CN109066630B - 一种有源电力滤波器的限流装置及其限流方法 - Google Patents
一种有源电力滤波器的限流装置及其限流方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种有源电力滤波器的限流装置,包括工频周期模块、开关周期模块和硬件电路模块;所述工频周期模块用于计算参考电流有效值限流系数,实现对谐波参考电流有效值的限流控制;所述开关周期模块用于计算参考电流峰值限流系数,实现对谐波电流峰值电流的限流控制,同时计算出经两次限流后的实时参考电流;所述硬件电路模块对峰值限流系数进行修正。本发明还提供了一种有源电力滤波器的限流装置的限流方法。本发明能够在各工况下对APF进行较准确的有效值及峰值限流,同时通过硬件电路辅助检测IGBT的峰值电流,并实时调整系统工作状态,避免IGBT过流损坏或系统频繁过流保护,同时控制住了IGBT的电流应力,保障了APF在全工况下稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及有源电力滤波器技术领域,具体地,涉及一种有源电力滤波器的限流装置及其限流方法。
背景技术
有源电力滤波器(APF)作为一种基于全控型整流器的电流谐波发生装置,其控制系统的复杂度远高于基于全控型整流器的电流基波发生装置,特别是对于其限流技术,对于基波系统(如光伏逆变器、SVG等),电流峰值和有效值是固定的比例关系,而对于APF,由于各次谐波的相位、幅值比例关系随负载实时变化,其电流峰值和有效值的关系并不固定,导致其限流技术要更加复杂。
申请号为CN201410074914.2的发明专利公开了一种有源电力滤波器补偿电流的限流控制方法,专利中提及了如何对谐波电流有效值进行限流控制,但未考虑峰值电流的限制,有可能导致峰值电流过大触发过流保护或损坏IGBT(IGBT为绝缘栅双极型晶体管)。
申请号为CN201410305638.6的发明专利公开了一种有源电力滤波器的保护方法,专利中提及了两段限流策略,同时考虑了有效值及峰值限流,但是其采取截断限流策略,会增加高频的谐波分量,影响控制效果;同时,最终实际输出电流的峰值会超过参考电流的峰值,达不到理想的峰值限流效果。
APF需要同时考虑峰值限流及有效值限流,现有技术不能理想的达到限流的效果,有过流保护的可能性,会存在部分工况无法稳定运行。
同时在APF调制比有变化,或电网电压波形有畸变时,电感上的纹波电流也会有变化,导致实际加在IGBT上的峰值电流与被限制的峰值电流的关系更加复杂,部分厂家会因此导致IGBT受损,部分保护功能完善的厂家在此种工况下可能会保护停机,无法稳定运行。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种有源电力滤波器的限流装置及方法,本发明能够在各工况下对APF进行较准确的进行有效值及峰值限流,同时通过硬件电路辅助检测IGBT的峰值电流,并实时调整系统工作状态,避免IGBT过流损坏或系统频繁过流保护,同时控制住了IGBT的电流应力,保障了APF在全工况下稳定运行。
根据本发明的一个方面,提供一种有源电力滤波器的限流装置,包括工频周期模块、开关周期模块和硬件电路模块;
其中,
--所述工频周期模块是在每个工频周期,通过检测出的谐波参考电流计算出参考电流有效值,再计算得到参考电流有效值限流系数,并将此值传输给开关周期模块,实现对谐波电流有效值的限流控制;
--所述开关周期模块是软件在开关频率的执行周期根据经有效值限流后的实时参考电流计算出峰值限流系数,再计算得到最终的实时参考电流,实现对谐波电流峰值电流的限流控制;
--所述硬件电路模块用于峰值限流系数进行修正,其包括第一级过流比较电路和第二级过流比较电路,实现对IGBT的峰值电流的限流控制和对IGBT的过流保护,所述第一级过流比较电路的阈值大于软件的峰值限流值,小于第二级过流比较电路的阈值。
优选的,所述第一级过流比较电路和第二级过流比较电路均采用比较器设计得到,所述第一级过流比较电路的输出信号为OCP1;所述第二级过流比较电路的输出信号为OCP2。
