在死区产生前，单相逆变器上桥臂IGBT开通驱动理想脉冲信号上提前增加一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量；当输出谐波电流i<0时，在死区产生前，单相逆变器下桥臂IGBT开通驱动理想脉冲输出信号变负前减少一个和误差脉冲宽度相等的补偿脉冲量。
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