消除高频开关emi的有源滤波装置及其控制方法
【专利摘要】本发明提供一种消除高频开关EMI的有源滤波装置的控制方法，包括有源滤波器通用控制电路、综合型EMI滤波模块与第一滤波支路控制系统；有源滤波器通用控制主要是针对吸收2至50次谐波电流；综合型EMI滤波模块主要针对有源滤波器产生的开关频率谐波电流，包括高频吸收滤波模块、开关频率谐波电流滤除模块及浪涌保护电路。能够充分的滤除高频开关管向配电系统中注入的高频率及开关频率的谐波电流，减少系统中的高频干扰问题及高频谐波给用电设备尤其是精密负载带来的危害。
【专利说明】
消除高频开关EMI的有源滤波装置及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子装置技术，涉及一种针对高频开关管（IGBT)开关频率谐波电 流滤除的电力电子装置技术领域，尤其涉及消除高频开关EMI的有源滤波装置及其控制方 法。
【背景技术】
[0002] 配电网系统中谐波含有量是衡量电能质量的重要指标，也是近年来提倡清洁能 源，净化电网的一项重要治理对象。当正弦波电压施加在非线性负载电路上时，电流就成了 非线性变化，引起和电压不同步的非正弦波形，非正弦波电流在电网系统阻抗上产生非线 性的压降，引起系统电压波形也变成非正弦波。根据傅里叶级数可知，对任何非正弦波都可 以分解为频域内和工频相同的基波分量，和基波分量整数倍的谐波分量。谐波电流对用户 系统的各种关键用电设备及用电效率有众多的不良影响，功率因数不准确及引起综合保护 误动作，配电系统变压器异响、发热等。至此，配电系统引入了基于现代电力电子为基础的 静止无功发生器（Static var Generation-SVG)和有源滤波器（Active power filter-APF)，做为无功补偿装置和谐波治理的装置，但是这种设备都是基于高频率开关管为基础 产生相应的补偿电流，以达到治理低次谐波的目的。但是高频率的开关状态，相应的又对电 网系统产生了开关频率的谐波电流。这种开关频率的谐波电流对配电网系统中传统的无功 补偿装置的电容产生极大的危害，谐波源与电力电容器在同一母线上，此时电路的结构具 有并联电路特征，系统阻抗受整个母线上的负载情况的变换而发生较大变化，当系统阻抗 和电力电容器阻抗在某一次谐波电流频率发生谐振时会引起谐波电流放大，导致电力电容 器中谐波电流过大引起电容损坏或降容等现象，高次谐波电流的趋肤效应严重，减少导线 的有效截面积，引起配电系统中的母排震动、异响及严重发热现象等。
[0003] 另外随着电力电子技术、计算机技术、通讯技术和现代精密控制技术的快速发展 与推进，现代化智能楼宇的数字化控制，大中型医院的现代化医疗设备不断的引进，还包括 一些精细加工和高速铁路客运系统不断的扩大，使这些场所使用大量的现代化精密用电设 备和装置，如数字信号系统、计算机、高端通讯系统、网络控制设备、各种数字办公设备、灯 光调控系统、消防系统、监控系统、变频系统、医院中的CT机、核磁共振仪、心电图机、呼吸 机、起搏器等，都要求高质量的供电系统和尽可能的小的高频干扰。目前，大量的非线性负 荷的增加，配电网中的电源、电流畸变率越来越严重，造成了恶劣的谐波环境，对保证电力 系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁，对于一些如医院等关乎到人身生命安全的 场所更是尤为突出。所以现在的工厂，医院，综合性办公楼宇都采用大量的传统的有源滤波 装置，以此来解决配电系统中的低次谐波(2至50次）。但是该种设备都是基于高频率的开关 特性，一般开关频率都在IOKHz以上，这样装置的输出就会含有大量的高次谐波和开关频率 的谐波电流。电子计算机、微处理器以及其它的电子仪器设备普遍存在着绝缘度底、抗高频 干扰弱、对谐波环境要求高、过电压耐受能力差的弱点。