有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置及方法，装置包括：调压器的输入端连接电源，调压器的输出端连接变压器的输入端，变压器的输出端连接整流器的输入端，第一电容和第二电容串联后并联于整流器的正输出端和负输出端；整流器的输出端连接逆变器的输入端；调压器实现电源电压的线性可调；变压器将调压器输出的电压进行升压；整流器将变压器输出的交流电压整流为直流电压；逆变器将直流电压逆变为交流电压进行输出；被测电抗器的两端分别连接逆变器正输出端和负输出端；逆变器输出的脉冲电压的频率为被测电抗器的实际工作频率。能测高频电感量，能加载到额定功率，能叠加直流分量。
【专利说明】有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子【技术领域】，特别涉及一种有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]有源电力滤波器(APF,Active Power Filter)是一种能够动态抑制谐波和进行无功补偿的电力电子装置。
[0003]参见图la，该图为现有技术中的APF的原理图。
[0004]其中，APF相当于一个可控电流源，与电网并联。
[0005]其中，Ude为直流电源，APF通过检测电网负载的谐波电流，产生与负载的谐波电流大小相等，方向相反的电流注入电网，从而实现电网侧的电流为正弦波。具体为通过控制图1a中Ql和Q2的开关状态，使APF向电网注入电流。控制Ql和Q2的开关状态的PWM脉冲信号根据检测的负载的谐波电流来决定。
[0006]APF中经常还会设计一条LC串联谐振支路来专门滤除开关频率的电流，参见图lb，该图为现有技术中APF的另一个原理图。
[0007]第三电感L3和电容C组成串联谐振支路。例如，APF的开关频率为IOkHz，即设L3和C的谐振频率为10kHz ，来吸收APF产生的开关频率的电流。如果L3和C误差较大，则会偏离谐振频率，没有吸收作用将导致APF向电网发射过量的高频谐波电流。
[0008]图1a和图1b的等效工作原理图如图2所示。
[0009]电抗器L为图1a中的LI和L2串联，L左端为电网的正弦波电压，右端为PWM脉冲信号。由公式⑴通过控制PWM脉冲信号的电压即可实现电抗器电流的实时可控。
[0010]h =("/仰-)汾(I)
[0011]其中，Upwm为PWM脉冲信号的电压；us为电网电压士为电抗器L的电感量。
[0012]APF补偿谐波为2-50次，即电抗器输出电流为50Hz-2500Hz，并且APF开关频率为IOkHz左右，即电抗器在IOkHz还需要保持足够的电感量来抑制高频电流，所以APF中的电抗器工作频带很宽，需要50Hz-10000Hz，并且电流在高频叠加了较大的直流成分。
[0013]因此，为了保证APF控制系统的稳定，需要电抗器在50Ηζ-10000Ηζ的工作频率范围内保持电感量在设计范围内，并且在有直流叠加电流的情况下在10000Hz仍要保持足够的电感量。
[0014]但是，电抗器的电感量只能在一定范围内保持线性，因为直流磁场强度、频率、电流幅值(磁通密度)的变化均会使电抗器的电感性发生改变。因此，测量APF中电抗器的电感量对于本领域有重要意义。
[0015]目前，电抗器的电感量的测量主要是工频伏安法。
[0016]图3为现有技术中利用工频伏安法测量电抗器电感量的原理图。
[0017]固定频率为电网频率50Hz，通过逐渐增大电流，可以测得几个点的电压值和电流值；调压器可以调节需要的电压，电压值通过电压表V获得，电流值通过电流表A获得；通过公式(2)可以得到电感量随电流变化的曲线。
【权利要求】
1.一种有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，包括:调压器、变压器、整流器、逆变器、第一电容和第二电容； 所述调压器的输入端连接电源，所述调压器的输出端连接所述变压器的输入端，所述变压器的输出端连接所述整流器的输入端，所述第一电容和第二电容串联后并联于所述整流器的正输出端和负输出端；所述整流器的输出端连接所述逆变器的输入端； 所述调压器，用于实现电源电压的线性可调； 所述变压器，用于将所述调压器输出的电压进行升压； 所述整流器，用于将所述变压器输出的交流电压整流为直流电压； 所述逆变器，用于将所述直流电压逆变为交流电压进行输出；被测电抗器的两端分别连接所述逆变器的正输出端和负输出端； 所述逆变器中所有IGBT管的工作占空比为50%，所述逆变器输出的脉冲电压的频率为所述被测电抗器的实际工作频率。
