[发明专利]谐波失真校正的方法和设备

说明书

本发明涉及谐波失真校正，更确切地说涉及生成用来从电源输出电压信号中基本上清除谐波失真的校正信号的方法和设备。

在不间断电源(UPS)的使用中产生的一个主要问题出现在输出电压信号里感生谐波失真的时候。从UPS输出端往回看该装置时，不间断电源一般有高电源阻抗，促使谐波失真。

用来消除UPS输出电压中的谐波失真的一种目前使用的方法包括使用与UPS输出连接的低阻抗陷波滤波器。这种滤波器降低电源在谐振频率处的输出阻抗，从而减小在输出电压信号中感生的谐波失真。然后，滤波器所需的笨重的硬件元件的使用增加了UPS的尺寸和重量并且增加了由于元件的损坏使UPS故障的概率。因此需要一种基本上不增加不间断电源的尺寸、重量和故障率的用来校正谐波失真的系统。

美国专利No.3,883,792公开了一种用于消除谐波影响的系统，它包括一个测量谐波的检测器、一个计算谐波失真性能指标的计算器、一个使谐波失真趋于最小的优化器和一个响应优化器输出产生校正信号触发时间的调制器及计算机。

本发明通过把一种负反馈系统用于谐波失真校正而提出一种与现有技术完全不同的方法和设备。不间断电源(UPS)的输出信号被采样并转换成数字信号，它在一个负反馈环路中被处理。

输出信号中谐波失真信号的振幅被一个谐波探测器探测并提取。一个比例积分补偿器利用该振幅的实分量和虚分量来确定基本上消除所探测的谐波失真的失真校正信号的实分量与虚分量。通过把一组表值乘以比例积分补偿器的输出而生成校正信号。把结果加到产生UPS输出电压信号的电源并产生一个基本上没有谐波失真的输出信号。

为了更完整地理解本发明及其优点，下面参照结合附图做出的以下详细描述。

图1a、1b和1c是说明谐波失真信号对正弦输出信号的影响的曲线图；

图2是说明对不间断电源的输出滤波以消除感生的谐波失真的现有技术方法的原理简图；

图3是表示本发明的谐波失真校正系统的功能方块图；

图4是说明用来生成谐波失真校正信号的负反馈环路处理的运行的流程图；以及

图5是说明方法的流程图，处理器使用其确定负反馈环路的校正信号。

下面参照附图，更确切地说参照图1a、1b和1c，图中表示谐波失真对正弦输出信号的影响。不间断电源(UPS)的输出电压信号2理想上表现为一个周期函数(即一个单频率正弦波)。然而，当谐波失真4被引入UPS的输出时，输出信号6成为一种失真的周期函数。

图2表示用来减小谐波失真在不间断电源8的输出电压中的影响的一个先有技术系统。UPS8包括一个直流电源11、一个三相变换器电路10和三个低通滤波器7。变换器10把来自直流电源11的输入信号转换成脉宽调制(PWM)模拟输出电压信号。

一个电感器12和电容器14构成在UPS8输出端的每个低通滤波器7，以便对PWM信号滤波并产生组成UPS的输出的60Hz正弦波信号(图1a中的标号2)。当从参照点A往回看UPS8时，这种配置造成一个数倍于基本输出频率的高阻抗源。高阻抗源支持UPS8的输出信号(图1c的标号6)中的谐波电压失真(图1b的标号4)。

这个失真问题已经在先有技术的UPS8中通过把陷波滤波器16连接于UPS8每相的输出端而得到解决。每个陷波滤波器16由连接在UPS8输出的两相之间的串联的电容器20和电感器18组成。此配置减小了从参照点B往回看UPS8时的源阻抗并且使输出端22处的模拟信号中存在的谐波失真影响减至最小。

图3表示在UPS9的负反馈环路中利用处理器24的本发明的功能方块图。虽然本发明的谐波失真校正系统将针对三相系统来描述，但应指出该系统很容易适用于如图4中所示的单相系统。在适用的场合，图3和图4的对应部分用相同的标号表示。UPS9包含一个60Hz频率正弦查表26，此表储存着生成60Hz正弦波所需的数字值。应该指出，正弦查表26可使用任何频率而60Hz正弦波仅作为例子给出。来自正弦表26的输出在乘法器33处被乘以一个由RMS电压补偿器27产生的换算因数。