PDF《改进的有源电力滤波器滞环电流控制策略》

另一类是周期性非线性负载, 多为含 有半导体元件的电力电子设备[

1 4] .由于对配电网 络谐波 源具体构成不完全清楚, 因此以1999年E. T h u n b e r g建立的 N o r t o n 等效模型[

1 5 ] 为基础来 讨论.采用图3所示的电力系统等值电路, 其诺顿 等效电路如图4所示. 图3 电力系统等效电路 F i g .

3 E q u i v a l e n t c i r c u i t o fp o w e r s y s t e m 图4 诺顿等效电路 F i g .

4 N o r t o ne q u i v a l e n t c i r c u i t ―

0 2

1 ―

2 0

1 4,

3 8 (

1 2 ) 图4中ZL, h 是诺顿等效阻抗, 改变供电端运行 情况, 分别 测得返回到电力系统的h次谐波电压Uh 1, Uh 2及谐波电流I h 1, I h 2. ZL, h = Uh 1- Uh

2 I h 2- I h

1 (

7 ) IL, h = I h 1+ Uh

1 ZL, h (

8 ) 利用式(

7 ) 、 式( 8) 即可算得负载所产生的h 次 谐波电流.由以上分析, 采用的控制方法中指令电 流可设为: i* c = 2∑ ∞ n=2 I n s i n ( n ω t+φn ) (

9 ) 式中: n 的取值为负载所含的h 次谐波, 例如当负载 产生5, 7,

1 1,

1 3次谐波时, n 的取值即为 5, 7,

1 1,

1 3.通过i* c 的合理取值, 可减小 Δ i c 的变化量, 从 而达到减小开关频率变化范围的目的. 另外, 为提高电流的跟踪精度, 采用变环宽的控 制思想, 具体环宽设定为: i u p = 2∑ ∞ n=2 ( I n +α) s i n ( n ω t+φn ) = 2∑ ∞ n=2 I n s i n ( n ω t+φn ) + 2∑ ∞ n=2 α s i n ( n ω t+ φn ) = i* c + 2∑ ∞ n=2 α s i n ( n ω t+φn ) (

1 0 ) i l o w = i* c - 2∑ ∞ n=2 α s i n ( n ω t+φn ) (

1 1 ) 由上式可知, 该控制方法中滞环宽度是一个变 量2∑ ∞ n=2 α s i n ( n ω t+φn ) , 滞环宽度随电流变化而改 变, 在电流过零值时, 环宽较小, 这样开关频率较大;

在电流峰值时, 环宽较大, 开关频率较小. 2.

3 开关损耗的影响因素 文献[

1 6 ] 对影响开关器件损耗的诸多因素进行 深入分析, 认为流过I G B T 的电流及其集射极间电 压是开关器件功率损耗的主要因素.对于有源滤波 器, 由于其直流侧电压基本恒定, 因而其开关损耗在 恒温下可近似看做与电流呈线性关系. 开关器件在工作过程中的损耗如图5所示, 忽 略器件的断态损耗和通态损耗, 则器件的开关损耗 为: Ps w=fs w( Eo n+Eo f f) (

1 2 ) 式中: fs w 为开关频率;

Eo n =Eo n _NOM ( I c / I c _NOM ) ・ ( Vc e / Vc e _ t e s t ) ;

Eo f f = Eo f f _NOM ( I c / I c _NOM )( Vc e / Vc e _ t e s t) ;

Eo n, Eo f f为开关能耗;

Eo n _NOM , Eo f f _NOM 为模块开关 能耗的特征值;

I c _NOM 为模块的标称电流;

Vc e _ t e s t为测试条件下正向导通电压特征值, 在Vc e与 测试条件接近的情况下, Eo n和Eo f f可近似地看做与 I c 与Vc e成正比. 图5 器件开关工作时的典型电压、 电流 及能量损耗波形 F i g .

5 T y p i c a lw a v e f o r m so f v o l t a g e , c u r r e n t a n d e n e r g y l o s sw h i l e s w i t c hw o r k i n g 由式(

1 2 ) 可知, 合理的调节开关频率与电流的 关系, 可以适当减小开关损耗.本文所取滞环环宽 函数为22∑ ∞ n=2 α s i n ( n ω t+φn ) , 对其进行分析, 了解 其与开关损耗的关系.由于补偿电流为谐波电流, 分析时不太直观, 因而取最简单的滞环环宽变化趋 势, 以滞环环宽2αsin( ω t+φ) 为例, 与目标电流i* c =

2 I

1 s i n ( ω t+φ) 比较可知, 在一个周期内, 当 电流较小时, 环宽较小, 因而频率较高;

而在电流较 大时, 环宽较大, 取较小的开关频率.这样, 根据式(