CN110649618A - 中性限流可调的有源电力滤波器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及中性限流可调的有源电力滤波器。根据本公开的一个方面，提供了一种电力滤波器，其包括：第一输入端，其被配置为接收对来自电源的电源线的电特性的测量结果；第二输入端，其被配置为接收对到负载的负载电力线的电特性的测量结果；输出端，其被配置为耦合到输出电力线以提供输出电流补偿信号；功率转换器，其被耦合到功率输出端并被配置为接收输入功率，接收输入控制信号并基于输入控制信号来提供输出电流补偿信号；以及控制器，其被配置为向功率转换器提供控制信号，其中，控制器接收中性限流的指示，并且控制器被配置为基于中性限流的指示来调节控制信号，以限制在输出电力线的中性线上的电流。

Description

中性限流可调的有源电力滤波器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月27日提交标题为“ACTIVE POWER FILTER WITHADJUSTABLE NEUTRAL CURRENT LIMIT”序列号为62/690,548的美国临时申请的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。
发明背景
1.发明领域
根据本公开的至少一个示例总体上涉及电力系统。
2.相关技术的讨论
在电源和负载之间的电力滤波器的实现方式是已知的。例如，有源电力滤波器可以与负载并联耦合，并被控制成有源地过滤从电源到负载的电力。
概述
根据本发明的至少一个方面，提供了一种电力滤波器，该电力滤波器具有：第一输入端，其被配置为接收对来自电源的电源线的电特性的测量结果，其中，电源线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；第二输入端，其被配置为接收对到负载的负载电力线的电特性的测量结果，其中，负载电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；输出端，其被配置为耦合到输出电力线以提供输出电流补偿信号，其中，输出电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；功率转换器，其耦合到功率输出端并且被配置为接收输入功率、接收输入控制信号并基于输入控制信号来提供输出电流补偿信号；以及控制器，其耦合到第一输入端、第二输入端和功率转换器，并被配置为向功率转换器提供控制信号，其中，控制器具有接收中性限流的指示的输入端，并且控制器被配置为基于该中性限流的指示来调节控制信号，以限制输出电力线的中性线上的电流。
在一个实施例中，控制器还被配置为通过基于在中性限流和中性电流参考信号之间的比率来调节控制信号从而限制输出电流信号的在中性线上的电流。在一些实施例中，控制器还被配置为基于对来自电源的电源线的电特性的测量结果来生成参考信号，以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个，并且控制器被配置为基于参考信号来生成中性电流参考信号。在实施例中，控制器还被配置为基于对来自电源的电源线的电特性的测量结果来生成参考信号，以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个，其中，参考信号包括第一相参考信号、第二相参考信号和第三相参考信号，并且控制器被配置为对参考信号执行正交变换，并且基于正交变换的结果来生成控制信号以限制输出电流信号的在中性线上的电流。
在一些实施例中，电力滤波器还包括耦合到控制器用于接收来自用户的中性限流的指示的用户界面。在一个实施例中，中性限流的指示由用户输入，作为电力滤波器的额定输出的百分比。在一些实施例中，输出电流信号是AC输出电流信号，并且其中，功率转换器被配置为接收输入功率并基于控制信号来提供输出AC电流信号。在实施例中，控制信号被配置为使用脉宽调制来控制功率转换器。
根据本公开的方面，提供了一种操作电力滤波器以控制从电源到负载的电力特性的方法，该方法包括接收对来自电源的电源线的电特性的测量结果，其中，电源线线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线，接收对到负载的电力线的电特性的测量结果，其中，负载电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线，在输出电力线处提供输出功率电流补偿信号，其中，输出电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线，接收中性限流的指示，并且基于中性限流的指示来控制输出电力线的中性线上的电流。