优选的,所述第一级过流比较电路的阈值和第二级过流比较电路的阈值可预先设置。
为实现上述目的,本发明还提供了一种有源电力滤波器的限流装置的限流方法,包括以下步骤:
步骤一,每个工频周期,通过检测出的谐波参考电流计算得到参考电流有效值为IRefRMS;
步骤二,所述参考电流有效值与系统的额定电流比较,计算得出参考电流有效值限流系数为KRMS,进行谐波电流有效值限流,所述额定电流为IRated;
步骤三,所述参考电流有效值限流系数乘以检测出的谐波参考电流,得到实时的参考电流为IRef;
步骤四,所述参考电流与系统的峰值限流值比较,计算得出峰值限流系数为K,所述峰值限流值为IPeak;
步骤五,硬件电路模块对峰值限流系数进行修正;
步骤六,所述峰值限流系数乘以实时的参考电流,得到最终的实时的参考电流,进行谐波电流峰值电流限流,所述参考电流为IRef;
所述硬件电路模块对峰值限流系数的修正方式包括以下四种模式:
模式一,系统的实际电流大于第二级过流比较电路的阈值,触发OCP2,则将峰值限流系数降低,并将系统热重启;
模式二,系统的实际电流大于第一级过流比较电路的阈值,小于等于第二级过流比较电路的阈值,触发OCP1,不触发OCP2,则保持当前的峰值限流系数不变,系统进入饱和状态,正常运行;
模式三,系统得实际电流小于等于第一级过流比较电路的阈值,OCP1与OCP2均不触发,则缓慢恢复峰值限流系数,以便电流恢复;
模式四,系统的实际电流大于第二级过流比较电路的阈值,多次触发OCP2,则执行过流保护。
优选的,所述OCP2触发,由复杂可编程逻辑器关闭所有IGBT的驱动信号,数字信号处理器将峰值限流系数设置为当前值乘以设定值,1ms后系统热重启,如设定值为0.9,即K降低10%。
优选的,所述谐波参考电流通过DFT算法检测得到。
优选的,所述参考电流有效值限流系数的计算方式为:当参考电流有效值大于系统的额定电流,取参考电流有效值限流系数为:KRMS=IRated/IRefRMS;当参考电流有效值小于系统的额定电流,参考电流有效值限流系数为:KRMS=1。
优选的,所述峰值限流系数的计算方式为:当参考电流的绝对值大于峰值限流值,则取峰值限流系数为:K=MIN[ABS(IPeak/IRef),K];如果参考电流的绝对值小于峰值限流值,则K保持不变。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
(1)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,同时考虑了谐波电流有效值和峰值的限流控制,以及实现了对IGBT的峰值电流的限流控制和对IGBT的过流保护;
(2)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,采用实时参考电流的峰值比例限流方式,能够较精准的进行峰值限流;
(3)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,采用峰值电流系数稳态时缓慢恢复的方式,解决实时参考电流峰值限流后的电流恢复问题;
(4)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,设计了两级硬件过流比较电路,高一级的过流保护(OCP2)用于系统的过流保护,低一级的过流保护(OCP1)用于系统峰值电流的实时检测,通过两级过流检测将系统分为三个工作状态,从而控制IGBT的峰值电流;
(5)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,硬件电路辅助检测IGBT的峰值电流,并实时调整系统工作状态,避免IGBT过流损坏或系统频繁过流保护,同时控制住了IGBT的电流应力,保障APF在全工况下稳定运行;
(6)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,其装置智能控制,结构简单,设计巧妙,效果显著;