高次谐波污染往往使得这些灵敏的 电子系统运行时，经常出现程序运行错误，数据错误、时间错误、频繁死机、无故重新启动， 精密仪器误动作、甚至造成用电设备永久性的损坏。另外低压配电系统中，大部分在电网的 节点上都配有大量的无功补偿装置，高次谐波电流在系统阻抗变化的时候，会有严重的高 次电压产生，并加载在电容器上，加上高次谐波电流严重的趋肤效应，会引起电容器过电压 和过热而降容或损坏等。这些都给人们的工作和日常生活造成了巨大损失。因此，对当前低 压配电系统中用电设备进行谐波保护成为一个亟待解决的问题，解决有源滤波装置的输出 的高次谐波和开关频率谐波电流更是一件重要的事情。
[0004] 现有公告号为CN 103683292的中国专利申请《一种并联型准比例谐振有源电力滤 波器及控制方法》，"提出一种并联型准比例谐振有源电力滤波器及控制方法，对电网频率 实现更精确的跟踪，解决PI跟踪对交流量无法实现无静差跟踪的问题，以提高有源电力滤 波器的滤波性能。本发明的包括以下步骤：1)将获得的电网电压信号通过软件锁相环实时 监测电网的频率并得到A相正序电压的相位角；2)实时修改进行准比例谐振控制的谐振角 频率，使得准比例谐振的谐振角频率始终与电网频率保持固定的比例关系；3)根据实时修 改的谐振角频率以及获得的负载电流信号，进行准比例谐振控制，取出所选择的滤除频率 的参考电流;4)将输出的参考电流与有源电力滤波器的实际输出电流的差值进行准比例谐 振控制，输出驱动信号，驱动IGBT开通。"然而，上述发明仍然存在缺陷，无法对系统进行浪 涌保护和对有源滤波器开关频率谐波电流的滤除功能，进行低次谐波滤除及高频和开关频 率谐波电流滤除。上述发明只是针对控制系统算法，不能针对外围硬件参数配置对高频谐 波电流和开关频率谐波电流进行滤除的发明，减少注入电网的高次谐波和开关频率次谐波 电流。上述发明还不能有效的滤除高次谐波和开关频率次谐波，而且滤波支路没有采用闭 环控制，容易和系统阻抗形成谐振放大谐波。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述问题，提供了消除高频 开关EMI的有源滤波装置及其控制方法，滤除低次谐波电流，同时有效的消除开关频率谐波 电流及负载高次谐波电流，减少系统中的高频次谐波给用电设备尤其是精密负载带来的干 扰和危害。
[0006] 为解决上述问题，本发明的一种技术方案是：
[0007] 本发明消除高频开关EMI的有源滤波装置的控制方法，包括如下步骤：
[0008] S1、通过软件锁相环实时监测采集侧电网的频率并得到A相正序电压的相位角；
[0009] S2、当电网频率出现波动时，谐波分离频率参数修改模块依据软件锁相环所监测 到的
[0010]电网频率的变化，实时修改进行谐振控制的谐振角频率；
[0011] S3、所述谐波分离频率参数修改模块根据实时修改的谐振角频率以及获得的负载 电流
[0012] 信号，进行负载电流的谐波分离，得到谐波电流，谐波电流经处理得到参考指令电 流；
[0013] S4、将参考指令电流与装置输出电流进行运算后，输出调制波，将调制波输入电流 跟
[0014] 踪控制算法及PffM模块输出滤波电流；
[0015] S5、所述的滤波电流经综合型EMI滤波模块滤除高次谐波吸收电路和开关频率谐 波电流，输出装置输出电流。
[0016] 进一步地，所述的步骤Sl包括如下步骤：
[0017] S1.1.采集系统电网电压信号，将采集的系统电网电压Usa、Usb、USC离散化处理， &13(3_1:〇_(^的(：1311^变换，得到两相平面直角坐标系静止型分量Usa与UsP;
[0018] 31.2.将静止直角坐标系下的1]如与1]必经过旋转的直角坐标系变化即€^_切_(^的 Park变换，得到动态旋转直角坐标系下的分量Usd与Usq;
