用于減少諧振的有源濾波器的制造方法
【專利摘要】提供了一種用于有源濾波器(1)以減少電氣系統(tǒng)(2)中的諧振的控制單元(16)。電氣系統(tǒng)(2)包括分配交流電(AC1)到AC導體(21)的電源(20)，AC導體(21)連接到功率消耗單元(22)，用于給功率消耗單元分配AC。有源濾波器(1)包括DC電源(10)和將DC電源(10)連接到AC導體(21)的DC導體(15”；3)?？刂茊卧?16)包括：電壓測量單元(17’)，其適合于基于測量的電壓生成電壓信號；計算單元(17”)，其適合于使用二階濾波器，基于電壓信號計算第一補償電流，用于減少電氣系統(tǒng)(2)中的諧振；以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(17’”)，其位于DC電源(10)和DC導體(15”；3)之間，用于生成所計算的第一補償電流。
【專利說明】用于減少諧振的有源濾波器
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明通常涉及使用有源濾波器減少諧振的方法和裝置。
[0002] 置量
[0003] 電氣系統(tǒng)或電網(wǎng)包括能量產(chǎn)生單元和能量消耗單元或負載。交流電（AC)系統(tǒng)中 的能量產(chǎn)生單元（或者在一些實例中，能量變換單元）典型地產(chǎn)生具有50或60Hz頻率和相 互之間具有120°相對偏移的三種交流電。為生成高效率電氣系統(tǒng)，系統(tǒng)中的負載應該是純 粹地電阻性的，使得在每個周期相同情況時，電壓和電流波形是同相的，并且改變極性。使 用純粹電阻性阻抗，在能量產(chǎn)生單元產(chǎn)生的所有能量在負載處將變成有用的和期望的能量 形式。然而，在大多數(shù)情況，阻抗包含電感性或電容性組件，其意味著消耗的電流并不總是 與交流電提供的電壓同相。電感性和電容性組件在電場或磁場中臨時存儲能量，然后能量 在周期中零點幾秒之后被返回給電網(wǎng)。這個過程導致生成增加電流的非生產(chǎn)性功率的電壓 和電流的波形之間的時間差。此外，許多電氣設備包括具有動態(tài)變化的負載的有源元件，也 就是說負載隨著時間變化，例如電器設備將電力功率轉(zhuǎn)化為機械功。
[0004] 在正常AC電力系統(tǒng)中，電壓在具體頻率上按正弦曲線變化，頻率通常50或60赫 茲，被稱為電網(wǎng)頻率（utility frequency)。線性負載，即使它包括電感性或電容性組件，也 不會改變電流的波形的形狀。然而，脈沖控制設備諸如整流器、變頻驅(qū)動器或弧放電設備諸 如熒光燈、電焊機、或電弧爐的使用的增加將非線性電流引進到電網(wǎng)中。因為這些系統(tǒng)中的 電流被轉(zhuǎn)換動作中斷，電流包含了是電網(wǎng)頻率倍數(shù)的頻率分量，被稱為諧波。隨著非線性電 流流經(jīng)電器系統(tǒng)和分布傳輸線，由于負載的阻抗產(chǎn)生了附加電壓失真，且生成了可以變得 相當復雜的電流波形，這取決于負載的類型和其與系統(tǒng)的其它組件的相互作用。
[0005] 諧波在很多方面是麻煩的，一個例子是電動機經(jīng)歷了由渦流導致的在電動機的鐵 芯引起的磁滯損耗，其與電流的頻率是成比例的。因為諧波越高，其比電網(wǎng)頻率在電機內(nèi)產(chǎn) 生更多磁芯損耗，其導致電機磁芯的持續(xù)增加的加熱，這轉(zhuǎn)而縮短了電機的壽命。諧振帶來 的其它問題包含電纜和變壓器的過熱、損害敏感設備和斷路器的跳閘。