(7)本发明涉及的有源电力滤波器的限流装置及其限流方法,运行安全可靠,适合大范围推广应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明工频周期模块执行步骤的示意图;
图2为本发明开关周期模块执行步骤的示意图;
图3为本发明中硬件电路模块执行步骤的示意图;
图4为本发明谐波电流峰值限流前的示意图;
图5为本发明谐波电流峰值限流后的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种有源电力滤波器的限流装置,包括工频周期模块、开关周期模块和硬件电路模块;
其中,
--所述工频周期模块是在每个工频周期,通过检测出的谐波参考电流计算出参考电流有效值,再计算得到参考电流有效值限流系数,并将此值传输给开关周期模块,实现对谐波电流有效值的限流控制;
--所述开关周期模块是软件在开关频率的执行周期根据经有效值限流后的实时参考电流计算出峰值限流系数,再计算得到最终的实时参考电流,实现对谐波电流峰值电流的限流控制;
--所述硬件电路模块用于峰值限流系数进行修正,其包括第一级过流比较电路和第二级过流比较电路,实现对IGBT的峰值电流的限流控制和对IGBT的过流保护,所述第一级过流比较电路的阈值大于软件的峰值限流值,小于第二级过流比较电路的阈值。
进一步的,所述第一级过流比较电路和第二级过流比较电路均采用比较器设计得到,所述第一级过流比较电路的输出信号为OCP1;所述第二级过流比较电路的输出信号为OCP2。
进一步的,所述第一级过流比较电路的阈值和第二级过流比较电路的阈值可预先设置。
实施例2
本实施例涉及一种有源电力滤波器的限流装置。
本实施例提供一种有源电力滤波器的限流装置的限流方法,各模块执行步骤示意图如附图1、2和3所示,包括以下步骤:
步骤一,每个工频周期,通过检测出的谐波参考电流计算得到参考电流有效值为IRefRMS;
步骤二,所述参考电流有效值与系统的额定电流比较,计算得出参考电流有效值限流系数为KRMS,进行谐波电流有效值限流,所述额定电流为IRated;
步骤三,所述参考电流有效值限流系数乘以检测出的谐波参考电流,得到实时的参考电流为IRef;
步骤四,所述参考电流与系统的峰值限流值比较,计算得出峰值限流系数为K,所述峰值限流值为IPeak;
步骤五,硬件电路模块对峰值限流系数进行修正;
步骤六,所述峰值限流系数乘以实时的参考电流,得到最终的实时的参考电流,进行谐波电流峰值电流限流,所述参考电流为IRef;
所述硬件电路模块对峰值限流系数的修正方式包括以下四种模式:
模式一,系统的实际电流大于第二级过流比较电路的阈值,触发OCP2,则将峰值限流系数降低,并将系统热重启;
模式二,系统的实际电流大于第一级过流比较电路的阈值,小于等于第二级过流比较电路的阈值,触发OCP1,不触发OCP2,则保持当前的峰值限流系数不变,系统进入饱和状态,正常运行;
模式三,系统得实际电流小于等于第一级过流比较电路的阈值,OCP1与OCP2均不触发,则缓慢恢复峰值限流系数,以便电流恢复;
模式四,系统的实际电流大于第二级过流比较电路的阈值,多次触发OCP2,则执行过流保护。
进一步的,所述OCP2触发,由复杂可编程逻辑器关闭所有IGBT的驱动信号,数字信号处理器将峰值限流系数设置为当前值乘以设定值,1ms后系统热重启,如设定值为0.9,即K降低10%。
进一步的,所述谐波参考电流通过DFT算法检测得到。
进一步的,所述参考电流有效值限流系数的计算方式为:当参考电流有效值大于系统的额定电流,取参考电流有效值限流系数为:KRMS=IRated/IRefRMS;当参考电流有效值小于系统的额定电流,参考电流有效值限流系数为:KRMS=1。
进一步的,所述峰值限流系数的计算方式为:当参考电流的绝对值大于峰值限流值,则取峰值限流系数为:K=MIN[ABS(IPeak/IRef),K];如果参考电流的绝对值小于峰值限流值,则K保持不变。