[0019] SI.3.将动态直角坐标系下的分量Usq，经过数字低通滤波后的输出量与0做差值 Error,将Error经过修正的PI控制器得到相位跟踪输出误差值Δ ω，Δ ω与电网的额定角 频率ω 1做运算，得到三相系统中的A相的正序电压的角频率ω，然后经过传递蓮
汁算 之后得到A相正序电压的相位角Θ ;然后对Θ分别取正弦Sin0和余弦COS0，并反馈到abc_to_a β及ai3_to_dq进行环控制，得出系统A相正序电压的相位角。
[0020] 进一步地，所述的参考指令电流，通过综合型EMI滤波模块采样得到的采样电流 ITa、ITb、Itc，根据所述的A相正序的sin9和cos9，A相正序相位角ω，进行abc_to_dq以及 dq_to_abc变换运算，得到反馈电流1^4、所述的反馈电流反馈到所述的谐波 电流中做和运算得到。
[0021] 消除高频开关EMI的有源滤波装置，所述的综合型EMI滤波模块包括用于滤除谐波 电流的第一滤波支路、用于滤除开关频率谐波电流的第二滤波支路和用于滤除尖峰及浪涌 的浪涌保护电路。
[0022] 进一步地，所述的第一滤波支路包括连接在电网逆变侧的平波电抗、连接在电网 负载侧的连网电抗，以及连接在电网与零线之间的第一滤波支路电容器。
[0023] 进一步地，所述的连网电抗包括串联在电网A相的电抗器LA、串联在电网B相的电 抗器LB、串联在电网C相的电抗器LC;所述的平波电抗包括串联在A相的平波电抗La、串联在 B相的平波电抗Lb、串联在C相的平波电抗Lc;所述的第一滤波支路电容器包括连接电网A相 与N线的电容Cal，连接电网B相与N线的电容Cbl，连接电网C相与N线的电容Ccl。
[0024] 进一步地，所述的第二滤波支路包括连接电网A相与N线的电容Ca2、连接电网B相 与N线的电容Cb2,连接电网C相与N线的电容Cc2。
[0025] 进一步地，所述的电容Ca2串联电抗器La 1，所述的电容Cb2串联电抗器Lb 1、所述的 电容Cc2串联电抗器Lcl。
[0026] 进一步地，所述的浪涌保护电路包括连接电网A相与PE线的压敏电阻Rva、电网B相 与PE线的压敏电阻Rvb、电网C相与PE线的压敏电阻Rvc;连接电网AB相的压敏电阻Rvab、连 接电网BC相的压敏电阻Rvbc、连接电网CA相的压敏电阻Rvca、连接N线和PE线的压敏电阻 Rvng0
[0027] 相比较于现有技术，本发明针对现有技术的缺陷，
[0028] 本发明包括有源滤波器通用控制电路、综合型EMI滤波模块与第一滤波支路控制 系统。有源滤波器通用控制主要是针对吸收2至50次谐波电流;综合型EMI滤波模块主要针 对有源滤波器产生的开关频率谐波电流，包括高频吸收滤波模块、开关频率谐波电流滤除 模块及浪涌保护电路。能够充分的滤除高频开关管向配电系统中注入的高频率及开关频率 的谐波电流，减少系统中的高频干扰问题及高频谐波给用电设备尤其是精密负载带来的危 害。
[0029] 针对现有有源滤波器对高频开关频率的不足之处，本发明涵盖对系统的浪涌保护 和对有源滤波器开关频率谐波电流的滤除功能的综合型EMI滤波模块，能够进行低次谐波 滤除及高频和开关频率谐波电流滤除。
[0030] 所述的第一滤波支路和第二滤波支路分别针对高次谐波和开关频率谐波，脉冲尖 峰、电涌等干扰具有抑制和完全吸收的作用，随时跟踪高频开关管输出波形和系统电压波 形，瞬时滤除高频开关管输出的开关次谐波和系统电源中的尖峰、浪涌、杂波并滤除系统中 的谐波电流，使电网电源波形接近于系统电压的波形，提高电能质量，净化电网。
[0031] 本发明针对低次大电流谐波有源滤波器通用控制电路采用数字化控制，注入和电 网系统中谐波方向相反的矢量值，实时的消除低次谐波电流。
[0032] 本发明第一滤波支路，采用有源阻尼系统的高通滤波设计，降低系统的损耗，提高 整机工作效率并充分的滤除高频谐波电流。通过对第一滤波支路三相电流的实时采样反 馈，进行闭环控制，避免和系统电流的谐振，减少因谐振产生的谐波放大等优越性能。