[0006] 現(xiàn)有技術中已知有源濾波器能夠減少電感性和/或電容性元件和諧振，例如由 Strdm等人的在US7245045中的內(nèi)容，其通過引用合并入本文。原則上有源濾波器是微處 理器控制的放大器，其被連接到電網(wǎng)，并被安排檢測和補償在負載是純粹電阻性時不會存 在的關于頻率的負載的電流消耗。
[0007] 典型地，有源濾波器包括主電路，其中對于每相具有一個或一系列快速開關，每個 開關被連接到電源，例如可以積聚電能的直流（DC)電源。電網(wǎng)的電流供給和負載的電流功 率消耗被測量，使用脈沖寬度調(diào)制（PWM)，補償電流通過開關被分配到電力系統(tǒng)。
[0008] 在電氣系統(tǒng)中電流流動通過電流測量單元的方式被測量，測量之后它被傳送到計 算單元，計算單元典型地使用快速傅里葉變換（FFT)將測量的電流變換為數(shù)字頻域信號。 變換的信號被用來生成反向數(shù)字信號，其作為補償電流依靠脈沖寬度調(diào)制（PWM)被分配到 電氣系統(tǒng)。
[0009] 本技術的有源濾波器包括為了減少電網(wǎng)上由有源濾波器產(chǎn)生的干擾而布置的濾 波電路。因為原則上有源濾波器是放大器，且由于濾波電路包括電感器和電容器，它可以與 諧振發(fā)生時放大諧波的電氣系統(tǒng)一起形成諧振電路。電網(wǎng)的諧振由于引起不需要的持續(xù)的 和短暫的震蕩可能是有害的，其轉(zhuǎn)而可以引起性能下降。在諧波處的電網(wǎng)諧振可以引起大 量電壓波動。在電氣系統(tǒng)中的諧振的效果可以隨著更高頻率被產(chǎn)生而逐漸惡化。對于生成 諧振行為尤其關鍵的是第7和第11次的諧波。
[0010] 本技術中的有源濾波器測量在AC電源和功率消耗設備之間流過的電流。因為電 氣系統(tǒng)的導體中流過的電流是電源的電壓和消耗設備的電阻的結(jié)果，根據(jù)歐姆定律I = U/ R，電流的測量將會被延遲，與電壓水平波動有關。最重要的是，在補償電流可以被產(chǎn)生之 前，有源濾波器基于快速傅里葉變換（FFT)使用A/D轉(zhuǎn)換，其中快速傅里葉變換相對地需要 微處理器中相對計算密集的計算。既然生成補償電流的過程對于處理諧振太慢，那么在本 技術中針對電氣系統(tǒng)中諧振行為的有源濾波器的響應是關閉濾波器，并通過向電氣系統(tǒng)中 添加組件處理產(chǎn)生諧振的頻率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本文實施方式的目的在于，通過使用如在所附的獨立權(quán)利要求中定義的方法和裝 置，解決至少一些上文所述的問題和缺點。
[0012] 提供了一種用于有源濾波器以減少電氣系統(tǒng)中諧振的控制單元。電氣系統(tǒng)包括分 配交流電到AC導體的電源，AC導體連接到功率消耗單元，用于給功率消耗單元分配AC。有 源濾波器包括DC電源和將DC電源連接到AC導體的DC導體?？刂茊卧ǎ弘妷簻y量單 元，其適合于（測量例如在AC導體上的電壓，和）基于所測量的電壓生成電壓信號；計算單 元，其適合于以電壓信號為基礎計算（第一）補償電流以減少電氣系統(tǒng)中諧振；以及開關 (或轉(zhuǎn)換）系統(tǒng)，其位于DC電源和DC導體之間，用于生成所計算的補償電流。通過測量電 壓，接收到直接響應，其生成了等待時間低得足以抑制諧振的系統(tǒng)。
[0013] 根據(jù)控制單元的一個實施方式，有源濾波器還包括連接到DC導體和接地的電容 器，其適合于將電氣系統(tǒng)中除了電網(wǎng)頻率以外的頻率導向地。電壓測量單元適合于連接到 在AC電源和電容器之間的一個點上。通過測量在這個位置上的電壓，潛在有害的電流的電 壓水平上的瞬時值被采集，因為測量的電壓水平立刻反映電力系統(tǒng)（或電氣系統(tǒng)）的電壓 水平。
