CN111108673B - 脉冲宽度调制交织 - Google Patents

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Abstract

提供了一种脉冲宽度调制(PWM)交织系统。PWM交织系统包括有源谐波滤波器(AHF)。AHF彼此并行设置，并且与负载并行设置。AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在电网和负载之间。AHF配置成通过PWM影响在电网和负载之间流动的电流的特性。PWM交织系统还包括控制器，所述控制器可操作地耦合到AHF，并且配置成使AHF的PWM同步以由此抵消朝向电网传播的纹波电流。

Description

脉冲宽度调制交织
背景技术
以下描述涉及冷却器，并且更特别地涉及用来抵消（cancel）针对高层冷却器应用的纹波电流的脉冲宽度调制(PWM)交织。
有源谐波滤波器(AHF)是模拟或数字装置，其与整流器前端类型变频驱动器并行地安装在到线路的耦合点上，并且配置成测量电网或整流器侧上的功率质量，并且相应地将电流从耦合点注入到电力网。也就是说，AHF将电流注入到线路中，以便补偿如从测量发现的与标准电流(即，50或60 Hz供应)的任何不想要的偏差。此类偏差可以部分地减轻或完全减轻。
在一些情况下，例如其中负载包括在高层冷却器应用中的整流器前端类型变频驱动器的那些情况，偏差可以以电流谐波的形式存在。在这里，当AHF用来减少电网侧上的电流谐波时，可能通过切换来自AHF的脉冲宽度调制(PWM)生成纹波电流。在PWM开关频率或在更高频率的这些纹波电流可以传播回到电力网，并且引起电压变化，所述电压变化可能影响系统中的其它负载或引起关于系统中的其它负载的问题。
发明内容
根据本公开的方面，提供了一种脉冲宽度调制(PWM)交织系统。所述PWM交织系统包括有源谐波滤波器(AHF)。所述AHF彼此并行设置，并且与负载并行设置。所述AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在电网和所述负载之间。所述AHF配置成通过PWM影响在所述电网和所述负载之间流动的电流的特性。所述PWM交织系统还包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述AHF，并且配置成使所述AHF的所述PWM同步，以由此抵消朝向所述电网传播的纹波电流。
根据附加或备选实施例，所述负载包括冷却器。
根据附加或备选实施例，所述控制器包括设置在所述AHF中的主-从微控制器单元(MCU)。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为偶数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应的AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和第二AHF中的对应的AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移，而不使所述第一AHF和所述第二AHF中的附加的一个AHF的所述PWM同步，或者使所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM同步以表现出360°的总相移。
根据附加或备选实施例，所述控制器调节（moderate）所述AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移。
根据本公开的另一方面，提供了一种脉冲宽度调制(PWM)交织系统。所述PWM交织系统包括：输入线路，通过所述输入线路从电网运送（carry）上游电流；输出线路，通过所述输出线路朝向负载运送下游电流；有源谐波滤波器(AHF)，所述有源谐波滤波器(AHF)彼此并行设置，并且与所述负载并行设置；和控制器。所述AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在所述输入线路和所述输出线路之间，并且配置成通过PWM影响所述下游电流的特性。所述控制器可操作地耦合到所述AHF，并且配置成使所述AHF的所述PWM同步，以由此抵消在所述上游电流中朝向所述电网传播的纹波电流。
根据附加或备选实施例，所述电网包括电力网，并且所述负载包括在高层冷却器中的整流器前端类型变频驱动器。
根据附加或备选实施例，所述控制器包括设置在所述AHF中的主-从微控制器单元(MCU)。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为偶数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应的AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应的AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移，而不使所述第一AHF和所述第二AHF中的附加的一个AHF的所述PWM同步。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM同步以表现出360°的总相移。