在一个实施例中，电力滤波器包括功率转换器，该功率转换器接收控制信号并基于控制信号来提供输出功率电流补偿信号，并且其中，该方法还包括通过基于在中性限流和中性电流参考信号之间的比率来调节控制信号以限制输出电力线的在中性线上的电流。在一些实施例中，提供输出功率电流补偿信号包括校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个。在实施例中，电力滤波器包括功率转换器，该功率转换器接收控制信号并基于控制信号提供输出功率电流补偿信号，并且其中，该方法还包括基于对来自电源的电源线的电特性的测量结果来生成参考信号，以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个，其中，参考信号包括第一相参考信号、第二相参考信号和第三相参考信号，并且其中，该方法还包括对参考信号执行正交变换，并且基于正交变换的结果来生成控制信号以限制输出功率补偿信号的在中性线上的电流。
在一个实施例中，该方法还包括通过用户界面来从用户接收中性限流的指示。在一些实施例中，中性限流的指示由用户输入作为电力滤波器的额定输出的百分比。在实施例中，输出功率电流补偿信号是AC输出电流信号，并且其中，该方法还包括接收AC功率，将AC功率转换成DC功率，并且基于控制信号将DC功率转换成AC功率。在实施例中，该方法还包括使用脉宽调制来将DC功率转换成AC功率。
根据本公开的一个方面，提供了一种电力滤波器，该电力滤波器具有：第一输入端，其被配置为接收对来自电源的电源线的电特性的测量结果，其中，电源线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；第二输入端，其被配置为接收对到负载的负载电力线的电特性的测量结果，其中，负载电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；输出端，其被配置为耦合到输出电力线以提供输出电流补偿信号，其中，输出电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；功率转换器，其耦合到功率输出端并被配置为接收输入功率、接收输入控制信号并基于输入控制信号来提供输出电流信号；以及用于基于中性限流的指示来调节控制信号以限制输出电流信号的在中性线上的电流的装置。
在一个实施例中，电力滤波器还包括用于从用户接收中性限流的指示的用户界面。在实施例中，中性限流的指示由用户输入作为电力滤波器的额定输出的百分比。在一些实施例中，电力滤波器还包括用于提供输出功率电流补偿信号以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个的装置。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各个方面，附图并没有被规定为按比例绘制。附图被包括是为了提供对各个方面和实施方案的说明和进一步的理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，但是不意图作为对任何特定实施例的限制的定义。附图与说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面和实施例的原理和操作。在附图中，在不同图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。为了清楚的目的，不是每个部件都在每个附图中被标出。在附图中：
图1示出了根据一个实施例的电力系统的框图；
图2示出了根据一个实施例的有源电力滤波器的框图；
图3示出了传统有源电力滤波器控制电路的框图；
图4示出了根据实施例的有源电力滤波器控制电路的框图；
图5示出了根据实施例的中性限流器的框图；
图6示出了根据实施例的中性限流器的框图；
图7示出了根据实施例的人机界面。
发明详述
本文所讨论的方法和系统的示例并不将其应用限于下面描述中阐述的或者在附图中示出的部件的结构和布置的细节。方法和系统能够在其他实施例中实现，并且能够以各种方式被实践或被执行。本文提供了特定实现方式的示例，以仅用于说明性目的而并不旨在限制。具体来说，结合任何一个或更多个示例论述的动作、部件、元素以及特征不旨在排除任何其他的示例中的类似作用。
另外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，不应视为具有限制性。对于本文中以单数提及的系统和方法的示例、实施例、部件、元素或者动作的任何引用也可以包含包括复数的实施例，并且对于本文的任何实施例、部件、元素或者动作以复数进行的任何提及也可以包含仅包括单数的实施例。单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制本公开的系统或者方法、它们的部件、动作、或者元素。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、和“涉及”及其变型意在包括其后列举的项目及其等价物以及额外的项目。
对“或”的引用可解释为包括性的，使得使用“或”所描述的任何术语可以指示所描述的术语的单个、多于一个、以及全部中的任何一种。另外，在本文件和通过引用并入的文件之间用法不一致的情况下，在并入的特征中的术语用法作为对本文件中的术语用法的补充；对于不可调和的区别，以本文件中的术语用法为准。