[0033] 第二滤波支路采用单次调谐原理针对高速开关管的开关频率谐波电流，使其在开 关频率处谐振并达到谐振阻抗理想零阻抗状态，为开关频率电流提供一个完全不注入电网 系统的回路设计。
[0034] 本发明主要针对外围硬件参数配置对高频谐波电流和开关频率谐波电流进行滤 除的发明，减少注入电网的高次谐波和开关频率次谐波电流。本发明采用高通滤波器加开 关频率次滤波器，并作闭环控制系统，一旦有谐振频率存在，处理器立即改变滤波电流的输 出，控制谐振电流的放大。
【附图说明】
[0035] 一、图1是本发明的消除高频开关EMI的有源滤波装置的整体架构示意图。
[0036]二、图2是本发明的综合型EMI滤波模块电路原理图。
[0037]三、图3是本发明所用到的软件锁相环控制流程图。
[0038]四、图4是本发明所涉及的整体工作原理框图。
[0039]五、图5是本发明中涉及的2至50次低次谐波滤波模块。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的保护范围并不限于 此。
[0041] 参照图1，是本发明的消除高频开关EMI的有源滤波装置整体系统控制的结构示意 图。如图1所示该种综合性的并联型有源滤波器，有源滤波器通用控制电路包括信号采集和 调理模块、FPGA模块、DSP模块以及外围IGBT驱动模块及对应的上位机显示界面。
[0042] 本发明设有包括软件锁相环、谐波分离频率参数修改模块的有源滤波器通用控制 电路，所述的有源滤波器通用控制电路工作原理如下:所述的有源滤波器通用控制电路是 指配电系统中负载电流和电压经过相应的信号采集和调理电路后，达到相关AD采样的输入 范围，把系统电压和电流信号转换为相应的数字信号，将数字信号送给FPGA模块，经过FPGA 处理后的数值经过地址总线和数据总线送给DSP模块，DSP模块通过软件锁相环功能计算出 和系统正序分量相同的相位角，根据每次谐波电流不同的相位角，采用DQ分离负载电流中 的谐波电流，然后谐波电流和装置输出电流做差，误差值error经过传统的PI控制器，输出 相应的调制波，经过PWM生成器，生成相应的驱动信号，驱动IGBT开通，经低次谐波滤除模 块，以输出用于滤除负载谐波的滤波电流，但同时也产生了开关频率的谐波电流并注入电 网系统。
[0043]负载电流信号11^、11^、11^，滤波支路电流信号几&、1113、11'(3、及系统电压信号1^、 Ub、Uc、经过采集电路和调理电路后，经过FPGA模块和DSP模块处理，经过软件锁相环得到A 相正序电压的相位角，根据每次谐波相位角的不同实时的修改相位角参数，进行负载电流 的谐波分离，得到每一次的谐波电流值I a、lb、I。，滤波支路的电流ITa、ITb、ITc经过相关变 换的控制算法，转换为前馈电流与得到的每一次的谐波电流Ia、Ib、I。，做 、 .、 和运算的结果作为指令电流S S G指令电流I 1I; C与装置实际输出的电流 > Λ O :、 > 的差值进行PI电流跟踪控制，输出的驱动信号经过相应的隔离和电平转换送 > 、 给驱动电路，驱动IGBT开通，产生滤除系统低次谐波的电流。
[0044]图2是本发明的综合型EMI滤波模块电路原理图。所述的综合型EMI滤波模块主要 涵盖浪涌保护电路，高频滤波电路及开关频率谐波电流滤除电路，浪涌保护电路主要元器 件就是压敏电阻，滤波电路主要包括第一滤波支路电容和第二滤波支路的电容和电抗器。
[0045] 图2中的三相压敏电阻Rva接在平波电抗器的La的输出端、Rvb接在平波电抗器的 Lb的输出端、Rvc接在平波电抗器的Lc的输出端，Rva、Rvb、Rvc的另一端分别接在保护零线 PE上;使Rvab的一端连接在A相逆变侧平波电抗和连网电抗之间，另外一端连接在逆变侧平 波电抗和连网电抗之间的B相上，使Rvbc的一端连接在B相逆变侧平波电抗和连网电抗之 间，另外一端连接在逆变侧平波电抗和连网电抗之间的C相上，使Rvca的一端连接在C相逆 变侧平波电抗和连网电抗之间，另外一端连接逆变侧平波电抗和连网电抗之间的A相上。组 成浪涌保护电路，该电路可以避免系统电压或装置电压超出正常的工作电压的瞬间过电压 对用电设备造成的影响，瞬时滤除系统电源或装置输出中的尖峰及浪涌。
