CN112467963A

CN112467963A - 一种电路谐波消除系统及方法

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Publication number: CN112467963A
Application number: CN201910849563.0A
Authority: CN
Inventors: 张旺国
Original assignee: Kunshan Xinshitan Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Kunshan Xinshitan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明公开了一种电路谐波消除系统及方法，涉及电路技术领域。所述系统包括：第一低通滤波器、带通滤波器、滞环比较器、PI调节器、超前补偿器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、过零比较器、整流电路、比较器和译码器；所述第一低通滤波器信号连接于滞环比较器；所述带通滤波器信号连接于PI调节机；所述第二低通滤波器信号连接于超前补偿器；所述超前补偿器和PI调机器均分别信号连接于译码器；所述第三低通滤波器信号连接于过零比较器；所述过零比较器分别信号连接于整流电路和译码器；所述整流电路信号连接于比较器。本发明利用电力有源滤波器作为谐波源，可以替代电解电容，补偿逆变器输入纹波电流，实现交流电路的谐波内补偿及电解电容的硅解。

Description

一种电路谐波消除系统及方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种电路谐波消除系统及方法。

背景技术

随着电力电子装置的迅速发展，产生了两方面的问题：一是电力电子变流电路产生的谐波干扰已成为电力系统之中谐波的主要来源，谐波造成的危害日益严重。二是电力电子系统中的无源元件，特别是电解电容在成本、体积和可靠性等方面无多大改进。由于谐波引起发热危及电解电容的使用寿命，因此，电解电容成为电力电子系统中最薄弱的环节。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种电路谐波消除系统及方法，利用电力有源滤波器作为谐波源，可以替代电解电容，补偿逆变器输入纹波电流，实现交流电路的谐波内补偿及电解电容的硅解。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电路谐波消除系统，所述系统包括：第一低通滤波器、带通滤波器、滞环比较器、PI调节器、超前补偿器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、过零比较器、整流电路、比较器和译码器；所述第一低通滤波器信号连接于滞环比较器；所述带通滤波器信号连接于PI调节机；所述第二低通滤波器信号连接于超前补偿器；所述超前补偿器和PI调机器均分别信号连接于译码器；所述第三低通滤波器信号连接于过零比较器；所述过零比较器分别信号连接于整流电路和译码器；所述整流电路信号连接于比较器。

进一步的，所述第一低通滤波器、第二低通滤波器、滞环比较器、过零比较器、整流电路和比较器组成基本控制部分；所述直流环电压减去第一低通滤波器检测到的直流分量得纹波分量，纹波分量通过滞环比较器产生逻辑信号；逆变器输入电流减去第二低通滤波器检测的直流分量，得纹波电流信号；纹波电流信号一方面经过零比较器产生代表电流极性的逻辑信号，另一方面经整流电路和比较器产生判断|纹波电流信号|是否超过设定的阈值的逻辑信号。

进一步的，所述滞环比较器采用双电源供电，构成双电源型微分滞环比较器；所述滞环比较器至少包括：信号输入端、信号输出端、电源端即负电源端、正电源端和接地端；所述微分滞环比较器由电压比较器与电容及电阻组成，比较器的负输入端接为微分滞环比较器的信号输入端，比较器的正输入端通过电阻接地，电容与电阻串联并跨接在比较器的输出端与正输入端之间，比较器的输出端接为滞环比较器的输出端。

一种电路谐波消除方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：电路采用直流电压源供电，使用电力有源滤波器替代电解电容，包含若干个开关器件控制电路；

步骤2：当负载为感性时，逆变器输入电流id包括两部分：直流量dc和纹波ac即：id＝dc+ac(1)；

步骤3：未达到补偿谐波电流id.ac的目的，要求电力有源滤波器输入电流ig与ac大小相等方向相反，即：ig＝－ac(2)；

步骤4：可以得到这时直流电压源输出电流为：i＝id+ig＝dc(3)直流电压源输出电流等于逆变器输入电流的直流分量。

进一步的，所述电力有源滤波器为单相电流型，开关器件采用功率MOSFET。

进一步的，所述电力有源滤波器中包括一个电抗器；所述电抗器中的电流经开关器件切换，在有源滤波器输入端产生包含逆变器输入纹波电流ac在内的调制波电流ac。电流if.ac经交流电容解调后产生与逆变器输入纹波电流ac近似等值而反向的电流ig，从而补偿了逆变器输入纹波电流ac。

