CN105226658A - 一种有源电力滤波器及其峰值电流限制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源电力滤波器及其峰值电流限制方法，本发明的有源电力滤波器包括功率单元、电流互感器、霍尔传感器、控制器和峰值限制电路；控制器分别与电流互感器和霍尔传感器连接，根据非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，对需要补偿的谐波电流进行给定峰值限制后，再根据霍尔传感器的反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号；PWM驱动信号经过峰值限制电路后，传输至功率单元，使驱动功率单元产生相应的输出电流，并且峰值限制电路根据霍尔传感器的反馈电流，限制经过的PWM驱动信号的脉冲宽度。本发明即使在峰值过流时，不停机保护，也不造成器件损坏并能保证最大限度的补偿谐波电流。

Description

一种有源电力滤波器及其峰值电流限制方法

技术领域

本发明涉及有源电力滤波器技术领域，特别涉及一种有源电力滤波器及其峰值电流限制方法。

背景技术

有源滤波器主要为补偿系统谐波电流，当系统的谐波电流容量很大而有源滤波器容量不足时，补偿容量将达到有源滤波器的最大容量。目前的系统中高次谐波的比重也较大，导致最终需补偿的容量不仅有效容量较大，瞬时容量也会较大，特别是瞬时电流尖峰很容易使系统出现超过容量而自我保护。

目前多数自我保护的做法是对有源电力滤波器功率输出单元的输出电流进行峰值过流停机保护，以避免系统峰值电流过大导致功率模块损毁，这种方法能够起到保护IGBT功率模块的作用，但却因系统故障停机不能够正常补偿系统的谐波电流了，特别是在系统发生短时谐振时，系统容量瞬态很容易超过补偿标准，会对用户造成更大的损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，旨在解决在有源电力滤波器功率输出单元的输出电流进行峰值过流停机保护时，不能够正常补偿系统的谐波电流，会造成用户更大的损失的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种有源电力滤波器，其连接在电网与非线性负载的传输线路上，用于补偿电网的谐波电流，其包括功率单元、电流互感器、霍尔传感器、控制器和峰值限制电路；其中，

所述电流互感器设置在电网与非线性负载连接的线路上，用于采集所述非线性负载的电流；

所述霍尔传感器设置在所述功率单元输出的线路上，用于检测所述功率单元的输出电流，并根据所述功率单元的输出电流产生相应的反馈电流；其中所述功率单元的输出电流用于补偿电网中的谐波电流；

所述控制器分别与所述电流互感器和所述霍尔传感器连接，用于根据所述非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，对所述需要补偿的谐波电流进行给定峰值限制后，再根据所述霍尔传感器的反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据所述需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号；

所述控制器通过所述峰值限制电路，将所述PWM驱动信号传输至所述功率单元连接，用于驱动所述功率单元产生相应的输出电流，并且所述峰值限制电路根据所述霍尔传感器的反馈电流，限制经过的所述PWM驱动信号的脉冲宽度，用于防止所述功率单元因过流而损坏。

根据一种具体的实施方式，所述峰值限制电路包括正向峰值限制支路和负向峰值限制支路，所述PWM驱动信号包括正向PWM驱动信号和负向PWM驱动信号；并且，所述正向PWM驱动信号经过所述正向峰值限制支路后，驱动所述功率单元的正向IGBT功率管，所述负向PWM驱动信号经过所述负向峰值限制支路后，驱动所述功率单元的负向IGBT功率管。

根据一种具体的实施方式，所述正向峰值限制支路和所述负向峰值限制支路均由比较器、D触发器和与门构成；其中，

在所述正向峰值限制支路中，所述比较器的正相输入端接入峰值限制参考正电压+Vref，其反相输入端接入所述霍尔传感器的反馈电流，其输出端连接至所述D触发器的复位输入端；所述D触发器的时钟输入端接入所述正向PWM驱动信号，其数据输入端和置位输入端共同连接稳定电压源Vcc，其数据输出端与所述与门一个输入端连接；所述与门的另一个输入端接入所述正向PWM驱动信号，其输出端与所述正向IGBT功率管的驱动端连接；

在所述负向峰值限制支路中，所述比较器的正相输入端接入所述霍尔传感器的反馈电流，其反相输入端接入峰值限制参考负电压-Vref，其输出端连接至所述D触发器的复位输入端；所述D触发器的时钟输入端接入所述负向PWM驱动信号，其数据输入端和置位输入端共同连接稳定电压源Vcc，其数据输出端与所述与门一个输入端连接；所述与门的另一个输入端接入所述负向PWM驱动信号，其输出端与所述负向IGBT功率管的驱动端连接。

根据一种具体的实施方式，所述功率单元输出的线路上还设置有滤波单元，用于对所述功率单元的输出电流进行滤波；

所述功率单元还包括母线电容，用于减小开关频率的电流谐波进入所述电网。

根据本发明的一个方面，本发明还提供一种有源电力滤波器峰值电流限制方法，其包括：

在电网为非线性负载供电时，检测非线性负载的电流，根据所述非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，检测有源电力滤波器的输出电流，并根据所述有源电力滤波器的输出电流，产生相应的反馈电流；