[0046] 图2中的第一滤波支路包括A相的平波电抗La、滤波电容Ca 1、连网滤波电抗LA，B相 的平波电抗Lb、滤波电容Cb 1、连网滤波电抗LB，C相的平波电抗Lc、滤波电容Ce 1、连网滤波 电抗LC，三相分别构成相应的第一滤波支路LCL低通滤波器，高次谐波经过滤波电容进入N 线，使高次谐波不再注入电网。而且第一滤波支路采用电流反馈闭环控制，充分的减少系统 的损耗，避免因系统阻抗的变换产生谐振的可能性。
[0047] 图2中的第二滤波支路包括A相的第二滤波电容Ca2、第二滤波电抗器Lal，
[0048] B相的第二滤波电容Cb2、第二滤波电抗器Lbl，C相的第二滤波电容Cc2、第二滤波 电抗器Lcl，三相分别构成单次调谐滤波器，经过参数整定，使其谐振点在IGBT开关管开关 频率处，完全吸收开关频率谐波电流，避免的了常规的有源滤波器向电网注入开关次谐波， 严重影响系统中的其他用电设备。
[0049] 图3是本发明中所用到的软件锁相环的示意图，主要包括以下内同：
[0050] 1.1.首先是对系统电网电压采集信号的处理，将采集的三相系统电压Usa、Usb、 Use离散化处理，进行abc_t〇_c^的Clarke变换，得到两相平面直角坐标系静止型分量Usa与 UsP；
[0051] 1.2.将静止直角坐标系下的Usa与UsP经过旋转的直角坐标系变化即c^_to_dq的 Park变换，得到动态旋转直角坐标系下的有功分量Usd与无功分量Usq。
[0052] 1.3.将动态直角坐标系下的Usq分量，经过移位均值低通滤波器后与Usq* = 0做差 值Error，将Error经过修正的PI控制器得到相位跟踪输出误差值Δ ω，相位差信号Δ ω与 电网的额定角频率W1做运算，得到三相系统中的A相的正序电压的角频率ω，然后经过 X 之后得到A相正序电压的相位角Θ ;然后对Θ分别取正弦sin0和余弦COS0，并反馈到abc_to_a β及ai3_to_dq进行环控制，从而稳定的得出系统A相正序电压的相位角。
[0053] 所述的基于消除开关频率EMI的并联型有源滤波装置包括有源滤波器通用控制电 路。其工作原理如下:所谓的有源滤波器通用控制电路是指，配电系统中负载电流和电压经 过相应的信号采集和调理电路后，达到相关AD采样的输入范围，把系统电压和电流信号转 换为相应的数字信号，将数字信号送给FPGA，经过FPGA处理后的数值经过地址总线和数据 总线送给DSP，DSP通过软件锁相环功能计算出和系统正序分量相同的相位角，根据每次谐 波电流不同的相位角，采用DQ分离负载电流中的谐波电流，然后谐波电流和装置输出电流 做差，误差值error经过传统的PI控制器，输出相应的调制波，经过P丽生成器，生成相应的 驱动信号，驱动IGBT开通，以输出用于滤除负载谐波的滤波电流，但同时也产生了开关频率 的谐波电流并注入电网系统。
[0054] 针对上述有源滤波器对高频开关频率的不足之处，本发明涵盖对系统的浪涌保护 和对有源滤波器开关频率谐波电流的滤除功能的综合型EMI滤波模块。该滤波器涵盖主电 路与系统电网连接的A相电抗器LA、与系统电网连接的B相电抗器LB、与系统电网连接的C相 电抗器LC以及有源滤波器侧的A相平波电抗La、有源滤波器侧的B相平波电抗Lb、有源滤波 器侧的C相平波电抗Lc ;A相第一滤波支路的Cal、B相第一滤波支路的Cbl、C相第一滤波支路 的&14相第二滤波支路的0&2、8相第二滤波支路的〇32、(：相第二滤波支路的(^2 4相第二 滤波支路的电抗器Lal、B相第二滤波支路的电抗器Lbl、C相第二滤波支路的电抗器Lcl ;A浪 涌保护电路的压敏电阻Rva、B浪涌保护电路的压敏电阻Rvb、C浪涌保护电路的压敏电阻 Rvc; AB相浪涌保护电路的压敏电阻Rvab、BC相浪涌保护电路的压敏电阻Rvbc、CA相浪涌保 护电路的压敏电阻Rvca、N和系统保护零线PE浪涌保护电路的压敏电阻Rvng。