CN1144363C - 基于互补控制的单周控制有源滤波器 - Google Patents
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Abstract
发明的基于互补控制的单周控制有源滤波器，包括主电路、控制电路、驱动电路，其控制电路采用互补控制电路，在正半波时将参考正弦波作为电流峰顶的参考波形，而在负半波让正弦波成为电流峰底的参考波形。通过正、负半周控制信号的交替输出，实现全局稳定控制，并使得波形互补，达到正、负半波对称，能有效克服电流直流分量。
Description
技术领域
本发明涉及单周控制有源滤波器。
背景技术
为解决电力电子设备和其它各种非线性负载所带来的日益严重的谐波污染问题，电力有源滤波器成为许多用电场合的必须。
现在使用的单周控制有源滤波器，如图1所示，包括主电路1，控制电路2和驱动电路3，其主电路由电感L1，单相全桥M1～M4和储能电容C构成，控制电路包括减法器B1、B，PI调节器，带复位的积分器I，比较器C1和触发电路F1，以该控制电路的输出信号经驱动电路去驱动单相全桥的开关管M1～M4。这种单周控制有源滤波器在对主电路实现谐波补偿时，存在以下问题：
(1)由于采用峰值电流检测与比较的方法产生占空比信号，网侧输入电流is的峰顶和输入电压波形一致，负半周峰底和输入电压波形不一致，低频平均电流因纹波的存在，将出现正负半波不对称(见图2)，会产生电流直流分量。此外，元器件参数误差会引起积分器积分速度出现偏差，导致补偿部分产生直流电流分量。电流直流分量的存在，会引起继电保护装置误动作，导致变压器过热和磁芯饱和，危害很大。
(2)现有的单周控制有源滤波器存在局部稳定问题，具体而言，当以参考正弦波作为电流峰顶参考时，在工频周期正半波，稳定性好，而在负半波，轻载情况下，特别是在靠近电压负半波峰值的地方会出现不稳定现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于互补控制的单周控制有源滤波器，以克服电流直流分量和提高稳定性。
为达上述目的，本发明的技术解决方案是采用互补控制电路，在正半波时将参考正弦波作为电流峰顶的参考波形，而在负半波让正弦波成为电流峰底的参考波形。
发明的基于互补控制的单周控制有源滤波器，包括主电路、控制电路、驱动电路，其特征是控制电路包括加法器，PI调节器，积分器，两个减法器，三个比较器，两个触发电路，复位电路和选择电路，第一减法器的二个输入端分别接参考信号Vref和主电路直流侧电压反馈信号，输出端接PI调节器的输入端，PI调节器的输出信号分三路，其一路与积分器的一个输入端相连，另二路分别与第二减法器及加法器的一个输入端相连，第二减法器和加法器的另一个输入端分别输入主电路电流信号Rs·is，第二减法器的输出端与第一比较器的一个输入端相连，加法器的输出端与第二比较器的一个输入端相连，第一比较器和第二比较器的另一个输入端共接积分器的输出端，第一比较器的输出端与第一触发电路的输入端相连，第二比较器的输出端与第二触发电路的输入端相连，第一触发电路和第二触发电路的输出信号各自分二路，其中一路经复位电路与积分器的另一个输入端相连，另一路输入选择电路，第三比较器的一个输入端接地，一个输入端接主电路电流信号，其输出端接选择电路，选择电路的输出端与驱动电路的输入端相连。
工作时，第一减法器产生参考信号Vref和直流侧电压反馈信号之差输入PI调节器，经PI调节器调节后的输出信号分三路，其一路经积分器积分，分别输给第一和第二两个比较器，另一路输入第二减法器，在第二减法器产生与主电路电流信号相减的差输给第一比较器，还有一路输入加法器，在加法器产生与主电路电流信号的和输给第二比较器，第一比较器的输出经第一触发电路得到用于使正半周电流峰顶趋向参考正弦波的控制信号D1。第二比较器的输出经第二触发电路得到用于使负半周电流峰底趋向参考正弦波的控制信号D2。由选择电路对上述两个控制信号D1、D2实现占空比选择，即在电流的正半周选择控制信号D1输给驱动电路，在负半周选择控制信号D2输给驱动电路。通过正、负半周控制信号D1、D2的交替输出，实现全局稳定控制，并使得波形互补，达到正、负半波对称，能有效克服电流直流分量。
附图说明
图1是现有单周控制有源滤波器；
图2是现有单周有源滤波器的电流波形；
图3是本发明构成电路示意图；
图4是本发明另一种构成电路示意图；
图5是本发明又一种构成电路示意图；
图6是本发明一种具体电路实例。
具体实施方式