进一步的，所述电抗器平均电流控制部分由PI调节器，超前补偿器和第三低通滤波器组成；此部分可使电抗器的平均电流保持恒值并使电抗器具有足够的能量；谐波抑制部分包括带通滤波器和放大器；此控制部分用以抑制系统投入工作或逆变器输入纹波电流发生突变时可能发生的谐振。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果：本发明是利用电力有源滤波器作为谐波源，可以替代电解电容，补偿逆变器输入纹波电流，实现交流电路的谐波内补偿及电解电容的硅解。随着电力电子器件高频化及电力电子技术的发展，这种谐振自适应系统会具有很高的应用价值。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：

图1为本发明实施例公开的电路谐波消除系统的系统结构示意图。

图2为本发明实施例公开的电路谐波消除方法的方法流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，一种电路谐波消除系统，所述系统包括：第一低通滤波器、带通滤波器、滞环比较器、PI调节器、超前补偿器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、过零比较器、整流电路、比较器和译码器；所述第一低通滤波器信号连接于滞环比较器；所述带通滤波器信号连接于PI调节机；所述第二低通滤波器信号连接于超前补偿器；所述超前补偿器和PI调机器均分别信号连接于译码器；所述第三低通滤波器信号连接于过零比较器；所述过零比较器分别信号连接于整流电路和译码器；所述整流电路信号连接于比较器。

实施例2

在上一实施例的基础上，所述第一低通滤波器、第二低通滤波器、滞环比较器、过零比较器、整流电路和比较器组成基本控制部分；所述直流环电压减去第一低通滤波器检测到的直流分量得纹波分量，纹波分量通过滞环比较器产生逻辑信号；逆变器输入电流减去第二低通滤波器检测的直流分量，得纹波电流信号；纹波电流信号一方面经过零比较器产生代表电流极性的逻辑信号，另一方面经整流电路和比较器产生判断|纹波电流信号|是否超过设定的阈值的逻辑信号。

具体的，所述带通滤波器包括平面传输介质，该平面传输介质包括传输线路，所述传输线路包括导体带，所述带通滤波器在所述传输线路中具有至少一个带通滤波器单元，所述带通滤波器单元包括至少一个开口环谐振器、至少一个电感元件以及至少一个电容元件，所述带通滤波器具有其中可识别出至少一个通带的频率响应，

所述导体带、所述至少一个开口环谐振器、所述至少一个电感元件以及所述至少一个电容元件被形成为所需尺寸，并被布置成使得所述带通滤波器对于所述通带内的频率表现为：对于所述通带内的至少一个频率范围，表现为左手传输线路；而对于所述通带内的至少另一个频率范围，表现为右手传输线路，并且其中，所述至少一个带通滤波器单元呈现出具有串联阻抗和分流阻抗的T等效电路的特性，

其中，对于所述带通滤波器的通带内的一个频带，所述带通滤波器单元的所述串联阻抗为负，而所述分流阻抗为正，

其中，对于同一通带内的另一个频带，所述带通滤波器单元的所述串联阻抗为正，而所述分流阻抗为负，并且其中，在所述两个频带之间的频率处，所述串联阻抗大致是零，而所述分流阻抗大致是无穷大。

实施例3

在上一实施例的基础上，所述滞环比较器采用双电源供电，构成双电源型微分滞环比较器；所述滞环比较器至少包括：信号输入端、信号输出端、电源端即负电源端、正电源端和接地端；所述微分滞环比较器由电压比较器与电容及电阻组成，比较器的负输入端接为微分滞环比较器的信号输入端，比较器的正输入端通过电阻接地，电容与电阻串联并跨接在比较器的输出端与正输入端之间，比较器的输出端接为滞环比较器的输出端。