如上所讨论，有源电力滤波器(APF)被配置为提高三相电力系统的质量。传统的电力系统可以包括电源(例如三相交流(AC)电源)和负载(例如三相负载)。电源可以经由几个导体(包括三相导体和中性导体)耦合到负载。
由电源提供的电力可能包括降低电力质量的不期望的电特性。不期望的电特性包括谐波、低功率因数(PF)、和不平衡的基频含量，并且可能是由电力系统和/或负载的操作引起的。APF通常经由一个或更多个导体(包括三相导体和中性导体)与负载并联连接，以提高电力的质量。例如，APF可以被配置为感测在电源和负载之间提供的电力的特性、分析感测到的特性、并且经由一个或更多个导体将补偿电流注入到负载以补偿低电力质量。
在一些传统电力系统中，将APF连接到电源和负载的一个或更多个导体的尺寸可以被设置成支持APF的最高可能额定功率。例如，在一个或更多个导体包括三相导体和中性导体的情况下，三相导体中的每一个的尺寸可以被设置成支持峰值相电流。可以将中性导体的尺寸设置成比每个相导体大大约三倍，以支持最高电流的情况，其中三相的每个相彼此相长干涉(constructively interferes)，产生的电流比每个单独相导体支持的电流大大约三倍。
本发明的实施例能够对由APF的中性电流导体传导的电流设置可调节的限制，允许中性导体和相关联的熔断器、断路器和其他部件具有较低的额定值(rating)和成本。传统的APF可能很少或从不传导最大可能电流，但仍可以具有尺寸被设置成支持最大可能电流的中性导体。与中性导体传导最大电流的发生频度相比，大中性导体的实现方式可能是昂贵的，并且可能不具有成本效益。因此，本发明的至少一个实施例使得用户能够指定可以由APF的中性导体传导的最大电流。然后，用户可以选择中性导体尺寸，以及足以支持指定的最大电流的相关部件的尺寸，这可能更具成本效益。
图1示出了根据一个实施例的电力系统的框图。电力系统100包括电源102、一个或更多个负载104、和APF 106。电源102经由电力线108耦合到一个或更多个负载104，电力线108包括A相导体、B相导体、C相导体、和中性导体。APF 106经由电力线110耦合到电力线108，电力线110包括耦合到电力线108的A相导体的A相导体、耦合到电力线108的B相导体的B相导体、耦合到电力线108的C相导体的C相导体、以及耦合到电力线108的中性导体的中性导体112。
电力系统100还包括耦合到电源102的源电流互感器(CT)114和耦合到一个或更多个负载104的负载CT 116。在可选实施例中，电力系统100可以包括源CT 114或负载CT 116。源CT 114的每个源CT在电源102的输出端处耦合到电力线108的相应的相导体，并且被配置为通信地耦合到APF 106。负载CT 116的每个负载CT在一个或更多个负载104的输入端处耦合到电力线108的相应的相导体，并且被配置为通信地耦合到APF 106。
例如，源CT 114可以被配置为感测由电源102提供的电流的一个或更多个特性，并且向APF 106提供指示一个或更多个特性的一个或更多个通信信号。负载CT 116可以被配置为感测提供给一个或更多个负载104的电流的一个或更多个特性，并且向APF 106提供指示一个或更多个特性的一个或更多个通信信号。
图2示出了APF 106的框图。APF 106包括APF控制电路200、脉宽调制(PWM)功率转换器202、和输出滤波器204。APF控制电路200接收测量信号，其包括系统电流信号IloadA、IloadB、IloadC或IsrcA、IsrcB、IsrcC 206、输出电流补偿信号IoutA、IoutB、IoutC 208、以及输入和内部电压测量信号Van、Vbn、Vcn、Vdc 210。可以从源CT 114和负载CT 116之一或两者接收系统电流信号206。信号208和210可以由耦合到电力线110的一个或更多个传感器进行感测。
APF控制电路200被配置为接收信号206-210，分析信号206-210以确定在一个或更多个负载104和电源102之间的电力线上的电力的质量，生成一个或更多个PWM选通信号(PWM gate signal)211，并将PWM选通信号211提供给PWM功率转换器202。可以包括一个或更多个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的PWM功率转换器202基于从APF控制电路200接收的一个或更多个PWM选通信号211来调制IGBT的状态，以经由输出滤波器204向在电源012和一个或更多个负载104之间的电力线提供补偿电流。例如，可以从耦合到PWM功率转换器202的一个或更多个DC总线电容器212中导出由PWM功率转换器202提供的补偿电流。可以从来自电源102的AC功率中导出在一个或更多个DC电容器212上的DC电压。输出滤波器204被配置为对从PWM功率转换器202接收的补偿电流进行滤波，并将补偿电流输出到电力线110。