根据附加或备选实施例，所述控制器调节所述AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移。
根据本公开的又一方面，提供了一种供系统使用的脉冲宽度调制（PWM）交织方法，在所述系统中，有源谐波滤波器（AHF）彼此并行设置，并且与负载并行设置。所述AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在电网与所述负载之间。所述PWM交织方法包括执行所述AHF中的每个的PWM以影响在所述电网和所述负载之间流动的电流的特性以及使所述AHF中的每个的所述PWM的执行同步以抵消朝向所述电网传播的纹波电流。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述同步包括使所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为偶数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述同步包括使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应的AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移。
根据附加或备选实施例，所述AHF包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且所述同步包括以下中的一个：使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应的AHF的所述PWM同步以表现出180°的相移，而不使所述第一AHF和所述第二AHF中的附加的一个AHF的所述PWM同步；以及使所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM同步以表现出360°的总相移。
根据附加或备选实施例，所述PWM交织方法还包括：测量从所述AHF朝向所述电网传播的剩余纹波电流；以及基于测量的结果调节所述AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移。
这些以及其它优点和特征根据结合附图进行的以下描述将变得更加显而易见。
附图说明
在说明书的结尾处的权利要求书中清楚地要求保护并且特别地指出主题，该主题被视为本公开。根据结合附图进行的以下详细描述，本公开的前述和其它特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是根据实施例的脉冲宽度调制(PWM)交织系统的示意图示；
图2是根据实施例的图1的PWM交织系统的控制器的示意图示；
图3是图示根据实施例的图2的控制器的组件的示意图；
图4是由图1-3的PWM交织系统和控制器提供的纹波电流抵消的图解说明；
图5是根据另外的实施例的PWM交织系统的示意图示；
图6是根据另外的实施例的PWM交织系统的示意图示；
图7是图示根据实施例的PWM交织方法的流程图；以及
图8是图示根据另外的实施例的PWM交织方法的流程图。
具体实施方式
如下面将描述的，提供了一种系统，所述系统使来自两个并行的有源谐波滤波器(AHF)的脉冲宽度调制(PWM)同步，并且由此在PWM上提供180°相移。以这种方式，由来自两个AHF的相应PWM生成的纹波电流将具有180°的相位差，并且将在AHF的输电网侧上彼此抵消。所述系统可以包括任何偶数或奇数数量的AHF。
参考图1-4，提供了PWM交织系统10，并且所述PWM交织系统10包括输入线路11、输出线路12、第一AHF 13、与第一AHF 13并行设置的第二AHF 14、控制器15、电力网20、负载30（例如高层冷却器301中的整流器前端类型变频驱动器），以及公共耦合点1112。公共耦合点1112电插入在电网20和负载30之间，并且更特别地，插入在输入线路11和输出线路12之间。上游电流从电力网20沿输入线路11运送到公共耦合点1112，并且沿输出线路12作为下游电流从公共耦合点1112运送到第一和第二AHF 13和14，并且运送到负载30。第一和第二AHF13和14因此彼此电并行设置，并且与负载30电并行地设置。
第一和第二AHF 13和14可以但不被要求配置成测量由输入线路11并沿输入线路11运送的上游电流的特性（例如与标准频率的偏差），并基于那个测量的结果执行PWM，以由此影响输出线路12上的下游电流的特性。这样做，第一和第二AHF 13和14可倾向于在上游电流中生成和发展纹波效应，其可以不期望地朝向电力网20传播。因此，控制器15可操作地耦合到第一和第二AHF 13和14，并且配置成使第一和第二AHF 13和14的PWM的相应执行同步。这种同步又可以抵消纹波电流（其可能以其它方式在由输入线路11并沿输入线路11运送的上游电流中生成和发展），使得那些纹波电流因此被有效地防止从第一和第二AHF 13和14朝向电力网20传播。