实施例4

如图2所示，一种电路谐波消除方法，所述方法执行以下步骤：

实施例5

在上一实施例的基础上，所述电力有源滤波器为单相电流型，开关器件采用功率MOSFET。

实施例6

在上一实施例的基础上，所述电力有源滤波器中包括一个电抗器；所述电抗器中的电流经开关器件切换，在有源滤波器输入端产生包含逆变器输入纹波电流ac在内的调制波电流ac。电流if.ac经交流电容解调后产生与逆变器输入纹波电流ac近似等值而反向的电流ig，从而补偿了逆变器输入纹波电流ac。

实施例7

在上一实施例的基础上，所述电抗器平均电流控制部分由PI调节器，超前补偿器和第三低通滤波器组成；此部分可使电抗器的平均电流保持恒值并使电抗器具有足够的能量；谐波抑制部分包括带通滤波器和放大器；此控制部分用以抑制系统投入工作或逆变器输入纹波电流发生突变时可能发生的谐振。

具体的，所述PI调节器包括补偿单元、比例调节单元和积分调节单元；所述补偿单元，用于对控制指令进行积分补偿；所述比例调节单元，用于将控制指令和反馈信息的差值进行比例调节；所述积分调节单元，用于将经补偿单元处理的控制指令和反馈信息的差值进行积分调节。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD～ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种电路谐波消除系统，其特征在于，所述系统包括：第一低通滤波器、带通滤波器、滞环比较器、PI调节器、超前补偿器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、过零比较器、整流电路、比较器和译码器；所述第一低通滤波器信号连接于滞环比较器；所述带通滤波器信号连接于PI调节机；所述第二低通滤波器信号连接于超前补偿器；所述超前补偿器和PI调机器均分别信号连接于译码器；所述第三低通滤波器信号连接于过零比较器；所述过零比较器分别信号连接于整流电路和译码器；所述整流电路信号连接于比较器。

2.如权利要求1所述的电路谐波消除系统，其特征在于，所述第一低通滤波器、第二低通滤波器、滞环比较器、过零比较器、整流电路和比较器组成基本控制部分；所述直流环电压减去第一低通滤波器检测到的直流分量得纹波分量，纹波分量通过滞环比较器产生逻辑信号；逆变器输入电流减去第二低通滤波器检测的直流分量，得纹波电流信号；纹波电流信号一方面经过零比较器产生代表电流极性的逻辑信号，另一方面经整流电路和比较器产生判断|纹波电流信号是否超过设定的阈值的逻辑信号。

3.如权利要求2所述的电路谐波消除系统，其特征在于，所述滞环比较器采用双电源供电，构成双电源型微分滞环比较器；所述滞环比较器至少包括：信号输入端、信号输出端、电源端即负电源端、正电源端和接地端；所述微分滞环比较器由电压比较器与电容及电阻组成，比较器的负输入端接为微分滞环比较器的信号输入端，比较器的正输入端通过电阻接地，电容与电阻串联并跨接在比较器的输出端与正输入端之间，比较器的输出端接为滞环比较器的输出端。

4.一种基于权利要求1至3之一系统的电路谐波消除方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：

5.如权利要求4所述的电路谐波消除方法，其特征在于，所述电力有源滤波器为单相电流型，开关器件采用功率MOSFET。

6.如权利要求5所述的电路谐波消除方法，其特征在于，所述电力有源滤波器中包括一个电抗器；所述电抗器中的电流经开关器件切换，在有源滤波器输入端产生包含逆变器输入纹波电流ac在内的调制波电流ac。电流if.ac经交流电容解调后产生与逆变器输入纹波电流ac近似等值而反向的电流ig，从而补偿了逆变器输入纹波电流ac。

7.如权利要求6所述的电路谐波消除方法，其特征在于，所述电抗器平均电流控制部分由PI调节器，超前补偿器和第三低通滤波器组成；此部分可使电抗器的平均电流保持恒值并使电抗器具有足够的能量；谐波抑制部分包括带通滤波器和放大器；此控制部分用以抑制系统投入工作或逆变器输入纹波电流发生突变时可能发生的谐振。