图3示出了APF控制电路200的框图。APF控制电路200包括参考电流发生器300、误差信号发生器302、以及功率转换器控制电路304。参考电流发生器300被配置为接收系统电流信号206以及输入和内部电压测量信号210，并且基于信号206和210，生成参考电流信号IrefA、IrefB、IrefC306。例如，参考电流信号306可以表示信号208的目标值。
误差信号发生器302被配置为接收参考电流信号306和输出电流信号208，确定在参考电流信号306和输出电流信号208的每个相之间的误差，并将误差信号307输出到功率转换器控制电路304。例如，误差信号307可以分别指示信号306和208的在IrefA和IoutA之间、在IrefB和IoutB之间、以及在IrefC和IoutC之间的误差。
功率转换器控制电路304被配置为从误差信号发生器302接收误差信号307，分析误差信号307以生成一个或更多个PWM选通信号211，并输出PWM选通信号211。功率转换器控制电路304包括误差信号发生器308、直流(DC)总线电压控制电路310、动态反馈控制电路312、和PWM调制控制电路314。
误差信号发生器308被配置为接收输入和内部电压测量信号210的DC电流参考信号VdcRef和DC总线电压测量值Vdc。在一个实施例中，电压测量值Vdc指示在一个或更多个DC总线电容器212上的DC电压，并且VdcRef指示电压测量值Vdc的目标DC电压。误差信号发生器308确定在输入电压VdcRef和Vdc之间的差，并将指示在输入电压VdcRef和Vdc之间的差的误差信号输出到DC总线电压控制电路310。
DC总线电压控制电路310被配置为调节DC总线电容器212的DC电压。DC总线电压控制电路310接收指示在输入电压VdcRef和Vdc之间的差的误差信号，并接收输入和内部电压测量信号210的相-中性电压信号Van、Vbn、Vcn。相-中性电压信号Van、Vbn、Vcn分别指示电力线110的A相导体、B相导体、和C相导体相对于中性导体112的相电压。在一个示例中，DC总线电压控制电路310基于接收的信号210、310生成电流信号IsineA、IsineB、IsineC 316，以调节一个或更多个DC电容器212的DC电压，并将电流信号316提供给动态反馈控制电路312。
动态反馈控制电路312被配置为基于输出误差信号307和电流信号316来减少在输出电流信号208和参考电流信号306之间的误差。动态反馈控制电路312被配置为生成电压命令信号vCmdA、vCmdB、vCmdC 318，以控制输出功率的每个相上的电压，并将电压命令信号318提供给PWM调制控制电路314。
PWM调制控制电路314被配置为接收电压命令信号318，并基于电压命令信号318确定一个或更多个PWM选通信号211。如上所讨论，PWM调制控制电路314向PWM功率转换器202提供一个或更多个PWM选通信号211。
如上所讨论，传统的APF可以包括尺寸被设置成能够支持最高可能的电流的中性导体。例如，中性导体112的尺寸可以被设置成支持由电源102提供的每个相应相的额定电流的三倍，以应对由电源102提供的电流的每个相彼此相长同相(constructively in-phase)的情况(例如在三次谐波(3次、6次、9次……)的情况下)。中性导体112可以进一步耦合到电路保护电路(例如断路器或熔断器)，其尺寸可以被类似地设置以应对最高可能的电流。
提供最高可能电流的情况(例如，每个相应相的额定电流的三倍)在本文可以被称为“最坏情况”的情况，至少因为APF 106的部件受到与通过部件的电流成比例增加的电应力(electrical stress)。因此，当最高可能的电流通过部件时，APF 106的部件受到最高水平的电应力。实现中性导体112和相关联电路保护电路以解决最坏情况可能需要昂贵的中性导体112和相关联电路保护电路，至少因为中性导体112和相关联电路保护电路的成本随着中性导体112的尺寸而增加。
在一个实施例中，由APF 106的中性导体传导的最大电流被限制到最大值。例如，用户可以经由用户界面选择由中性导体传导的电流的最大值，并选择对应于所选的电流的最大值的中性导体尺寸。在一个示例中，APF是三相APF，并且用户可以选择由中性导体传导的电流的最大值作为相对于三相APF的每个相的额定电流的值。
例如，用户可以选择最大值为三相APF的每个相的额定电流的167％，并且可以选择对应于大约等于额定电流的167％的电流值的中性导体尺寸。在至少一种实现方式中，添加中性限流器来实现用户选择的最大值。例如，中性限流器可以将一个或更多个电流参考信号限制到最大值，使得最大中性输出电流受到用于控制中性输出电流的电流参考信号的限制。
图4示出了根据实施例的APF控制电路400的框图。控制电路400被包含在图2的APF控制电路200中。APF控制电路400包括参考电流发生器300、中性限流器404、误差发生器302、以及功率转换器控制器304。APF控制电路400被配置为接收负载电流信号IloadA、IloadB、IloadC或IsrcA、IsrcB、IsrcC 410、输出电压信号van、vbn、vcn 412、以及输出电流信号IoutA、IoutB、IoutC 414，并且被配置为输出PWM选通信号416。