[0014] 根據(jù)控制單元的一個實施方式，計算單元可以使用二階濾波器（和，可選擇地，附 加的濾波器和/或處理手段/步驟）基于電壓信號來計算第一補償電流。例如，計算單元可 以將二階濾波器（或與二階濾波器相關聯(lián)的傳遞函數(shù)）應用到電壓信號，或應用到基于電 壓信號得出的信號。二階濾波器使得通過標準組件得到具有高采樣頻率的系統(tǒng)成為可能。 二階濾波器可以具有超過100kSa/ S (每秒采樣次數(shù)）或超過150kSa/s的采樣頻率。
[0015] 根據(jù)控制單元的一個實施方式，電壓測量單元還適合于測量第二和第三交流電的 電壓，第二和第三交流電分別相對于第一交流電具有大致120°和240°的偏移；并適合于 基于第二和第三測量電壓生成第二和第三電壓信號。計算單元可以還適合于基于第二和第 三電壓信號計算第二和第三補償電流。DC電源可以適合于從第二和/或第三交流電接收電 流，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以適合于以脈沖寬度調(diào)制的方式將第一補償電流分配到第一 AC導體（也就 是，本實施方式的AC導體可以例如包括第一、第二和第三AC導體，第一、第二和第三交流電 分別地被分配到第一、第二和第三AC導體，第一補償電流可以被分配到這些AC導體中的第 一個）。
[0016] 根據(jù)控制單元的一個實施方式，電流可以在AC導體被測量，例如通過電流測量單 元被測量。電流信號可以基于所測量的電流被生成，計算單元可以適合于基于電壓信號和 電流信號計算第一補償電流。
[0017] 還提供了一種用于減少電氣系統(tǒng)中諧振的有源濾波器。電氣系統(tǒng)包括分配交流電 到AC導體的電源，AC導體連接到功率消耗單元，用于將交流電分配到功耗單元。有源濾波 器包括DC電源和連接DC電源和AC導體的DC導體。有源濾波器根據(jù)本文任何實施方式還 包括控制單元。
[0018] 還提供了一種抑制電氣系統(tǒng)中的諧振的方法。該方法包括：測量將能量從AC電源 供應到能量消耗單元的導體處的電壓（或相關于導體的電壓），基于所測量的電壓生成電 壓信號，基于電壓信號計算補償電流，以及（基于所計算的補償電流）生成控制信號，用于 控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過脈沖寬度調(diào)制的方式生成補償電流。
[0019] 根據(jù)一個實施方式，在導體和電容器之間測量電壓，電容器適合于將除了電氣系 統(tǒng)的電網(wǎng)頻率以外的其他頻率交流電導向地。
[0020] 根據(jù)一個實施方式，基于電壓信號計算補償電流的步驟可以包括使用二階濾波器 (例如，通過應用二階濾波器到電壓信號或從電壓信號得到的信號）。二階濾波器可以具有 大于100kSa/s或大于150kSa/s的采樣頻率。
[0021] 還提供了一種用于連接到電氣系統(tǒng)的有源濾波器的控制方法?？刂品椒òy量 電氣系統(tǒng)處的電壓以得到電流，比較所得到的電流與參考電流，根據(jù)比較得出電流誤差向 量，設置電流誤差閾值。本方法還包括，當電流誤差向量在閾值之下時，基于電流誤差向量， 使用第一轉(zhuǎn)換模式生成DC電源和電氣系統(tǒng)之間的第一電流；并且，當所得到的電流在閾值 之上時，基于電流誤差向量使用第二轉(zhuǎn)換模式生成DC電源和電氣系統(tǒng)之間的不同的第二 電流。通過提供第一和第二轉(zhuǎn)換模式，第一和第二種響應可以被生成，其中一種是能量高效 的，另一種是效力足以抑制諧振。
[0022] 根據(jù)一個實施方式，電氣系統(tǒng)是三相交流電系統(tǒng)，其包括相互之間大致具有120° 偏移的交流電，其中閾值是應用到所有三相上并因此生成六邊形閾值的上限閾值和下限閾 值。
