有源濾波器的低損耗滯環(huán)電流控制方法

韓旭龍

摘 要：源濾波器中存在著電流跟蹤性能不足的問題，所以為了提高此類性能，就必須依據(jù)電壓空間矢量中所形成的滯環(huán)電流控制方法來改進滯環(huán)電流控制方法。此類方法運用補償電路中的拓撲結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠讓有源部分不受基波電壓影響。那么本篇文章的主要內(nèi)容就是對有源濾波器的低損耗滯環(huán)電流控制方法進行了探討和反思。

關(guān)鍵詞：有源濾波器；低損耗滯環(huán)電流；控制方法

一、分析有源濾波器的開關(guān)損耗

有關(guān)資料指出，有源電力濾波器的直流側(cè)電壓是很難改變的，所以在恒溫的條件下，可以簡單的視作開關(guān)損耗和開關(guān)電流之間成線性關(guān)系。在器件的工作環(huán)節(jié)，有源濾波器的損耗主要由四個部分組成，即因為漏電所引發(fā)的斷態(tài)損耗，通態(tài)損耗，開通損耗以及開斷損耗，分別表示為P1、P2、Pon、Poff。所以器件的總損耗的公式為P=P1+P2+Pon+Poff。在實際情況里，斷態(tài)損耗可以被忽略，而通態(tài)損耗基本上是固定不變的。倘若在開關(guān)的過程中，假設(shè)器件的電壓以及電流依據(jù)線性規(guī)律進行變化的話，并且在計算的時候忽視通態(tài)壓降以及漏電流，那么器件在開通和關(guān)閉的過程中所產(chǎn)生的損耗就是近似的。在經(jīng)歷過相關(guān)算是的演算之后可以得出逆變器的開關(guān)損耗不僅會受到單位時間中的開關(guān)次數(shù)影響，還與其直流側(cè)電壓，開關(guān)時間和平均電流有關(guān)。這也就意味著倘若開關(guān)動作平均的被分配在時間軸上，那么開關(guān)平均電流與平均電流之間就是等同的關(guān)系。但是開關(guān)動作在i很小的時候較為集中的話，那么平均電流就會大于開關(guān)平均。反之，倘若開關(guān)動作在i很大的時候較為集中的話，那么平均電流就會小于開關(guān)平均電流。同理就能夠推導(dǎo)出在逆變器關(guān)閉時所產(chǎn)生的的開關(guān)損耗（如表1所示）。

二、分析在滯環(huán)寬度調(diào)整下的情況下的誤差電流以及開關(guān)損耗

（一）滯環(huán)寬度、開關(guān)頻率和控制精度之間的關(guān)系

根據(jù)相關(guān)資料指出，開關(guān)周期T與滯環(huán)寬度h之間呈現(xiàn)正比的關(guān)系，并且滯環(huán)寬度h以及誤差電流i的大小之間也是呈現(xiàn)正比關(guān)系。這就意味著這三者間都是呈現(xiàn)線性關(guān)系。所以要達到控制精度以及減小誤差電流的目的，就必須提高開關(guān)頻率。那么在三相系統(tǒng)中，滯環(huán)寬度、開關(guān)頻率以及誤差電流大小之間的關(guān)系就類似于單相系統(tǒng)。

（二）有源濾波器三相輸出電流的絕對值范數(shù)

在三相系統(tǒng)之中，倘若三相開關(guān)次數(shù)呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)，那么開關(guān)損耗不僅和三相中的平均開關(guān)頻率有所聯(lián)系，而且還和三相電流中的絕對值之和呈現(xiàn)正比例關(guān)系。即||i||=|ia|+|ib|+|ic|，三者呈現(xiàn)比例關(guān)系。也就是說三相電流的絕對值之和與三相電流的絕對值范數(shù)是同一個意思。在運用到電機驅(qū)動和無功補償?shù)闹T多場合中，可以將三相輸出電流視為正弦電流，在一個周期之內(nèi)它的范數(shù)波動不大。不過在運用有源濾波器的過程中，因為補償電流中含有高次諧波電流，所以總的電流范數(shù)會出現(xiàn)波動較大的情況（如圖2所示）。

（三）分析最優(yōu)開關(guān)頻率的調(diào)整幅度以及電流波動幅度

電流波動幅度與最優(yōu)開關(guān)頻率調(diào)整幅度息息相關(guān)，所以通過不一樣的電流波動幅度x就可以得出相應(yīng)最優(yōu)開關(guān)頻率調(diào)整幅度y的計算結(jié)果?；谝陨系姆治鼋Y(jié)果可以得出，倘若電流變化比較小，那么總開關(guān)的損耗的下降幅度也會較小。倘若電流波動比較大，那么總開關(guān)損耗將會劇烈下降。其實電流波動的幅度與最優(yōu)開關(guān)頻率調(diào)整幅度之間存在著十分復(fù)雜的對應(yīng)關(guān)系。在實際的應(yīng)用過程中，通過數(shù)值計算和采用數(shù)值擬合等方式最終得到了以下方程式，即y=0.3832x?0.007。通過這個方程式可以發(fā)現(xiàn)，倘若電流波動幅度較小，那么只要采用線性擬合就能夠達到足夠精確，兩者之間的比例關(guān)系近乎0.3832。那么總的開關(guān)損耗公式根據(jù)推算得為Ploss =（1?xy） /（1?y）。

三、新的有源濾波器滯環(huán)電流控制方法

基于以上的分析，在本篇文章中還提出一種新型的滯環(huán)控制方法。相似于傳統(tǒng)方法，比較系統(tǒng)實際三相電流和各相參考電流后得出各相電流的誤差分別為?ia、?ib、?ic，再將電流誤差置于滯比較器中后就得出了開關(guān)函數(shù)并產(chǎn)生補償電流，即Sa、Sb、Sc、ica、icb、icc。并且可以修改滯環(huán)比較器寬度h，它的寬度的決定因素在于滯環(huán)寬度調(diào)整電路。在調(diào)整電路中輸入各相參考電流，從而將三相電流的絕對值之和和平均電流大小計算出來，并比較當(dāng)前電流和平均電流。根據(jù)其波動幅度就可以得出滯環(huán)比較器滯環(huán)寬度的有關(guān)調(diào)整幅度。

四、結(jié)語

本篇文章主要探討了一種比較新型的滯環(huán)電流控制方法。不僅通過開關(guān)損耗、開關(guān)電流與開關(guān)次數(shù)的線性相關(guān)，還通過了開關(guān)次數(shù)和滯環(huán)寬度呈現(xiàn)反比原理來闡述在控制精度以及開關(guān)頻率不變的情況下通過調(diào)整滯環(huán)寬度來降低有源濾波器中所存在的開關(guān)損耗。

參考文獻：

[1]曾江，陳浩平，劉艷.有效降低APF開關(guān)損耗的滯環(huán)寬度調(diào)節(jié)方法[J].電氣傳動自動化，2015，06：15-20.