综合电网配电 系统连网电抗和逆变侧平波电抗以及两路滤波支路、浪涌保护电路共同构成了低次谐波滤 除及高频和开关频率谐波电流滤除的综合性EMI滤波模块。
[0055]本发明消除高频开关EMI的有源滤波装置，包括以下两个部分：
[0056] 一、综合型EMI滤波模块。该滤波器包括高次谐波吸收电路和开关频率谐波电流滤 除电路及相关的浪涌保护电路。
[0057]二、第一滤波支路闭环控制系统。基于有源滤波器通用控制电路的锁相环模块和 参考指令电流模块的基础上，第一滤波支路电流采用反馈闭环控制系统。
[0058]所述综合型EMI滤波模块中：
[0059] 1)连网电抗和逆变侧电抗以及第一滤波电容构成一定转折频率的第一滤波支路。
[0060] 1.1.装置发出的电流经过逆变侧平波电抗和连网电抗器及第一滤波支路电容器 时，形成第一滤波支路LCL的低通滤波器。即A相第一滤波支路包括平波电抗器La、连网电抗 器LA以及A相第一滤波支路电容Cal ;B相第一滤波支路包括平波电抗器Lb、连网电抗器LB以 及B相第一滤波支路电容Cbl; C相第一滤波支路包括平波电抗器Lc、连网电抗器LC以及C相 第一滤波支路电容Ccl。
[0061] 1.2.有源滤波器通用控制电路产生的脉冲电压信号，经过逆变侧平波电抗和连网 电抗及第一滤波支路电容构成的LCL滤波支路，部分转折频率(f ref)以上的高频信号经过第 一滤波支路电容进入N线，转折频率(fref)以下的低次谐波电流经过连网电抗输送至电网， 来抵消系统中的谐波电流。
[0062] 1.3.第一滤波支路电流采用有源阻尼系统控制，引入第一滤波支路电容电流ITa、 ITb、ITc反馈至有源滤波器通用控制电路进行闭环控制，增强谐振的抑制效果，减少系统损 耗，有效的抑制低次谐波电流的震荡。
[0063] 2)针对有源滤波器开关管高速开通，产生大量的开关频率的谐波电流而发明第二 滤波支路。
[0064] 2.1.为了提高补偿效果，有源滤波器通用控制电路的开关频率设计都比较高，基 本都在IOKHz以上，甚至更高。提高了低次谐波的跟踪补偿能力，但是开关频率的谐波电流 却远远的超过了第一滤波支路LCL低通滤波器的滤波带宽，导致开关频率谐波注入电网，因 此针对开关频率谐波电流发明第二滤波支路。
[0065] 2.2.第二滤波支路采用单次调谐原理针对高速开关管的开关频率谐波电流，使其 在开关频率处谐振并达到谐振阻抗理想零阻抗状态，为开关频率电流提供一个完全不注入 电网系统的回路，使开关频率电流经过第二滤波支路的电容和电抗器不再注入电网系统中 循环流动。
[0066] 3)浪涌保护电路:考虑装置高速开关管输出及系统中的闪变情况，因此在综合型 滤波模块中，增加对高频闪变的应对策略，提高配电系统的安全性和对装置的保护作用，同 时也增加装置对系统稳定性的控制，避免装置因各种原因产生的闪变情况影响电网系统。 在系统电压发生闪变或者装置输出经平波电抗后有闪变存在时，该电路直接吸收闪变波 形，使其完全进入系统的保护零线PE上，不再经过负载和系统循环存在，完善电能质量和保 护自身装置。
[0067] 所述第一滤波支路闭环控制系统中：
[0068] 1)有源滤波器通用控制电路的软件锁相环模块
[0069] 1.1.首先对系统电网电压采集信号的处理，将采集的三相系统电压Usa、Usb、Usc 离散化处理，进行abc_t〇_c^的Clarke变换，得到两相平面直角坐标系静止型分量Usa与UsP
[0070] ；