谐波电流峰值限流前后的示意图分别如附图4和5所示,从图中可知在采用本限流装置进行限流后,谐波电流峰值得到了有效的限流控制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种有源电力滤波器的限流装置的限流方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,每个工频周期,通过检测出的谐波参考电流计算得到参考电流有效值为IRefRMS;
步骤二,所述参考电流有效值与系统的额定电流比较,计算得出参考电流有效值限流系数为KRMS,进行谐波电流有效值限流,所述额定电流为IRated;
步骤三,所述参考电流有效值限流系数乘以检测出的谐波参考电流,得到实时的参考电流为IRef;
步骤四,所述参考电流与系统的峰值限流值比较,计算得出峰值限流系数为K,所述峰值限流值为IPeak;
步骤五,硬件电路模块对峰值限流系数进行修正;
步骤六,所述峰值限流系数乘以实时的参考电流,得到最终的实时的参考电流,进行谐波电流峰值电流限流;
所述硬件电路模块对峰值限流系数的修正方式包括以下四种模式:
模式一,系统的实际电流大于第二级过流比较电路的阈值,触发OCP2,则将峰值限流系数降低,并将系统热重启;
模式二,系统的实际电流大于第一级过流比较电路的阈值,小于等于第二级过流比较电路的阈值,触发OCP1,不触发OCP2,则保持当前的峰值限流系数不变;
模式三,系统得实际电流小于等于第一级过流比较电路的阈值,OCP1与OCP2均不触发,则缓慢恢复峰值限流系数;
模式四,系统的实际电流大于第二级过流比较电路的阈值,多次触发OCP2,则执行过流保护。
2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器的限流装置的限流方法,其特征在于,所述OCP2触发,由复杂可编程逻辑器关闭所有IGBT的驱动信号,数字信号处理器将峰值限流系数设置为当前值乘以设定值,1ms后系统热重启。
3.根据权利要求1所述的有源电力滤波器的限流装置的限流方法,其特征在于,所述谐波参考电流通过DFT算法检测得到。
4.根据权利要求1所述的有源电力滤波器的限流装置的限流方法,其特征在于,所述参考电流有效值限流系数的计算方式为:当参考电流有效值大于系统的额定电流,取参考电流有效值限流系数为:KRMS=IRated/IRefRMS;当参考电流有效值小于系统的额定电流,参考电流有效值限流系数为:KRMS=1。
5.根据权利要求1所述的有源电力滤波器的限流装置的限流方法,其特征在于,所述峰值限流系数的计算方式为:当参考电流的绝对值大于峰值限流值,则取峰值限流系数为:K=MIN[ABS(IPeak/IRef),K];如果参考电流的绝对值小于峰值限流值,则K保持不变。
6.一种有源电力滤波器的限流装置,其特征在于,能够实现如权利要求1-5任一项所述的限流方法,其包括工频周期模块、开关周期模块和硬件电路模块;
其中,
--所述工频周期模块是在每个工频周期,通过检测出的谐波参考电流计算出参考电流有效值,再计算得到参考电流有效值限流系数,并将此值传输给开关周期模块,实现对谐波电流有效值的限流控制;
--所述开关周期模块是软件在开关频率的执行周期根据经有效值限流后的实时参考电流计算出峰值限流系数,再计算得到最终的实时参考电流,实现对谐波电流峰值电流的限流控制;
--所述硬件电路模块用于峰值限流系数进行修正,其包括第一级过流比较电路和第二级过流比较电路,实现对IGBT的峰值电流的限流控制和对IGBT的过流保护,所述第一级过流比较电路的阈值大于软件的峰值限流值,小于第二级过流比较电路的阈值;所述第一级过流比较电路和第二级过流比较电路均采用比较器设计得到,所述第一级过流比较电路的输出信号为OCP1;所述第二级过流比较电路的输出信号为OCP2。
7.根据权利要求6所述的有源电力滤波器的限流装置,其特征在于,所述第一级过流比较电路的阈值和第二级过流比较电路的阈值可预先设置。
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