负载电流信号410指示提供给负载的功率的每个相的电流。在一个示例中，负载被提供有三相功率，并且负载电流信号410指示提供给负载的A相电流、B相电流、和C相电流。负载电流信号410被提供给参考电流发生器300。
输出电压信号412指示由耦合到APF控制电路400的APF提供的功率的每个相的电压。在一个示例中，APF提供三相功率，并且负载电压信号412指示相对于中性线由APF向负载提供的A相电压、B相电压、和C相电压。输出电压信号412被提供给参考电流发生器300。
输出电流信号414指示由耦合到APF控制电路400的APF提供的补偿电流的每个相的相电流。在一个示例中，APF提供三相功率，并且输出电流信号414指示由APF提供给负载的A相补偿电流、B相补偿电流、和C相补偿电流。输出电流信号414被提供给误差发生器302。
PWM选通信号416被配置为控制一个或更多个开关的开关操作。例如，PWM选通信号416可以被提供给PWM功率转换器202中的一个或更多个IGBT。控制一个或更多个开关的开关操作可以包括控制由耦合到APF控制电路的APF提供给负载的补偿电流的量。在替代实施例中，可以实现替代开关。
中性限流器404被配置为限制由APF提供的中性电流。例如，中性限流器404可以通过调制电流参考信号418以产生调制的电流参考信号420来限制中性电流。在一个实施例中，中性限流器404可以通过将电流参考信号418限制到最大值并将调制的电流参考信号420提供给误差发生器302来对电流参考信号418进行调制。将电流参考信号418限制到最大值可以影响PWM选通信号416，并因此，限制由PWM选通信号416控制的开关提供的补偿电流的量。限制补偿电流可以限制总中性电流。因此，通过限制电流参考信号418，中性限流器404被配置为限制APF的最大中性电流。
图5示出了根据第一实施例的中性限流器500的框图。在一个示例中，中性限流器500可以是中性限流器404的第一实现方式。中性限流器500被配置为在输入端处接收电流参考信号IrefA、IrefB、IrefC 502，并在输出端处提供次级电流参考信号IrefA’、IrefB’、IrefC’504。在一个示例中，电流参考信号502可以类似于电流参考信号418，并且次级电流参考信号504可以类似于调制的电流参考信号420。
中性限流器500包括若干逻辑模块，包括加法器模块506、均方根(RMS)模块508、参考限制器模块510、除法器模块512、以及乘法器模块514a、514b、514c。加法器模块506被配置为接收电流参考信号502，对电流参考信号502求和，并将求和IrefN提供给RMS模块508。RMS模块508被配置为确定求和IrefN的RMS值以产生RMS值IrefN(rms)，并将RMS值IrefN(rms)提供给参考限制器模块510和除法器模块512。
参考限制器模块510被配置为分析RMS值IrefN(rms)，并且确定RMS值IrefN(rms)是否超过用户选择的最大中性电流值的RMS值IlimitN(rms)。参考限制器模块510基于该确定来生成调制的参考信号IrefN’(rms)，并将调制的参考信号IrefN’(rms)提供给除法器模块512。在一个实施例中，如果IrefN(rms)超过IlimitN(rms)，则IrefN’(rms)被设置为IlimitN(rms)。否则，如果IrefN(rms)不超过IlimitN(rms)，则IrefN’(rms)设置为IrefN(rms)。以数学的方式来阐述，参考限制器模块510被配置为执行以下逻辑操作：
IrefN'(rms)＝IrefN(rms)，如果IrefNRMS＜IlimitN(rms)
IrefN′(rms)＝IlimitN(rms)，如果IrefNRMs≥IlimitN(rms)
除法器模块512被配置为接收RMS值IrefN(rms)和调制的参考信号IrefN’(rms)，确定调制的参考信号IrefN’(rms)与RMS值IrefN(rms)的比率，并且向乘法器模块514a、514b、514c输出指示该比率的比率信号。例如，如果调制的参考信号IrefN’(rms)等于RMS值IrefN(rms)(例如，如果参考限制器模块510确定IrefN(rms)没有超过用户选择的最大中性电流值的RMS值IlimitN(rms))，则调制的参考信号IrefN’(rms)与RMS值IrefN(rms)的比率为1。在另一示例中，如果调制的参考信号IrefN’是RMS值IrefN(rms)的一半(例如，如果参考限制器模块510确定IrefN(rms)已经超过用户选择的最大中性电流值的RMS值IlimitN(rms)两倍)，则调制的参考信号IrefN’(rms)与RMS值IrefN(rms)的比率为1/2。
