有源电力滤波器的控制系统一般由两个部分组成,即控制算法部分和触发脉冲产生部分。其中控制算法处理部分对谐波检测环节送来的数字信号进行处理,采用谐波检测算法,快速检测出需要的谐波与有源滤波器产生的谐波进行比较,根据其差值采用一定的控制方法产生触发脉冲信号送给触发脉冲发生部分。而触发脉冲发生部分根据该信号产生适当的驱动脉冲去驱动有源电力滤波器的变流器,使其产生的谐波电流或电压与所需的谐波电流或电压相同,从而达到谐波补偿的效果。所谓数字模拟混合控制就是通过数字电路检测并产生所需补偿的参考谐波信号,获得参考谐波信号后,通过模拟电路实现谐波跟踪(通常为比例积分PI 控制),PWM脉冲控制具有更快的速度和更高的分辨率。
2.2.1.1 滞环控制
此类控制器中滞环比较器由于产生的补偿电流参考信号能够快速准确地跟踪谐波电流变化,具有很好的实时性,所以在有源滤波器中得到了广泛的应用。滞环比较器的控制框图如图9所示,图10为滞环比较示意图。
滞环比较控制采用滞环比较器,把检测出的补偿电流信号ie 与实际产生的补偿电流ic进行比较,两者的偏差作为滞环比较器的输入,通过滞环比较器产生控制主电路中开关通断的PWM 信号,从而控制补偿电流ic的变化。此类控制器中由于滞环比较器产生的补偿电流参考信号能够快速准确地跟踪谐波电流变化,具有很好的实时性,所以在有源滤波器中得到了广泛的应用。滞环比较控制的特点可归结为:硬件电路十分简单;属于实时控制方式,电流响应很快;不需要载波,输出电压中不http://www.ruishen.net/一体成型电感 含特定频率的谐波分量;属于闭环控制方式;若滞环的宽度固定,则电流跟随误差范围是固定的,但是电力半导体器件的开关频率是变化的。
在采用滞环比较器的瞬时值比较方式中,滞环的宽度通常是固定的,由此导致主电路中电力半导体器件的开关频率是变化的。尤其是当ic变化的范围较大时,一方面,在ic 值小的时候,固定的环宽可能使补偿电流的相对跟随误差过大;另一方面,在ic值大的时候,固定的环宽又可能使器件的开关频率过高,甚至可能超出器件允许的最高工作频率而导致器件损坏。另外,由于开关频率不固定,增加了高通滤波器及连接电抗器参数设计的难度。
针对采用滞环比较器的瞬时值比较方式在环宽固定时的这一缺点,一种解决的方法是将滞环比较器的宽度H 设计成可随ic 的大小而自动调节的;另一种方法是采用定时控制的瞬时值比较方式,该方式中,用一个由时钟定时控制的比较器代替滞环比较器。每个时钟周期对ic 变化工字电感器量判断一次,使得PWM信号需要至少一个时钟周期才会变化一次,器件的开关频率最高不会超过时钟频率的一半。这样时钟信号的频率就限定了器件的最高工作频率,从而可以避免器件开关频率过高的情况发生。该方式的不足是,补偿电流的跟随误差不是固定的,从波形上看,就是毛刺忽大忽小。
2.2.1.2 三角波控制
图11为三角波比较器的控制框图,图12 为三角波比较示意图。其中图12给出了在并联型有源电力滤波器中经常采用的一种数字模拟混合控制器的模拟部分。其中参考电流信号由微处理器通过D/A转换变成模拟信号送到模拟控制部分。有源电力滤波器的补偿电流与参考电流进行比较,通过比例积分环节后成为调整信号,与三角波发生电路产生的作为载波信号的三角波进行比较,获得驱动有源滤波器逆变器的PWM驱动脉冲。图12中,当控制信号大于锯齿波,则PWM脉冲信号为高电平;相反,则为低电平。与瞬时值比较方式相比,该方式具有的特点:硬件较为复杂;跟随误差较大;输出电压中所含谐波较少,但是含有与三角载波相同频率的谐波;器件的开关频率固定,且等于三角载波的频率;电流响应比瞬时值比较方式的慢。
由以上可知,瞬时值比较方式和三角波比较方式各有优缺点,不能孤立地说孰优孰劣大电流电感,实际应用时可根据系统要求选择。日本电气学会的调查结果也表明了这一点,两种方法在实际应用中大体上各占一半,基本相当。
2.2.2 数字控制系统
随着微电子技术的快速发展,产生PWM脉冲的数字电路和具有可编程功能的器件快速发展,因而通过专门电路或通过可编程逻辑器件实现PWM 脉冲发生器已非常方便,而且在速度和分辨率方面也有着显著的提高,因此有源电力滤波器的控制系统已经逐步变成纯数字的控制系统。与其他的电力电子装置类似,根据有源滤波器控制算法的复杂性我们可以选择不同的数字控制系统来实现。通常的控制系统一般有基于单数字信号处理芯片的带有PWM信号的控制系统。由于DSP本身带有PWM脉冲产生部分,因此采用单片的DSP就可以实现有源电力滤波器的控制系统。当然,由于DSP芯片既要处理控制算法又要产生脉冲,因此只能实现简单的控制算法。如果要实现更加复杂与先进的算法,可采用多DSP芯片的控制系统或者DSP+FPGA(现场可编程逻辑阵列)的通用控制系统。采用双DSP 或DSP+FPGA结构,其中一个DSP处理器用来完成数据处理、控制与高层保护功能;另一个DSP处理器或FPGA用来产生高精度PWM脉冲。扁平线圈电感制造厂
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