[0023] 根據(jù)另一個實施方式，第一轉(zhuǎn)換模式適合于通過在六邊形內(nèi)，朝著最遠閾值，生成 改變了電流誤差向量方向的電流，來生成盡可能長的轉(zhuǎn)換周期。
[0024] 根據(jù)又一個實施方式，生成DC電源和電氣系統(tǒng)之間的第二電流的步驟包括生成 與電流誤差向量相反的電流，使得電流誤差被盡可能有效地減少。
[0025] 根據(jù)一個實施方式，得到電流誤差向量的步驟通過使用二階濾波器（例如通過應 用二階濾波器）被執(zhí)行。二階濾波器使得通過標準組件獲得具有高采樣頻率的系統(tǒng)成為可 能。二階濾波器可以具有超過l〇〇kSa/s或超過150kSa/s的采樣頻率。
[0026] 還提供了一種用于連接到電氣系統(tǒng)的有源濾波器的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包括測量 單元，其適合于測量在電氣系統(tǒng)的電壓以得到電流；比較單元，其適合于比較電氣系統(tǒng)的電 壓與參考值以得到電流誤差向量；控制單元，其適合于設置電流誤差閾值；以及轉(zhuǎn)換單元。 轉(zhuǎn)換單元適合于當電流誤差向量在閾值之下時，基于電流誤差向量使用第一轉(zhuǎn)換模式生成 DC電源和電氣系統(tǒng)之間的第一電流；以及，當所得到的電流在閾值之上時，基于電流誤差 向量使用第二轉(zhuǎn)換模式生成DC電源和電氣系統(tǒng)之間的不同的第二電流。通過提供第一和 第二轉(zhuǎn)換模式，第一和第二種響應可以被生成，其中一種是能量高效的，另一種是效力足以 抑制諧振。
[0027] 根據(jù)一個實施方式，電氣系統(tǒng)是三相交流電系統(tǒng)，其包括相互之間大致具有120° 偏移的交流電，其中閾值是應用到所有三相上并因此生成六邊形閾值的上限閾值和下限閾 值。
[0028] 根據(jù)一個實施方式，第一轉(zhuǎn)換模式適合于通過在六邊形內(nèi)，朝著最遠閾值，生成改 變了電流誤差向量方向的電流，來生成盡可能長的轉(zhuǎn)換周期。
[0029] 根據(jù)控制系統(tǒng)的一個實施方式，生成DC電源和電氣系統(tǒng)之間的第二電流包括生 成與電流誤差向量相反的電流，使得電流誤差被盡可能有效地減少。
[0030] 根據(jù)控制系統(tǒng)的一個實施方式，得到電流誤差向量的步驟通過使用二階濾波器 (例如通過應用二階濾波器）被執(zhí)行。
[0031] 本解決方案的進一步可能的特點和益處從下面詳細描述中將會變得明顯。請注意 任何實施方式或?qū)嵤┓绞降娜魏尾糠忠约叭魏畏椒ɑ蚍椒ǖ娜魏尾糠挚梢砸匀魏畏绞奖?合并。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032] -些可能的實施方式現(xiàn)在將作為例子、參照附圖被描述，附圖中：
[0033] 圖1是有源濾波器的系統(tǒng)概觀；
[0034] 圖2是更詳細展示的用于三相系統(tǒng)的有源濾波器的系統(tǒng)概觀；
[0035] 圖3a示出了具有120°相移的三個電流的圖示；
[0036] 圖3b示出了當有關理想正弦參考信號被調(diào)制時電網(wǎng)頻率的圖示；
[0037] 圖4a示出了作為結(jié)果的誤差向量和閾值構(gòu)成的六邊形的圖示；
[0038] 圖4b是有源濾波器的系統(tǒng)概觀；
[0039] 圖4c是與六邊形閾值有關的誤差向量的圖示；
[0040] 圖5a是進一步展示單元細節(jié)的有源濾波器的系統(tǒng)概觀；
[0041] 圖5b是解釋開關狀態(tài)的圖示；