乘法器模块514a、514b、514c中的每一个接收比率信号，并将比率信号乘以电流参考信号IrefA、IrefB、IrefC 502的相对应的电流参考信号，以产生次级电流参考信号IrefA’、IrefB’、IrefC’504。在一个示例中，乘法器模块514a将比率信号乘以电流参考信号IrefA以产生次级电流参考信号IrefA’，乘法器模块514b将比率信号乘以电流参考信号IrefB以产生次级电流参考信号IrefB’，并且乘法器模块514c将比率信号乘以电流参考信号IrefC以产生次级电流参考信号IrefC’。
因此，中性限流器500被配置为至少部分地基于电流参考信号IrefA、IrefB、IrefC502的值相对于用户设置的最大电流值的RMS值IlimitN(rms)来调制次级电流参考信号IrefA’、IrefB’、IrefC’504。如果RMS值IrefN(rms)不超过用户设置的最大电流值的RMS值IlimitN(rms)，则提供给输出端的次级电流参考信号504相对于在输入端处接收的电流参考信号502不会被更改。如果RMS值IrefN(rms)超过用户设置的最大电流值的RMS值IlimitN(rms)，则次级电流参考信号504相对于电流参考信号502按与RMS值IrefN(rms)超过最大电流值的RMS值IlimitN(rms)的量相对应的比例来进行缩放，以保持中性电流水平低于最大电流值的RMS值IlimitN(rms)。
图6示出了根据第二实施例的中性限流器600的框图。在一个示例中，中性限流器600可以是中性限流器404的第二实现方式。中性限流器600被配置为在输入端处接收电流参考信号IrefA、IrefB、IrefC 602，并在输出端处提供次级电流参考信号IrefA’、IrefB’、IrefC’604。在一个示例中，电流参考信号602可以类似于电流参考信号414，并且次级电流参考信号604可以类似于次级电流参考信号418。
中性限流器600包括第一变换器模块606、参考限制器模块608、第二变换器模块610、RMS模块614、除法器模块616、以及乘法器模块618。第一变换器模块606可以被配置为将电流参考信号602从第一坐标系变换到第二坐标系。例如，第一变换器模块606可以被配置为将电流参考信号602变换成正交坐标系。在一个实施例中，第一变换器模块606被配置为执行克拉克变换(Clarke transformation)和DQ0稳态参考系变换(stationaryreference frame transformation)之一，以将电流参考信号602变换到正交参考系统。
在一个示例中，第一电流变换器模块610被配置为执行DQ0稳态参考系变换，以将电流参考信号IrefA、IrefB、IrefC 602变换为电流参考信号Id、Iq、和Izero 612。电流参考信号Id和Iq可以被提供给第二变换器模块610，并且电流参考信号Izero可以被提供给RMS模块614和乘法器模块618。电流参考信号Izero等于电流参考信号602的平均值，并且等于中性电流IoutN的三分之一。
RMS模块614被配置为确定电流参考信号Izero的RMS值，以生成RMS电流参考信号Izero(rms)，并将RMS电流参考信号Izero(rms)提供给参考限制器模块608和除法器模块616。参考限制器模块608可以被配置为分析RMS电流参考信号Izero(rms)，并且确定RMS电流参考信号Izero(rms)是否超过用户设置的最大中性电流值Ilimit0(rms)。
参考限制器模块608基于该确定来生成调制的参考信号Izero’(rms)，并将调制的参考信号Izero’(rms)提供给除法器模块616。在一个实施例中，如果Izero(rms)超过Ilimit0(rms)，则Izero’(rms)被设置为Ilimit0(rms)。否则，如果Izero(rms)不超过Ilimit0(rms)，则Izero’(rms)被设置为Izero(rms)。以数学的方式来阐述，参考限制器模块608被配置为执行以下逻辑操作：
Izero′(rms)＝Izero(rms)，如果Izero(rms)＜Ilimit0(rms)
Izero′(rms)＝Ilimit0(rms)，如果Izero(rms)≥Ilimit0(rms)
除法器模块616被配置为接收调制的参考信号Izero’(rms)和RMS电流参考信号Izero(rms)，并确定调制的参考信号Izero’(rms)与RMS电流参考信号Izero(rms)的比率。除法器模块616向乘法器模块618输出该比率。乘法器模块618被配置为接收电流参考信号Izero以及调制的参考信号Izero’(rms)与RMS电流参考信号Izero(rms)的比率，将电流参考信号Izero和该比率相乘，并将乘积Izero’输出到第二变换模块610。
第二变换器模块610被配置为接收电流参考信号Id、Iq和Izero’，并且被配置为对电流参考信号Id、Iq、Izero’执行变换操作，以产生次级电流参考信号IrefA’、IrefB’、IrefC’604。因此，至少因为电流参考信号的调制Izero’是通过第二变换器模块610的变换而被传播到次级电流参考信号604，次级电流参考信号604受到中性限流器608的限制。