根据实施例，并且如图2和3中示出的，控制器15可以包括或被提供为包括主元件202和从元件203的主-从微控制器单元(MCU) 201。主元件202可以设置在第一AHF 13中，并且从元件203可以设置在第二AHF 14中。主元件202和从元件203中的每个可以包括处理器210、PWM时钟215、存储器单元220和连网单元230，通过所述连网单元230进行主元件202和从元件203之间的通信。存储器单元220具有存储在其上的供由处理器210执行的可执行指令。当由处理器210执行时，可执行指令使处理器210如本文所公开的那样操作。
例如，在包括第一和第二AHF 13和14的PWM交织系统10的示范情况下，可执行指令可以使主元件202的处理器210将自身识别为主设备，使从元件203的处理器210将自身识别为从设备，并且又使主元件202的处理器210经由相应的连网元件230基于其PWM时钟215向从元件203发送脉冲信号。从元件203的处理器210然后基于脉冲信号调整和同步其自己的PWM时钟215。
通过这种同步架构，控制器15使第一和第二AHF 13和14中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移。因此，如图4中示出的，第一AHF 13的PWM的相应峰和谷通过第二AHF 14的PWM的那些相应峰和谷抵消，并且反之亦然。可以被提供以沿输入线路11朝向电力网20传播的得到的信号具有在其中的很小或大大减少的纹波电流。
参考图5，PWM交织系统10包括总数量为偶数的第一和第二并行的AHF 13和14 (例如，两个或更多个第一AHF 131和132以及对应数量的两个或更多个第二AHF 141和142)。在此类情况下，控制器15可以如上面描述的那样配置成使总数量为偶数的第一和第二并行AHF 131、132、141和142的对应的AHF中的每个的PWM的相应执行同步，以表现出180°的相移。也就是说，对于图5中示出的PWM交织系统10，控制器15可以如上面描述的那样配置成使第一和第二并行AHF 131和141中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移，以及使第一和第二并行AHF 132和142中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移。
参考图6，PWM交织系统10包括总数量为奇数的第一和第二并行的AHF 13和14 (例如，两个或更多个第一AHF 131和132，对应数量的两个或更多个第二AHF 141和142，以及附加的第二AHF 143)。在此类情况下，控制器15可以如上面描述的那样配置成使总数量为奇数的第一和第二并行AHF 131、132、141和142的对应的AHF中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移，而不使附加的第二AHF 143同步。也就是说，对于图6中示出的PWM交织系统10，控制器15可以如上面描述的那样配置成使第一和第二并行AHF 131和141中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移，使第一和第二并行AHF 132和142中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移，但是使附加的第二AHF 143的PWM的执行不同步。
根据备选实施例，图6的控制器15可以如上面描述的那样配置成使总数量为奇数的第一和第二并行AHF 131、132、141、142和143的对应的AHF中的每个的PWM的相应执行同步以表现出总共180°的相移。也就是说，对于图6中示出的PWM交织系统10，控制器15可以如上面描述的那样配置成使第一和第二并行AHF 131和141中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移，使第一和第二并行AHF 132、142和143中的每个的PWM的相应执行同步以表现出180°的相移。
根据备选实施例，图6的控制器15可以如上面描述的那样配置成使总数量为奇数的第一和第二并行AHF 131、132、141、142和143的对应的AHF中的每个的PWM的相应执行同步以表现出360°的总相移。也就是说，对于图6中示出的PWM交织系统10，控制器15可以如上面描述的那样配置成使第一和第二并行AHF 131和141，第一和第二并行AHF 132、142以及附加的第二并行AHF 143中的每个的PWM的相应执行同步以表现出相对于彼此的72°的相移，使得360°的总相移被获得(对于总共三个AHF的情况，相移将会是相对于彼此的120°，对于总共七个AHF，相移将会是相对于彼此的约51.43°等等)。
在任何情况下，控制器15可以但不被要求进一步配置成通过开环反馈控制和/或通过闭环反馈控制来操作(参见图8)。例如，控制器15可以配置成测量从图1的PWM交织系统10中的第一和第二AHF 13和14朝向电力网20传播的剩余纹波电流，并且调节第一和第二AHF 13和14中的每个的PWM的相应执行的同步，以由此基于测量的结果表现出可控制的相移，并且去除或进一步减少剩余纹波电流。