[0042] 圖6是闡釋在電氣系統(tǒng)中抑制諧振的方法的流程圖；和
[0043] 圖7是闡釋用于有源濾波器的控制方法的流程圖。
[0044] 詳細描沭
[0045] 通過快速響應諧振行為和立即提供主動抑制諧振的補償電流，提供用于減少電力 系統(tǒng)中的諧振的有源濾波器。通過利用導體上的電壓測量實現(xiàn)快速響應時間，該導體在將 被監(jiān)控和補償?shù)碾姎庀到y(tǒng)和電容器之間，所述電容器適合于吸引頻率高于電氣系統(tǒng)的電網(wǎng) 頻率的交流電。通過測量這個位置的電壓，潛在地有害的電流的電壓水平上的瞬時值被收 集，因為測量的電壓水平即時地反映電力系統(tǒng)的電壓水平，與響應電壓變化依賴于聚集在 阻抗的電流的電流形成對比。
[0046] 通過轉(zhuǎn)換和脈沖寬度調(diào)制（PWM)，補償電流的饋送基于時域信號例如測量的電壓 被控制，生成這樣的時域信號的快速傅里葉變換（FFT)的需要強大計算能力的步驟被剔除 了。通過更快地提供主動抑制諧振的補償電流，這減少了等待時間并允許對諧振行為的更 快的響應。
[0047] 基于兩個閾值的調(diào)制方法被進一步提供。只要電流誤差（與期望的電網(wǎng)頻率電流 的偏差）被保持在第一閾值之下，兩個閾值使得系統(tǒng)能夠以不那么有力的第一方式作出反 應，這優(yōu)化了轉(zhuǎn)換，因為每秒進行少量次數(shù)的轉(zhuǎn)換是可能的，使得有源濾波器消耗更少的能 量并減少有源元件上的負擔，延長了有源濾波器的壽命。由于電流誤差經(jīng)過第一閾值，濾波 器通過忽略需要被進行的開關的數(shù)量作出非常有力的反應，代替地，生成的補償電流大致 與電流誤差相反，并因此盡可能有效地和快速地減少電流誤差，這使得系統(tǒng)能夠?qū)τ谟蓪?被補償?shù)呢撦d激起的電網(wǎng)中的諧振作出反應。
[0048] 下文中，參考附圖，將給出實施方式的詳細描述。應認識到，附圖僅是用于解釋，而 不是以任何方式限制范圍。
[0049] 根據(jù)第一個實施方式，圖1示出了用于諧振補償?shù)挠性礊V波器1，其中有源濾波器 1與電氣系統(tǒng)2連接在一起。電氣系統(tǒng)2包括AC電源20,其分配交流電到交流電（AC)導 體21，用于傳送到功率消耗單元22。電源20可以是產(chǎn)生交流電的發(fā)電機或被用來將電壓 水平從高電壓電網(wǎng)水平變換為消費水平的變壓器。功率消耗單元22例如是電機，其將從電 源20供應的電能經(jīng)由AC導體21變換為機械功。
[0050] 有源濾波器1經(jīng)由設置在有源濾波電路1和AC導體21之間的導體3被連接到電 氣系統(tǒng)2,使得有源濾波器1產(chǎn)生的電流可以被分配到電氣系統(tǒng)2,用于改善AC導體21中 流過的交流電的特性。
[0051] 有源濾波器1包括連接到控制單元16中的開關11 (或轉(zhuǎn)換單元/系統(tǒng)）的直流 (DC)電源10。開關11通過脈沖寬度調(diào)制（PWM)的方式生成補償電流，使得供給到電氣系 統(tǒng)2的電流的平均值被以快節(jié)奏打開和關閉的開關11控制。開關11相對于打開時期被關 閉得越長，供應給電氣系統(tǒng)2的電流變得越大。