2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，还包括示波器，用于测量所述被测电抗器两端的电压瞬时值和所述电抗器所在支路的电流瞬时值，利用以下公式获得电抗器的电感量:(Jil
L1- L1 ^-
1 dt 其中，iL为所述电流瞬时值，uL为所述电压瞬时值，Ll为所述被测电抗器的电感量。
3.根据权利要求1或2所述的有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，所述调压器、变压器、整流器和逆变器均为单相；
或， 所述调压器、变压器、整流器和逆变器均为三相。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的测量装置测量电抗器电感量的方法，其特征在于，包括以下步骤: 控制调压器使电源电压线性可调； 变压器将所述调压器输出的电压进行升压； 整流器将所述变压器输出的电压整流为直流电压； 逆变器将所述整流器输出的直流电压逆变为交流电压； 将被测电抗器的两端分别连接所述逆变器的正输出端和负输出端； 控制所述逆变器中所有IGBT管的工作占空比为50%，所述逆变器输出的脉冲电压的频率为所述被测电抗器的实际工作频率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 利用示波器测量所述电抗器两端的电压瞬时值和所述被测电抗器所在支路的电流瞬时值，利用以下公式获得电抗器的电感量:,cii,
U1 = Lr
1 1 dt 其中，iL为所述电流瞬时值，uL为所述电压瞬时值，Ll为所述被测电抗器的电感量。
6.一种有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，包括:调压器、变压器、整流器、逆变器、第一电容和第二电容；所述调压器的输入端连接电源，所述调压器的输出端连接所述变压器的输入端，所述变压器的输出端连接所述整流器的输入端，所述第一电容和第二电容串联后并联于所述整流器的正输出端和负输出端；所述整流器的输出端连接所述逆变器的输入端； 所述调压器，用于实现电源电压线性可调； 所述变压器，用于将所述调压器输出的电压进行升压； 所述整流器，用于将所述变压器输出的交流电压整流为直流电压； 所述逆变器，用于将所述直流电压逆变为交流电压进行输出；被测电抗器和第一电阻串联后并联于所述逆变器的正输出端和负输出端； 所述逆变器中所有IGBT管的工作占空比为d，所述d由被测电抗器工作时的直流电流分量决定，所述逆变器输出的脉冲电压的频率为所述被测电抗器的实际工作频率。
7.根据权利要求6所述的有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，还包括示波器，用于测量所述电抗器两端的电压瞬时值和所述电抗器所在支路的电流瞬时值，利用以下公式获得电抗器的电感量:
-/ diI Ur — L,- 1丨dt 其中，iL为 所述电流瞬时值，Ul为所述电压瞬时值，Ll为所述电抗器的电感量。
8.根据权利要求6或7所述的有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，所述第一电阻为可调电阻箱，所述第一电阻的阻值小于或等于所述电抗器的电感量的1/10。
9.根据权利要求6或7所述的有源电力滤波器中电抗器电感量的测量装置，其特征在于，所述调压器、变压器、整流器和逆变器均为单相； 或， 所述调压器、变压器、整流器和逆变器均为三相。
10.一种基于权利要求6-9任一项所述的测量装置测量电抗器电感量的方法，其特征在于，包括以下步骤: 控制调压器使电源电压线性可调； 变压器将所述调压器输出的电压进行升压； 整流器将所述变压器输出的电压整流为直流电压； 逆变器将所述整流器输出的直流电压逆变为交流电压； 将有源电力滤波器APF中的电抗器和第一电阻串联后并联于所述逆变器的正输出端和负输出端； 控制所述逆变器中所有IGBT管的工作占空比为d，所述d由被测电抗器工作时的直流电流分量决定，所述逆变器输出的脉冲电压的频率为所述被测电抗器的实际工作频率。
【文档编号】H02J3/01GK103941103SQ201410196760
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】郑丹, 廖敏, 刘振权, 李云祥, 沈志达, 杨继深 申请人:北京航天爱威电子技术有限公司, 北京计算机技术及应用研究所