参考图7，提供了供系统使用的脉冲宽度调制(PWM)交织方法的实施例，在所述系统中，有源谐波滤波器(AHF)彼此并行设置，并且与负载并行设置，并且其中AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点如上面描述的以及如图1、5和6中示出的那样电插入在电力网和负载之间。本文描述的PWM交织方法的实施例是示范的，并且如由本领域技术人员将理解的，可以不要求所述PWM交织方法的一些特征和操作。
如图7中示出的，PWM交织方法的实施例包括执行AHF中的每个的PWM以影响在电网和负载之间流动的电流的特性(框702)，以及使AHF中的每个的PWM的执行同步以抵消从AHF朝向电网传播的纹波电流(框703)。
根据另外的实施例，AHF可以包括第一并行AHF和第二并行AHF，并且框703的同步可以包括使第一AHF和第二AHF的PWM同步以表现出180°的相移。
根据另外的实施例，AHF可以包括总数量为偶数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且框703的同步可以包括使第一AHF和第二AHF中的对应的AHF的PWM同步以表现出180°的相移。
根据另外的实施例，AHF可以包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且框703的同步可以包括使第一AHF和第二AHF中的对应的AHF的PWM同步以表现出180°的相移，而不使第一AHF和第二AHF中的附加的一个AHF的PWM同步。
根据另外的实施例，AHF可以包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且框703的同步可以包括使第一AHF和第二AHF的PWM同步以表现出360°的总相移。
根据另外的实施例，PWM交织方法的实施例还可包括测量从AHF朝向电网传播的剩余纹波电流(框704)，基于测量的结果确定剩余纹波电流是否在可接受的纹波电流的预定义范围之外(框705)，以及在确定剩余纹波电流在可接受的纹波电流的预定义范围之外的情况下，调节AHF的PWM的同步以表现出可控制的相移(框706)。
参考图8，提供了供系统使用的脉冲宽度调制(PWM)交织方法的实施例，在所述系统中，有源谐波滤波器(AHF)彼此并行设置，并且与负载并行设置，并且其中AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点如上面描述的以及如在图1、5和6中示出的那样电插入在电力网和负载之间。本文描述的PWM交织方法的实施例是示范的，并且如由本领域技术人员将理解的，可以不要求所述PWM交织方法的一些特征和操作。
如图8中示出的，PWM交织方法的实施例包括测量公共耦合点上游的电流的特性(框801)，基于测量的结果执行AHF中的每个的PWM以影响公共耦合点下游的电流的特性(框802)，以及使AHF中的每个的PWM的执行同步以抵消从AHF朝向电网传播的纹波电流(框803)。
根据另外的实施例，AHF可以包括第一并行AHF和第二并行AHF，并且框803的同步可以包括使第一AHF和第二AHF的PWM同步以表现出180°的相移。
根据另外的实施例，AHF可以包括总数量为偶数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且框803的同步可以包括使第一AHF和第二AHF中的对应的AHF的PWM同步以表现出180°的相移。
根据另外的实施例，AHF可以包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且框803的同步可以包括使第一AHF和第二AHF的对应的AHF的PWM同步以表现出180°的相移，而不使第一AHF和第二AHF的附加的一个AHF的PWM同步。
根据另外的实施例，AHF可以包括总数量为奇数的第一并行AHF和第二并行AHF，并且框803的同步可以包括使第一AHF和第二AHF的PWM同步以表现出360°的总相移。
根据另外的实施例，PWM交织方法的实施例还可包括测量从AHF朝向电网传播的剩余纹波电流(框804)，基于测量的结果确定剩余纹波电流是否在可接受的纹波电流的预定义范围之外(框805)，以及在确定剩余纹波电流在可接受的纹波电流的预定义范围之外的情况下，调节AHF的PWM的同步以表现出可控制的相移(框806)。
虽然关于仅有限数量的实施例详细提供了本公开，但是应该容易理解到，本公开不限于此类公开的实施例。相反，本公开可以被修改以结合此前未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已经描述了本公开的各种实施例，但是要理解到，（一个或多个）示范实施例可以仅包括所描述的示范方面中的一些。相应地，本公开不被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (8)

