[发明专利]用于减少谐振的有源滤波器

说明书

提供了一种用于有源滤波器(1)以减少电气系统(2)中的谐振的控制单元(16)。电气系统(2)包括分配交流电(AC1)到AC导体(21)的电源(20)，AC导体(21)连接到功率消耗单元(22)，用于给功率消耗单元分配AC。有源滤波器(1)包括DC电源(10)和将DC电源(10)连接到AC导体(21)的DC导体(15”；3)。控制单元(16)包括：电压测量单元(17’)，其适合于基于测量的电压生成电压信号；计算单元(17”)，其适合于使用二阶滤波器，基于电压信号计算第一补偿电流，用于减少电气系统(2)中的谐振；以及转换系统(17”’)，其位于DC电源(10)和DC导体(15”；3)之间，用于生成所计算的第一补偿电流。

本申请是申请日为2012年11月22日，申请号为201280057812.9，发明名称为“用于减少谐振的有源滤波器”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及使用有源滤波器减少谐振的方法和装置。

背景技术

电气系统或电网包括能量产生单元和能量消耗单元或负载。交流电(AC)系统中的能量产生单元(或者在一些实例中，能量变换单元)典型地产生具有50或60Hz频率和相互之间具有120°相对偏移的三种交流电。为生成高效率电气系统，系统中的负载应该是纯粹地电阻性的，使得在每个周期相同情况时，电压和电流波形是同相的，并且改变极性。使用纯粹电阻性阻抗，在能量产生单元产生的所有能量在负载处将变成有用的和期望的能量形式。然而，在大多数情况，阻抗包含电感性或电容性组件，其意味着消耗的电流并不总是与交流电提供的电压同相。电感性和电容性组件在电场或磁场中临时存储能量，然后能量在周期中零点几秒之后被返回给电网。这个过程导致生成增加电流的非生产性功率的电压和电流的波形之间的时间差。此外，许多电气设备包括具有动态变化的负载的有源元件，也就是说负载随着时间变化，例如电器设备将电力功率转化为机械功。

在正常AC电力系统中，电压在具体频率上按正弦曲线变化，频率通常50或60赫兹，被称为电网频率(utility frequency)。线性负载，即使它包括电感性或电容性组件，也不会改变电流的波形的形状。然而，脉冲控制设备诸如整流器、变频驱动器或弧放电设备诸如荧光灯、电焊机、或电弧炉的使用的增加将非线性电流引进到电网中。因为这些系统中的电流被转换动作中断，电流包含了是电网频率倍数的频率分量，被称为谐波。随着非线性电流流经电器系统和分布传输线，由于负载的阻抗产生了附加电压失真，且生成了可以变得相当复杂的电流波形，这取决于负载的类型和其与系统的其它组件的相互作用。

谐波在很多方面是麻烦的，一个例子是电动机经历了由涡流导致的在电动机的铁芯引起的磁滞损耗，其与电流的频率是成比例的。因为谐波越高，其比电网频率在电机内产生更多磁芯损耗，其导致电机磁芯的持续增加的加热，这转而缩短了电机的寿命。谐振带来的其它问题包含电缆和变压器的过热、损害敏感设备和断路器的跳闸。

现有技术中已知有源滤波器能够减少电感性和/或电容性元件和谐振，例如由等人的在US7245045中的内容，其通过引用合并入本文。原则上有源滤波器是微处理器控制的放大器，其被连接到电网，并被安排检测和补偿在负载是纯粹电阻性时不会存在的关于频率的负载的电流消耗。

典型地，有源滤波器包括主电路，其中对于每相具有一个或一系列快速开关，每个开关被连接到电源，例如可以积聚电能的直流(DC)电源。电网的电流供给和负载的电流功率消耗被测量，使用脉冲宽度调制(PWM)，补偿电流通过开关被分配到电力系统。

在电气系统中电流流动通过电流测量单元的方式被测量，测量之后它被传送到计算单元，计算单元典型地使用快速傅里叶变换(FFT)将测量的电流变换为数字频域信号。变换的信号被用来生成反向数字信号，其作为补偿电流依靠脉冲宽度调制(PWM)被分配到电气系统。