对计算出的所述需要补偿的谐波电流，进行给定峰值限制后，再根据所述反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据所述需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号；

根据所述反馈电流，对所述PWM驱动信号的脉冲宽度进行限制后，根据所述PWM驱动信号，所述有源电力滤波器输出相应的电流，用于补偿所述电网中的谐波电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明为了解决系统负载稳态或动态瞬时谐波容量超过有源电力滤波器补偿容量时，进行软件以及硬件的峰值电流限制，使有源电力滤波器输出电流在正常的范围以内，达到既能够保护IGBT功率模块同时也能够尽可能补偿系统谐波，使系统正常运行，避免给用户造成损失。

附图说明

图1是本发明有源电力滤波器的结构示意图；

图2是本发明有源电力滤波器的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明控制器对谐波电流进行峰值限制后的波形图；

图4是本发明峰值限制电路的结构示意图；

图5是本发明正向峰值限制电路对PWM驱动信号限制的限制过程示意图；

图6是本发明功率单元的A相的正PWM驱动信号的波形图；

图7是本发明功率单元的A相的负PWM驱动信号的波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示的本发明有源电力滤波器的结构示意图；其中，本发明的有源电力滤波器连接在电网与非线性负载的传输线路上，用于补偿电网的谐波电流，其包括功率单元、电流互感器、霍尔传感器、控制器和峰值限制电路。

其中，电流互感器设置在电网与非线性负载连接的线路上，用于采集非线性负载的电流。

霍尔传感器设置在功率单元输出的线路上，用于检测功率单元的输出电流，并根据功率单元的输出电流产生相应的反馈电流；其中功率单元的输出电流用于补偿电网中的谐波电流。

控制器分别与电流互感器和霍尔传感器连接，用于根据非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，对需要补偿的谐波电流进行给定峰值限制后，再根据霍尔传感器的反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号。

控制器通过峰值限制电路，将PWM驱动信号传输至功率单元连接，用于驱动功率单元产生相应的输出电流，并且峰值限制电路根据霍尔传感器的反馈电流，限制经过的PWM驱动信号的脉冲宽度，用于防止功率单元因过流而损坏。

如图2所示的本发明有源电力滤波器的一种实施例的结构示意图；其中，功率单元输出的线路上还设置有滤波单元，用于对功率单元的输出电流进行滤波。功率单元还包括母线电容，用于减小开关频率的电流谐波进入电网。

如图3所示的本发明控制器对谐波电流进行峰值限制后的波形图；其中，检测出电网中的A相负载电流，并由控制器计算出A相谐波电流，针对A相谐波电流进行正向峰值和负向峰值的限制，超出限制点的部分均被设置为限制点的电流值。控制器再根据经限制处理后的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号。

如图4所示的本发明峰值限制电路的结构示意图；峰值电流限制电路包括正向峰值限制支路和负向峰值限制支路，PWM驱动信号包括正向PWM驱动信号和负向PWM驱动信号。并且，正向PWM驱动信号经过正向峰值限制支路后，驱动功率单元的正向IGBT功率管，负向PWM驱动信号经过负向峰值限制支路后，驱动功率单元的负向IGBT功率管。

具体的，正向峰值限制支路和负向峰值限制支路均由比较器、D触发器和与门构成。

其中，在正向峰值限制支路中，比较器的正相输入端接入峰值限制参考正电压+Vref，其反相输入端接入霍尔传感器的反馈电流，其输出端连接至D触发器的复位输入端。D触发器的时钟输入端接入正向PWM驱动信号，其数据输入端和置位输入端共同连接稳定电压源Vcc，其数据输出端与与门一个输入端连接；与门的另一个输入端接入正向PWM驱动信号，其输出端与正向IGBT功率管的驱动端连接。

在负向峰值限制支路中，比较器的正相输入端接入霍尔传感器的反馈电流，其反相输入端接入峰值限制参考负电压-Vref，其输出端连接至D触发器的复位输入端。D触发器的时钟输入端接入负向PWM驱动信号，其数据输入端和置位输入端共同连接稳定电压源Vcc，其数据输出端与与门一个输入端连接；与门的另一个输入端接入负向PWM驱动信号，其输出端与负向IGBT功率管的驱动端连接。

如图5所示的正向峰值限制电路对PWM驱动信号的限制过程示意图；其中，波形Ia为功率单元输出用于补偿A相的谐波电流，波形PWMAH为A相的正向PWM驱动信号，波形1为正向峰值限制电路的比较器输出波形，波形2为D触发器的数据输出端的输出波形，波形PWM_AH为用于驱动正向IGBT功率管的PWM驱动信号。

波形Ia与波形PWMAH相对应，当波形Ia超出峰值参考正电压+Vref的部分，对应在波形1中则转变为低电平，波形1再经过D触发器的作用，得到波形2中去除了波形中对应超出峰值参考正电压+Vref的部分，最后通过将波形2和波形PWMAH进行与运算，得到波形PWM_AH。