参照图3，发明的基于互补控制的单周控制有源滤波器，包括具有电感L1、单相全桥M1～M4和储能电容C的主电路1，驱动单相全桥开关管M1～M4的驱动电路3和控制电路2，控制电路包括包括加法器A，PI调节器P，积分器I，两个减法器B1、B，三个比较器C1、C2、C3，两个触发电路F1、F2，复位电路G和选择电路S，第一减法器B1的二个输入端分别接参考信号Vref和主电路直流侧电压反馈信号，输出端接PI调节器的输入端，PI调节器的输出信号分三路，其一路与积分器I的一个输入端相连，另二路分别与第二减法器B及加法器A的一个输入端相连，第二减法器B和加法器A的另一个输入端分别输入主电路电流信号Rs·is，第二减法器B的输出端与第一比较器C1的正输入端相连，加法器A的输出端与第二比较器C2的负输入端相连，第一比较器C1和第二比较器C2的另一个输入端共接积分器I的输出端，第一比较器C1与第一触发电路F1的输入端相连，第二比较器C2的输出端与第二触发电路F2的输入端相连，第一触发电路F1和第二触发电路F2的输出信号各自分二路，其中一路经复位电路G与积分器I的另一个输入端相连，另一路输入选择电路S，第三比较器C3的一个输入端接地，一个输入端接主电路电流信号，其输出端接选择电路S，选择电路S的输出端与驱动电路3的输入端相连。
为了消除由于参数误差引起的交越失真，达到更好的补偿效果，通常在控制电路中设置负反馈环节6，如附图4所示。负反馈环节6包括减法器B3和第一、第二两个反馈补偿电路7、8。以第一反馈补偿电路7和第二反馈补偿电路8的输出信号取代输入第二减法器B和加法器A的主电路电流信号，分别接第二减法器B和加法器A的输入端，减法器B3的二个输入端分别与第一触发电路F1和第二触发电路F2的输出端相连，第一反馈补偿电路7和第二反馈补偿电路8的输入端接主电路电流信号及减法器B3的输出端。由于负反馈环节的闭环调节作用，两个触发电路F1、F2输出的控制信号D1、D2将会被调至一致，最终消除交越失真。
考虑到电路元器件参数的偏差、温漂和时漂等影响引起的电流直流分量。可进一步在负反馈环节6里再增加一积分器I3，如图5所示，积分器I3的输入端接主电路电流信号Rs·is，输出端与第一、第二反馈补偿电路7、8的输入端相连，通过闭环调节消除直流分量。
图6是本发明一种具体电路实例，此例中，控制电路负反馈环节6的第一反馈补偿电路7由减法器B2、B4和积分器I1构成，第二反馈补偿电路8由加法器A1、A2和积分器I2构成，选择电路S是由与非门N1～N4组成，二个触发电路F1、F2采用集成块74IS74。
本发明可用于单相，也可用于三相系统。
Claims (3)
1.基于互补控制的单周控制有源滤波器，包括主电路(1)、控制电路(2)、驱动电路(3)，其特征是控制电路包括加法器(A)，PI调节器(P)，积分器(I)，两个减法器(B1、B)，三个比较器(C1、C2、C3)，两个触发电路(F1、F2)，复位电路(G)和选择电路(S)，第一减法器(B1)的二个输入端分别接参考信号Vref和主电路中电压检测元件(R1、R2)的公共连接点，输出端接PI调节器的输入端，PI调节器的输出信号分三路，其一路与积分器(I)的一个输入端相连，另二路分别与第二减法器(B)及加法器(A)的一个输入端相连，第二减法器(B)和加法器(A)的另一个输入端分别接主电路的交流电流检测信号Rs·is，第二减法器(B)的输出端与第一比较器(C1)的一个输入端相连，加法器(A)的输出端与第二比较器(C2)的一个输入端相连，第一比较器(C1)和第二比较器(C2)的另一个输入端共接积分器(I)的输出端，第一比较器(C1)的输出端与第一触发电路(F1)的输入端相连，第二比较器(C2)的输出端与第二触发电路(F2)的输入端相连，第一触发电路(F1)和第二触发电路(F2)的输出信号各自分二路，其中一路经复位电路(G)与积分器(I)的另一个输入端相连，另一路输入选择电路(S)，第三比较器(C3)的一个输入端接地，一个输入端接主电路电流信号，其输出端接选择电路(S)，选择电路(S)的输出端与驱动电路(3)的输入端相连，驱动电路(3)的输出端分别接主电路(1)中开关管(M1、M2、M3、M4)的门极。
2.按权利要求1所述的基于互补控制的单周控制有源滤波器，其特征是在控制电路中设置负反馈装置(6)，它包括减法器(B3)，第一反馈补偿电路(7)和第二反馈补偿电路(8)，以第一反馈补偿电路(7)和第二反馈补偿电路(8)的输出信号取代输入第二减法器(B)和加法器(A)的主电路电流信号Rs·is，分别接第二减法器(B)和加法器(A)的输入端，减法器(B3)的二个输入端分别与第一触发电路(F1)和第二触发电路(F2)的输出端相连，第一反馈补偿电路(7)和第二反馈补偿电路(8)的输入端接主电路电流信号及减法器(B3)的输出端。
3.按权利要求2所述的基于互补控制的单周控制有源滤波器，其特征是在负反馈装置(6)中接入积分器(I3)，积分器(I3)的输入端接主电路电流信号，输出端与第一反馈补偿电路(7)和第二反馈补偿电路(8)的输入端相连。
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