[0052] 經(jīng)由第二導體15"，開關11被連接到感應器12。通過根據(jù)數(shù)學公式U = Ldl/dt 在其上形成與電流的變化比率成比例的電壓，對抗流經(jīng)其電流的變化，感應器12將開關11 產(chǎn)生的脈沖變換為連續(xù)信號。對為100A電流被配置的有源濾波器來說，該感應器典型地是 在200-250uH范圍內(nèi)的感應器。感應器12轉(zhuǎn)而連接到導體3,其將有源濾波器1連接到電 氣系統(tǒng)2,使得由有源濾波器1生成的電流可以被供應到電氣系統(tǒng)2。附加導體15'"將導 體3連接到電容器13,電容器13轉(zhuǎn)而被連接到地14。電容器13被設置的值允許具有大于 電流的電網(wǎng)頻率（對于電網(wǎng)應用，典型地50-60HZ)的量級的頻率的交流電通過地14連接。 這有效地將在電氣系統(tǒng)2中產(chǎn)生損失的所有頻率吸引到電容器。
[0053] 控制系統(tǒng)16包括測量單元17'，其經(jīng)由測量導體18連接到AC電源20和電容器 13之間的導體21 ;3 ;15'"上的點，使得流經(jīng)導體21 ;3 ;15'"的、其頻率高于電網(wǎng)頻率的交 流電分量的電壓水平將會以高準確度和低等待時間被測量。
[0054] 測量的信號從測量單元17'被傳遞到計算單元17"，其適合于計算補償電流，用于 減少除電網(wǎng)頻率以外的電流的頻率分量，關于補償電流的計算/生成的進一步細節(jié)將會參 考圖3-4被描述。計算單元17"被連接到轉(zhuǎn)換單元（或系統(tǒng)）17'"，補償電流通過PWM的方 式通過轉(zhuǎn)換單元17'"的開關11被實現(xiàn)，也就是說，補償電流從DC電源10供應，通過轉(zhuǎn)換 單元17'"使用PWM被形成。
[0055] 圖2示出了與參考圖1描述的電氣系統(tǒng)相似的電氣系統(tǒng)2的形式。主要的不同在 于根據(jù)圖2的系統(tǒng)是三相系統(tǒng)，例如大多數(shù)電網(wǎng)，包括每相具有120°相位偏移的三相交流 電，并且每相連接三相負載22,例如通過Λ或Y耦合的方式。電氣系統(tǒng)包括3個導體21a、 2lb、21c，用于將電流從AC電源20傳送到負載22。
[0056] 就像參考圖1在下面描述的電路中，有源濾波器1包括直流電源10,這里包括平行 于電阻器38的電容器37。DC電源10經(jīng)由導體32'、32"被連接到轉(zhuǎn)換單元17'"。參考圖 2根據(jù)下面示出的實施方式，轉(zhuǎn)換單元包括成對開關（其中一個被放大并用參考標號31a" 表示）的晶體管電橋31 &、3113、31(：，對于三相中的每相，頂部的一個用于供應正電壓，底部 的一個用于供應負電壓。每個開關，例如31a"，包括晶體管36、二極管35和緩沖電路34,其 與晶體管的集電極36"和發(fā)射極36' "并聯(lián)連接。晶體管36是控制PWM的有源元件，當電 氣系統(tǒng)2的電壓超過DC蓄電池的電壓時，二極管35將電流從電氣系統(tǒng)2導向DC蓄電池。 通過吸收或減少電壓到可控水平（即，50-100V)，緩沖電路34保護晶體管免受在開關關閉 電流時生成的短的電壓峰值。對于每一相，成對的開關的其中一端彼此連接并連接到導體 15a、15b、15c，它們的另一端通過共享導體32'、32"的方式連接到DC電源10。DC電源10 以及開關的具體設計被看作是實現(xiàn)的例子。技術人員認識到該設計的變化或替換是同樣地 可得到的。
[0057] 晶體管36的柵極36'被連接到從計算單元17"引出的控制引線33a、33b、33c，使 得開關對來自計算單元17的影響晶體管36的半導體屬性的脈沖起作用。在參考圖2描述 的實施方式中，晶體管是絕緣柵雙極晶體管（IGBT)，其是高效率的并提供快速轉(zhuǎn)換，然而可 以構(gòu)想晶體管是不同種類的，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管（M0SFER)。