具体的，结合图6和图7分别所示的本发明功率单元的A相的正PWM驱动信号和负PWM驱动信号的波形图；本发明通过峰值限制电路的作用，当电网电压瞬态波动，根据功率单元实时输出的电流来限制PWM驱动信号，超过硬件限制点的PWM驱动信号将直接被封锁，使有源电力滤波器输出电流一直控制在正常的范围以内。

根据上述的内容，本发明可以设置三组峰值限制电路，来分别对交流电ABC三相进行峰值电流限制，从而解决有源滤波器系统补偿调节过程中的过流问题，保护IGBT功率单元，保障系统不停机，使用户设备避免因有源电力滤波器停机带来的谐波危害与设备干扰，减少用户损失。

本发明还提出一种有源电力滤波器峰值电流限制方法，其包括：

在电网为非线性负载供电时，检测非线性负载的电流，根据非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，检测有源电力滤波器的输出电流，并根据有源电力滤波器的输出电流，产生相应的反馈电流。

对计算出的需要补偿的谐波电流，进行给定峰值限制后，再根据反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号。

根据反馈电流，对PWM驱动信号的脉冲宽度进行限制后，根据PWM驱动信号，有源电力滤波器输出相应的电流，用于补偿电网中的谐波电流。

本发明的有源电力滤波器峰值电流限制方法是与本发明的有源电力滤波器基于同一发明构思提出的，因此参照上述对有源电力滤波器的描述，能够清楚地理解本发明的有源电力滤波器峰值电流限制方法，此处不再赘述。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (5)

1.一种有源电力滤波器，连接在电网与非线性负载的传输线路上，用于补偿电网中的谐波电流，其特征在于，包括功率单元、电流互感器、霍尔传感器、控制器和峰值限制电路；其中，

所述电流互感器设置在电网与非线性负载连接的线路上，用于采集所述非线性负载的电流；

所述霍尔传感器设置在所述功率单元输出的线路上，用于检测所述功率单元的输出电流，并根据所述功率单元的输出电流产生相应的反馈电流；其中所述功率单元的输出电流用于补偿电网中的谐波电流；

所述控制器分别与所述电流互感器和所述霍尔传感器连接，用于根据所述非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，对所述需要补偿的谐波电流进行给定峰值限制后，再根据所述霍尔传感器的反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据所述需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号；

所述控制器通过所述峰值限制电路，将所述PWM驱动信号传输至所述功率单元连接，用于驱动所述功率单元产生相应的输出电流，并且所述峰值限制电路根据所述霍尔传感器的反馈电流，限制经过的所述PWM驱动信号的脉冲宽度，用于防止所述功率单元因过流而损坏。

2.如权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述峰值限制电路包括正向峰值限制支路和负向峰值限制支路，所述PWM驱动信号包括正向PWM驱动信号和负向PWM驱动信号；并且，所述正向PWM驱动信号经过所述正向峰值限制支路后，驱动所述功率单元的正向IGBT功率管，所述负向PWM驱动信号经过所述负向峰值限制支路后，驱动所述功率单元的负向IGBT功率管。

3.如权利要求2所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述正向峰值限制支路和所述负向峰值限制支路均由比较器、D触发器和与门构成；其中，

在所述正向峰值限制支路中，所述比较器的正相输入端接入峰值限制参考正电压+Vref，其反相输入端接入所述霍尔传感器的反馈电流，其输出端连接至所述D触发器的复位输入端；所述D触发器的时钟输入端接入所述正向PWM驱动信号，其数据输入端和置位输入端共同连接稳定电压源Vcc，其数据输出端与所述与门一个输入端连接；所述与门的另一个输入端接入所述正向PWM驱动信号，其输出端与所述正向IGBT功率管的驱动端连接；

在所述负向峰值限制支路中，所述比较器的正相输入端接入所述霍尔传感器的反馈电流，其反相输入端接入峰值限制参考负电压-Vref，其输出端连接至所述D触发器的复位输入端；所述D触发器的时钟输入端接入所述负向PWM驱动信号，其数据输入端和置位输入端共同连接稳定电压源Vcc，其数据输出端与所述与门一个输入端连接；所述与门的另一个输入端接入所述负向PWM驱动信号，其输出端与所述负向IGBT功率管的驱动端连接。

4.如权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于，所述功率单元输出的线路上还设置有滤波单元，用于对所述功率单元的输出电流进行滤波；

所述功率单元还包括母线电容，用于减小开关频率的电流谐波进入所述电网。

5.一种有源电力滤波器峰值电流限制方法，其特征在于，包括：

在电网为非线性负载供电时，检测非线性负载的电流，根据所述非线性负载的电流，计算出需要补偿的谐波电流，检测有源电力滤波器的输出电流，并根据所述有源电力滤波器的输出电流，产生相应的反馈电流；

对计算出的所述需要补偿的谐波电流，进行给定峰值限制后，再根据所述反馈电流，对其进行闭环调节，最后根据所述需要补偿的谐波电流，产生相应的PWM驱动信号；

根据所述反馈电流，对所述PWM驱动信号的脉冲宽度进行限制后，根据所述PWM驱动信号，所述有源电力滤波器输出相应的电流，用于补偿所述电网中的谐波电流。