[0071] 1.2.将静止直角坐标系下的Usa与Usi3经过旋转的直角坐标系变化即c^_to_dq的 Park变换，得到动态旋转直角坐标系下的分量Usd与分量Usq。
[0072] 1.3.将动态直角坐标系下的分量Usq分量，经过移位均值低通滤波器后的输出量 与Usq* = 0做差值Error,将Error经过修正的PI控制器得到相位跟踪输出误差值Δ ω，相位 差信号A ω与电网的额定角频率ω?做运算，得到三相系统中的A相的正序电压的角频率 ω，然后经i
L后得到A相正序电压的相位角Θ;然后对Θ分别取正弦Sin0和余弦余弦 COS0并反馈到abc_to_a0及a0_to_dq进行环控制，另外也为谐波电流的分离和第一滤波支 路电容电流反馈闭环控制做准备。
[0073] 2)第一滤波支路电流反馈闭环控制系统
[0074] 1.4.根据得到的A相正序的sin0和COS0，基于A相正序相位角ω、对第一滤波支路
f TTb、ITc进行dq以及dq_t0_ abc变换运算，得第一滤波支路的反馈电流 1有源滤波器通用控制电路分离的谐波电流做和运算得到参考指令电流 与装置输出电流做比较，得到的误差error分量经过修正的PI调节器，作为调制波，送给PWM 生成器，生成PWM信号驱动高速开关管，输出谐波电流，以此来抵消系统中的负载谐波电流。
[0075] 综上所述，本发明提出消除高频开关EMI的有源滤波装置，主要是针对现有市场上 的有源滤波装置向电网注入高次谐波和开关频率谐波电流而发明。随着近年电力电子市场 的不断扩大和用电设备的多元化，非线性负载的大量涌入用电系统，产生大量的谐波严重 的污染电网系统，给用电系统中的精密设备和高要求场合带来极大地危害。
[0076] 将本发明并联在电网系统电源中，可以完善的解决谐波问题，不仅滤除低次谐波 电流而且不再向电网注入高次谐波和开关频率次谐波电流，充分的净化电网，解决供电质 量问题。
[0077]以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本 发明不仅限于以上实施例，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本 发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种消除高频开关EMI的有源滤波装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 通过软件锁相环实时监测采集侧电网的频率并得到A相正序电压的相位角； 52、 当电网频率出现波动时，谐波分离频率参数修改模块依据软件锁相环所监测到的 电网频率的变化，实时修改进行谐振控制的谐振角频率； 53、 所述谐波分离频率参数修改模块根据实时修改的谐振角频率以及获得的负载电流 信号，进行负载电流的谐波分离，得到谐波电流，谐波电流经处理得到参考指令电流； 54、 将参考指令电流与装置输出电流进行运算后，输出调制波，将调制波输入电流跟踪 控制算法及PWM模块输出滤波电流； 55、 所述的滤波电流经综合型EMI滤波模块滤除高次谐波吸收电路和开关频率谐波电 流，输出装置输出电流。2. 根据权利要求1所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置的控制方法，其特征在于， 所述的步骤S1包括如下步骤： 51.1. 采集系统电网电压信号，将采集的系统电网电压Usa、Usb、Usc离散化处理，abc_ ?ο_αβ的Clarke变换，得到两相平面直角坐标系静止型分量Usa与Usf3; 51.2. 将静止直角坐标系下的Usa与Usf3经过旋转的直角坐标系变化即a0_to_dq的Park 变换，得到动态旋转直角坐标系下的分量Usd与Usq; 51.3. 