1.一种脉冲宽度调制(PWM)交织系统，包括：
负载，其中，所述负载包括在冷却器中的整流器前端类型变频驱动器；
有源谐波滤波器(AHF)，所述有源谐波滤波器(AHF)彼此并行设置，并且与所述负载并行设置，
所述AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在电网和所述负载之间，以及
所述AHF中的每个AHF配置成测量所述公共耦合点上游的电流的特性，并且基于测量结果执行PWM以影响所述公共耦合点下游的电流的特性；以及
控制器，所述控制器可操作地耦合到所述AHF，并且配置成使所述AHF的所述PWM同步，以由此抵消朝向所述电网传播的纹波电流，
其中，所述AHF包括总数量为偶数的并行的两个或更多个第一AHF和两个或更多个第二AHF，所述两个或更多个第一AHF中的每一个具有所述两个或更多个第二AHF中对应的一个，以及
其中，所述控制器包括设置在每对对应的第一AHF和第二AHF中的主-从微控制器单元(MCU)，并且每个MCU包括设置在所述第一AHF中的主元件和设置在所述第二AHF中的从元件，
所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应AHF的所述PWM同步以表现出180°相移，以及
所述控制器调节所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移。
2.根据权利要求1所述的PWM交织系统，其中，所述公共耦合点上游的电流的所述特性是与标准频率的偏差。
3.一种脉冲宽度调制(PWM)交织系统，包括：
负载，其中，所述负载包括在冷却器中的整流器前端类型变频驱动器；
输入线路，通过所述输入线路从电网运送上游电流；
输出线路，通过所述输出线路朝向所述负载运送下游电流；
有源谐波滤波器(AHF)，所述有源谐波滤波器(AHF)彼此并行设置，并且与所述负载并行设置，
所述AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在所述输入线路和所述输出线路之间，以及
所述AHF中的每个AHF配置成测量所述上游电流的特性，并且基于测量结果执行PWM以影响所述下游电流的特性；以及
控制器，所述控制器可操作地耦合到所述AHF，并且配置成使所述AHF的所述PWM同步，以由此抵消在所述上游电流中的朝向所述电网传播的纹波电流，
其中，所述AHF包括总数量为偶数的并行的两个或更多个第一AHF和两个或更多个第二AHF，所述两个或更多个第一AHF中的每一个具有所述两个或更多个第二AHF中对应的一个，以及
其中，所述控制器包括设置在每对对应的第一AHF和第二AHF中的主-从微控制器单元(MCU)，并且每个MCU包括设置在所述第一AHF中的主元件和设置在所述第二AHF中的从元件，
所述控制器使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应AHF的所述PWM同步以表现出180°相移，以及
所述控制器调节所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移。
4.根据权利要求3所述的PWM交织系统，其中，所述电网包括电力网。
5.根据权利要求3所述的PWM交织系统，其中，所述上游电流的所述特性是与标准频率的偏差。
6.一种供系统使用的脉冲宽度调制(PWM)交织方法，在所述系统中，有源谐波滤波器(AHF)彼此并行设置，并且与负载并行设置，其中，所述负载包括在冷却器中的整流器前端类型变频驱动器，所述AHF电耦合到公共耦合点，所述公共耦合点电插入在电网与所述负载之间，所述PWM交织方法包括：
由所述AHF中的每个AHF测量所述公共耦合点上游的电流的特性；
基于测量结果执行所述AHF中的每个AHF的PWM以影响所述公共耦合点下游的电流的特性；以及
由控制器使所述AHF中的每个的所述PWM的执行同步以抵消朝向所述电网传播的纹波电流，
其中，所述AHF包括总数量为偶数的并行的两个或更多个第一AHF和两个或更多个第二AHF，所述两个或更多个第一AHF中的每一个具有所述两个或更多个第二AHF中对应的一个，
其中，所述控制器包括设置在每对对应的第一AHF和第二AHF中的主-从微控制器单元(MCU)，并且每个MCU包括设置在所述第一AHF中的主元件和设置在所述第二AHF中的从元件，并且所述控制器调节所述第一AHF和所述第二AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移，以及
其中，所述同步包括使所述第一AHF和所述第二AHF中的对应AHF的PWM同步以表现出180°相移。
7.根据权利要求6所述的PWM交织方法，其中，所述公共耦合点上游的电流的所述特性是与标准频率的偏差。
8.根据权利要求6所述的PWM交织方法，还包括：
测量从所述AHF朝向所述电网传播的剩余纹波电流；以及
基于测量的结果调节所述AHF的所述PWM的同步以表现出可控制的相移。
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