因此，中性限流器608被配置为通过调制电流参考信号602来强制实现(enforce)最大中性电流值，从而类似于中性限流器510进行操作。在一些实施例中，至少因为调制电流参考信号Izero仅对影响由APF提供的中性电流的电流进行调制，中性限流器608可能是有利的。例如，由APF(其提供PFC)提供的电流的分量不受电流参考信号Izero的调制的影响。
图7示出了根据实施例的人机界面700。HMI 700可以耦合到APF控制电路(例如APF控制电路400)，并且可以使用户能够指定APF控制电路的最大中性电流值。HMI 700可以被安装在包含APF的底座上，或者可以是通过通信线路或通过无线连接耦合到APF的独立设备的一部分。例如，HMI 700可以使用户能够选择对应于IlimitN(rms)和Ilimit0(rms)之一的最大中性电流值。在一个实施例中，HMI 700可以被配置为接收由用户对最大中性电流值的选择，根据用户选择来生成最大中性电流值IlimitN(rms)或Ilimit0(rms)，并且向中性限流器404提供最大中性电流值IlimitN(rms)或Ilimit0(rms)。
HMI 700包括若干百分比选择702和定制选择704。响应于用户对百分比选择702中的一个的选择，最大中性电流值将被设置为相对应的百分比。响应于用户选择定制选择704，HMI 700可以提示用户指定任何期望的最大中性电流值。
在一个实施例中，由HMI 700显示的百分比值是指单相三相系统的额定RMS电流的百分比。例如，在一个实施例中，耦合到HMI 700的三相APF的每个相可以被额定为输送100A的RMS电流。因此，“167％”的对百分比选择702的用户选择将最大中性RMS电流值设置为167A。例如，“167％”的对百分比选择702的用户选择可以将最大中性电流值IlimitN设置为167A。在其他实施例中，HMI 700可以使用户能够选择以安培表示的特定最大电流值。此外，在其他实施例中，HMI 700可以使用户能够选择最大峰值电流值，而不是选择最大RMS电流值。
如上所讨论，APF控制电路400可以控制APF(例如APF 106)的某些方面。使用存储在相关联存储器中的数据，APF控制电路400还执行存储在一个或更多个非暂时性计算机可读介质上的一个或更多个指令，这些指令可以导致被操纵的数据。在一些示例中，APF控制电路400可以包括一个或更多个处理器或其他类型的控制器。在一个示例中，APF控制电路400可以在处理器上执行本文公开的功能的一部分，并使用被定制用于执行特定操作的专用集成电路(ASIC)来执行另一部分。如这些示例所说明的，根据本发明的示例可以使用硬件和软件的很多特定组合来执行本文所述的操作，并且本发明不受限于硬件部件和软件部件的任何特定的组合。
这样，已经描述了至少一个实施例的若干方面后，应理解的是，本领域的技术人员将容易想到各种改变、修改、和改进。这样的改变、修改、和改进被认为是本公开的一部分，并且意在落入本公开的范围内。因此，前文的描述和附图仅仅是示例性的。

Claims (20)

1.一种电力滤波器，包括：
第一输入端，其被配置为接收对来自电源的电源线的电特性的测量结果，其中，所述电源线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
第二输入端，其被配置为接收对到负载的负载电力线的电特性的测量结果，其中，所述负载电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
输出端，其被配置为耦合到输出电力线以提供输出电流补偿信号，其中，所述输出电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
功率转换器，其被耦合到功率输出端，并被配置为接收输入功率、接收输入控制信号并基于所述输入控制信号来提供所述输出电流补偿信号；以及
控制器，其被耦合到所述第一输入端、所述第二输入端以及所述功率转换器，并且被配置为向所述功率转换器提供所述控制信号，其中，所述控制器具有接收中性限流的指示的输入端，并且所述控制器被配置为基于所述中性限流的所述指示来调节所述控制信号，以限制在所述输出电力线的所述中性线上的电流。
2.根据权利要求1所述的电力滤波器，其中，所述控制器还被配置为通过基于在所述中性限流和中性电流参考信号之间的比率来调节所述控制信号从而限制所述输出电流信号的在所述中性线上的电流。
3.根据权利要求2所述的电力滤波器，其中，所述控制器还被配置为基于对来自电源的电源线的电特性的测量结果来生成参考信号，以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个，并且所述控制器被配置为基于所述参考信号来生成所述中性电流参考信号。
4.根据权利要求1所述的电力滤波器，其中，所述控制器还被配置为基于对来自所述电源的电源线的电特性的测量结果来生成参考信号，以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个，其中，所述参考信号包括第一相参考信号、第二相参考信号和第三相参考信号，并且所述控制器被配置为对所述参考信号执行正交变换，并且基于所述正交变换的结果来生成所述控制信号以限制所述输出电流信号的在所述中性线上的电流。
