CN108832633B - 一种apf开关频率的设置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种APF开关频率的设置方法，其特征在于：通过测量APF接入节点处电网等效电抗Lg，精确计算出满足滤波电路滤波要求所对应的最低开关频率f1，并且测量出器件工作在不同功率情况下器件总损耗最低时所对应的开关频率f2，并把f1、f2中较大值作为开关管的开关频率f，最终f是满足滤波要求前提下使器件总损耗最低的开关频率；本发明考虑了电网电抗对滤波电路滤波效果的影响以及不同功率下器件的总损耗与开关频率的关系，兼顾滤波效果和工作效率，在满足滤波要求的前提下降低了器件总损耗。

Description

一种APF开关频率的设置方法
技术领域
本发明涉及有源电力滤波器领域，尤其涉及一种APF开关频率的设置方法。
背景技术
开关管如IGBT作为APF中的核心能量转换器件之一，其工作中的损耗往往对整机的效率、性能、可靠性和成本起着决定性的作用。实际应用中，开关管损耗主要由PN结温度、母线电压及流过开关管的电流和开关频率等因素决定。目前APF领域多采用固定频率调节脉宽的控制方法。所述方法通常在满足结温要求的前提下选取一个固定的开关频率，然后根据所选定的开关频率和滤波要求设计LCL滤波电路，这种做法兼顾了结温要求和滤波效果；但是上述方法没有考虑到器件的损耗以及电网侧电感Lg对滤波的影响。根据LCL滤波电路伯德图可知，当Lg较大时，根据滤波要求设置的开关频率阈值过剩，开关频率过高造成不必要的器件损耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种APF开关频率的设置方法，能够解决一般器件的损耗和电网侧电感对滤波的影响中开关频率阈值过剩，开关频率过高造成不必要的器件损耗的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种APF开关频率的设置方法，其创新点在于：具体方法如下：
S1：利用一种基于逆变器的电网阻抗在线检测方法计算APF接入节点处电网等效电抗Lg；
S2：根据计算得到的电网等效阻抗Lg以及APF侧的LCL滤波电路，计算得到在满足滤波要求前提下的最低开关频率f1；
S3：测量不同功率下器件总损耗最小时对应的开关频率，得到器件效率最优开关频率趋近线；
S4：根据器件效率最优开关频率趋近线和此时APF的输出功率得到器件总损耗最低时对应的开关管的开关频率f2；
S5：将f1和f2中的较大值设置为开关管的开关频率f。
进一步的，所述S4中总损耗包括所述器件中开关管的损耗和所述器件中磁性器件的损耗。
本发明的优点在于：
1）本发明中通过测量APF接入节点处电网等效电抗Lg，精确计算出满足滤波电路滤波要求所对应的最低开关频率f1，并且测量出器件工作在不同功率情况下器件总损耗最低时所对应的开关频率f2，并把f1、f2中较大值作为开关管的开关频率f，最终f是满足滤波要求前提下使器件总损耗最低的开关频率；本发明考虑了电网电抗对滤波电路滤波效果的影响以及不同功率下器件的总损耗与开关频率的关系，兼顾滤波效果和工作效率，在满足滤波要求的前提下降低了器件总损耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种APF开关频率的设置方法的流程图。
图2为本发明的一种APF开关频率的设置方法的电路连接图。
图3为本发明的一种APF开关频率的设置方法的不同功率下器件总损耗最低时所对应的开关频率曲线图。
图4为本发明的一种APF开关频率的设置方法的效率最优功率曲线变为效率最优功率趋近线图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1至图4所示的一种APF开关频率的设置方法，具体方法如下：
S1：利用一种基于逆变器的电网阻抗在线检测方法计算APF接入节点处电网等效电抗Lg；
S2：根据计算得到的电网等效阻抗Lg以及APF侧的LCL滤波电路，计算得到在满足滤波要求前提下的最低开关频率f1；
S3：测量不同功率下器件总损耗最小时对应的开关频率，得到器件效率最优开关频率趋近线；
S4：根据器件效率最优开关频率趋近线和此时APF的输出功率得到器件总损耗最低时对应的开关管的开关频率f2；
S5：将f1和f2中的较大值设置为开关管的开关频率f。
S4中总损耗包括所述器件中开关管的损耗和所述器件中磁性器件的损耗。
有源电力滤波器（APF）是一种动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，能够对不同频率的谐波进行快速跟踪补偿。APF通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离、控制并主动输出大小和频率相同、反相的电流抵消负载中相应的电流，实现动态跟踪补偿，而且可以既补偿谐波又补偿无功和不平衡。
APF设备中包含至少一个开关管，此外，还包含电感等磁性器件，APF中所使用的开关管一般具有相同的规格并且采用相同的开关频率；为保证一个器件中所使用的开关管规格相同，通常采购同一厂家、同一批次、同一型号的开关管。
APF的输出经过LCL滤波流进电网，电网侧电感Lg与LCL电路串联形成LC(L+Lg)电路如图2所示；因此，计算满足滤波要求的最低开关频率f1时，必须考虑电网侧电抗Lg的影响。测量出电网侧电抗Lg，根据LC(L+Lg)滤波电路伯德图即可得出满足滤波要求的最低开关频率f1。
APF输出容量不同的情况下，其最优开关频率不同，不同功率下器件总损耗最低时所对应的开关频率曲线如图3所示。其中，总损耗包含开关管损耗和磁性器件损耗，总损耗越小，效率越高。为了防止开关频率频繁变动，将APF的开关管频率变化范围均分为N个频率区间，每个频率区间对应一个功率区间，每个频率区间选取该区间的频率中间值作为其对应功率区间的最优开关频率，因此，效率最优功率曲线变为效率最优功率趋近线，如图4所示。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种APF开关频率的设置方法，其特征在于：具体方法如下：
S1：利用一种基于逆变器的电网阻抗在线检测方法计算APF接入节点处电网等效电抗Lg；
S2：根据计算得到的电网等效阻抗Lg以及APF侧的LCL滤波电路，计算得到在满足滤波要求前提下的最低开关频率f1；
S3：测量不同功率下器件总损耗最小时对应的开关频率，得到器件效率最优时的开关频率趋近线；
S4：根据器件效率最优时的开关频率趋近线和此时APF的输出功率得到器件总损耗最低时对应的开关管的开关频率f2；
S5：将f1和f2中的较大值设置为开关管的开关频率f；
APF的输出经过LCL滤波流进电网，电网侧电感Lg与LCL电路串联形成LC(L+Lg)电路；计算满足滤波要求的最低开关频率f1时，考虑电网侧电抗Lg的影响，测量出电网侧电抗Lg，根据LC(L+Lg)滤波电路伯德图即可得出满足滤波要求的最低开关频率f1。
2.根据权利要求1所述的一种APF开关频率的设置方法，其特征在于：所述S4中总损耗包括所述器件中开关管的损耗和所述器件中磁性器件的损耗。
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