有源濾波器的低損耗滯環電流控制方法

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，就必須依據電壓空間矢量中所形成的滯環電流控制方法來改進滯環電流控制方法。此類方法運用補償電路中的拓撲結構。這種結構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容就是對有源濾波器的低損耗滯環電流控制方法進行了探討和反思。

關鍵詞：有源濾波器；低損耗滯環電流；控制方法

一、分析有源濾波器的開關損耗

有關資料指出，有源電力濾波器的直流側電壓是很難改變的，所以在恒溫的條件下，可以簡單的視作開關損耗和開關電流之間成線性關系。在器件的工作環節，有源濾波器的損耗主要由四個部分組成，即因為漏電所引發的斷態損耗，通態損耗，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，斷態損耗可以被忽略，而通態損耗基本上是固定不變的。倘若在開關的過程中，假設器件的電壓以及電流依據線性規律進行變化的話，并且在計算的時候忽視通態壓降以及漏電流，那么器件在開通和關閉的過程中所產生的損耗就是近似的。在經歷過相關算是的演算之后可以得出逆變器的開關損耗不僅會受到單位時間中的開關次數影響，還與其直流側電壓，開關時間和平均電流有關。這也就意味著倘若開關動作平均的被分配在時間軸上，那么開關平均電流與平均電流之間就是等同的關系。但是開關動作在i很小的時候較為集中的話，那么平均電流就會大于開關平均。反之，倘若開關動作在i很大的時候較為集中的話，那么平均電流就會小于開關平均電流。同理就能夠推導出在逆變器關閉時所產生的的開關損耗（如表1所示）。

二、分析在滯環寬度調整下的情況下的誤差電流以及開關損耗

（一）滯環寬度、開關頻率和控制精度之間的關系

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

（二）有源濾波器三相輸出電流的絕對值范數

在三相系統之中，倘若三相開關次數呈現均勻分布的狀態，那么開關損耗不僅和三相中的平均開關頻率有所聯系，而且還和三相電流中的絕對值之和呈現正比例關系。即||i||=|ia|+|ib|+|ic|，三者呈現比例關系。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是同一個意思。在運用到電機驅動和無功補償的諸多場合中，可以將三相輸出電流視為正弦電流，在一個周期之內它的范數波動不大。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，所以總的電流范數會出現波動較大的情況（如圖2所示）。

（三）分析最優開關頻率的調整幅度以及電流波動幅度

電流波動幅度與最優開關頻率調整幅度息息相關，所以通過不一樣的電流波動幅度x就可以得出相應最優開關頻率調整幅度y的計算結果。基于以上的分析結果可以得出，倘若電流變化比較小，那么總開關的損耗的下降幅度也會較小。倘若電流波動比較大，那么總開關損耗將會劇烈下降。其實電流波動的幅度與最優開關頻率調整幅度之間存在著十分復雜的對應關系。在實際的應用過程中，通過數值計算和采用數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現，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，兩者之間的比例關系近乎0.3832。那么總的開關損耗公式根據推算得為Ploss =（1?xy） /（1?y）。

三、新的有源濾波器滯環電流控制方法

基于以上的分析，在本篇文章中還提出一種新型的滯環控制方法。相似于傳統方法，比較系統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函數并產生補償電流，即Sa、Sb、Sc、ica、icb、icc。并且可以修改滯環比較器寬度h，它的寬度的決定因素在于滯環寬度調整電路。在調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，并比較當前電流和平均電流。根據其波動幅度就可以得出滯環比較器滯環寬度的有關調整幅度。

四、結語

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

參考文獻：

[1]曾江，陳浩平，劉艷.有效降低APF開關損耗的滯環寬度調節方法[J].電氣傳動自動化，2015，06：15-20.