5.根据权利要求1所述的电力滤波器，还包括耦合到所述控制器的用于从用户接收所述中性限流的指示的用户界面。
6.根据权利要求5所述的电力滤波器，其中，所述中性限流的指示由用户输入，作为所述电力滤波器的额定输出的百分比。
7.根据权利要求1所述的电力滤波器，其中，所述输出电流信号是AC输出电流信号，并且其中，所述功率转换器被配置为接收输入功率并基于所述控制信号来提供所述输出AC电流信号。
8.根据权利要求1所述的电力滤波器，其中，所述控制信号被配置为使用脉宽调制来控制所述功率转换器。
9.一种操作电力滤波器以控制从电源到负载的电力特性的方法，所述方法包括：
接收对来自所述电源的电源线的电特性的测量结果，其中，所述电源线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
接收对到所述负载的电力线的电特性的测量结果，其中，所述负载电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
在输出电力线处提供输出功率电流补偿信号，其中，所述输出电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
接收中性限流的指示；以及
基于所述中性限流的指示来控制在所述输出电力线的所述中性线上的电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电力滤波器包括功率转换器，所述功率转换器接收控制信号并基于所述控制信号来提供所述输出功率电流补偿信号，并且其中，所述方法还包括通过基于在所述中性限流和中性电流参考信号之间的比率调节所述控制信号来限制在所述输出电力线的所述中性线上的电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，提供输出功率电流补偿信号包括校正由所述负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电力滤波器包括功率转换器，所述功率转换器接收控制信号并基于所述控制信号来提供所述输出功率电流补偿信号，并且其中，所述方法还包括基于对来自电源的电源线的电特性的测量结果来生成参考信号，以校正由负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个，其中，所述参考信号包括第一相参考信号、第二相参考信号和第三相参考信号，并且其中，所述方法还包括对所述参考信号执行正交变换，并且基于所述正交变换的结果生成所述控制信号以限制所述输出功率补偿信号的在所述中性线上的电流。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括通过用户界面从用户接收中性限流的指示。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述中性限流的指示由用户输入，作为所述电力滤波器的额定输出的百分比。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述输出功率电流补偿信号是AC输出电流信号，并且其中，所述方法还包括接收AC功率、将所述AC功率转换成DC功率、并且基于所述控制信号来将所述DC功率转换成AC功率。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括使用脉宽调制来将所述DC功率转换成AC功率。
17.一种电力滤波器，包括：
第一输入端，其被配置为接收对来自电源的电源线的电特性的测量结果，其中，所述电源线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
第二输入端，其被配置为接收对到负载的负载电力线的电特性的测量结果，其中，所述负载电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
输出端，其被配置为耦合到输出电力线以提供输出电流补偿信号，其中，所述输出电力线包括第一相线、第二相线、第三相线和中性线；
功率转换器，其被耦合到功率输出端，并被配置为接收输入功率、接收输入控制信号并基于所述输入控制信号来提供输出电流信号；以及
用于基于所述中性限流的指示来调节所述控制信号以限制所述输出电流信号的在所述中性线上的电流的装置。
18.根据权利要求17所述的电力滤波器，还包括用户界面，用于从用户接收所述中性限流的指示。
19.根据权利要求18所述的电力滤波器，其中，所述中性限流的指示由用户输入，作为所述电力滤波器的额定输出的百分比。
20.根据权利要求17所述的电力滤波器，还包括用于提供输出功率电流补偿信号以校正由所述负载产生的谐波失真、功率因数和负载平衡中的至少一个的装置。
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