将动态直角坐标系下的分量Usq，经过数字低通滤波后的输出量与0做差值 Error,将Error经过修正的PI控制器得到相位跟踪输出误差值Δ ω，Δ ω与电网的额定角 频率ω 1做运算，得到三相系统中的Α相的正序电压的角频率ω，然后经过传递函数之后得到Α相正序电压的相位角Θ ;然后对Θ分别取正弦Sin0和余弦COS0，并反馈到abc_to_a β及ai3_to_dq进行环控制，得出系统A相正序电压的相位角。3. 根据权利要求1所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置的控制方法，其特征在于， 所述的参考指令电流，通过综合型EMI滤波模块采样得到的采样电流^ &、1113、1化，根据所 述的A相正序的sin9和cos9，A相正序相位角ω，进行abc_to_dq以及dq_to_abc变换运算，得 到反馈电流丨丨^、所述的反馈电流反馈到所述的谐波电流中做和运算得到。4. 一种如权利要求1所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置，其特征在于，所述的综 合型EMI滤波模块包括用于滤除谐波电流的第一滤波支路、用于滤除开关频率谐波电流的 第二滤波支路和用于滤除尖峰及浪涌的浪涌保护电路。5. 根据权利要求4所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置，其特征在于，所述的第一 滤波支路包括连接在电网逆变侧的平波电抗、连接在电网负载侧的连网电抗，以及连接在 电网与零线之间的第一滤波支路电容器。6. 根据权利要求5所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置，其特征在于，所述的连网 电抗包括串联在电网A相的电抗器LA、串联在电网B相的电抗器LB、串联在电网C相的电抗器 LC;所述的平波电抗包括串联在A相的平波电抗La、串联在B相的平波电抗Lb、串联在C相的 平波电抗Lc;所述的第一滤波支路电容器包括连接电网A相与N线的电容Cal，连接电网B相 与N线的电容Cbl，连接电网C相与N线的电容Cel。7. 根据权利要求4所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置，其特征在于，所述的第二 滤波支路包括连接电网A相与N线的电容Ca2、连接电网B相与N线的电容Cb2,连接电网C相与 N线的电容Cc2。8. 根据权利要求7所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置，其特征在于，所述的电容 Ca2串联电抗器La 1，所述的电容Cb2串联电抗器Lb 1、所述的电容Cc2串联电抗器Lc 1。9. 根据权利要求4所述的消除高频开关EMI的有源滤波装置，其特征在于，所述的浪涌 保护电路包括连接电网A相与PE线的压敏电阻Rva、电网B相与PE线的压敏电阻Rvb、电网C相 与PE线的压敏电阻Rvc;连接电网AB相的压敏电阻Rvab、连接电网BC相的压敏电阻Rvbc、连 接电网CA相的压敏电阻Rvca、连接N线和PE线的压敏电阻Rvng。
【文档编号】H02J3/01GK106058871SQ201610649788
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月9日 公开号201610649788.8, CN 106058871 A, CN 106058871A, CN 201610649788, CN-A-106058871, CN106058871 A, CN106058871A, CN201610649788, CN201610649788.8
【发明人】黄海宇, 李帮家, 安尔东, 王莉, 马庆华, 魏平, 杨奇, 楼科
【申请人】杭州得诚电力科技股份有限公司