[0058] 導體12a、12b、12c和電容13a、13b、13c被進一步調(diào)整，使得由晶體管電橋31a、 31b、31c的開關產(chǎn)生的濾波器短路諧波和干擾被減少/減弱。
[0059] 有源濾波器1的控制單元16包含經(jīng)由測量導體18a、18b、18c連接到AC電源20和 電容器13a、13b、13c之間的導體3a、3b、3c上的點的測量單元17'，使得其頻率高于電網(wǎng)頻 率的流經(jīng)導體13a、13b、13c的交流電分量的電壓水平將以高準確度和低等待時間被測量。 測量單元17'被連接到計算單元17"，其中生成到開關的控制信號的脈沖寬度調(diào)制（PWM)被 計算。計算單元17"包括處理單元，其可以是單個CPU (中央處理單元），或可以包括兩個或 更多處理單元。例如，處理器可以含有通用微處理器、指令設置處理器和/或相關芯片組和 /或?qū)Ｓ梦⑻幚砥骼鏏SIC(專用集成電路）。處理器也可以包括用于緩存目的板存儲器。
[0060] 如圖1所示，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)17'"被連接到感應器12&、1213、12(3，通過在其上產(chǎn)生與電流 的變化率成比例的電壓，對抗流經(jīng)它的電流的變化，感應器12a、12b、12c將轉(zhuǎn)換系統(tǒng)17' " 產(chǎn)生的脈沖變換為連續(xù)信號。感應器12a、12b、12c依次連接到導體3a、3b、3c，導體3a、3b、 3c將有源濾波器1連接到電氣系統(tǒng)2,使得由有源濾波器1生成的電流可以被供應到電氣 系統(tǒng)2。
[0061] 測量的信號從測量單元17'被傳遞到計算單元17"，計算單元17"適合于計算補償 電流，用于抑制諧振和減少除電網(wǎng)頻率以外的電流的頻率分量。關于補償電流的計算/生 成的進一步細節(jié)將會參考圖3-4被描述。計算單元17"被連接到轉(zhuǎn)換單元（或系統(tǒng)）17' "， 其通過PWM的方式實現(xiàn)了補償電流。
[0062] 用于控制開關的控制信號的生成和計算單元的操作的進一步細節(jié)將會參考圖3-4 在下面被描述。
[0063] 根據(jù)至少一些實施方式，補償電流將會通過一個或多個數(shù)字二階濾波器的方式被 生成。二階濾波器是具有傳遞函數(shù)的二階遞歸線性濾波器，傳遞函數(shù)是兩個二次函數(shù)的 比：
[0064]
【權(quán)利要求】
1. 一種控制單元（16)，其用于有源濾波器⑴以減少電氣系統(tǒng)⑵中的諧振，所述電 氣系統(tǒng)⑵包括將交流電（AC1)分配到AC導體（21)的電源（20)，所述AC導體（21)連接 到功率消耗單元（22)，用于將所述交流電分配給所述功率消耗單元，所述有源濾波器（1) 包括DC電源（10)和將所述DC電源（10)連接到所述AC導體（21)的DC導體（15";3)，所 述控制單元（16)包括： 電壓測量單元（17'），其適合于基于測量的電壓生成電壓信號； 計算單元（17"），其適合于使用二階濾波器，基于所述電壓信號計算第一補償電流，以 減少所述電氣系統(tǒng)（2)中的諧振；和 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（17'"），其位于所述DC電源（10)和所述DC導體（15";3)之間，用于生成所 計算的第一補償電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制單元，其中所述有源濾波器還包括電容器（13)，該電容 器（13)連接到所述DC導體（15";3)并接地（14)，且適合于將除了所述電氣系統(tǒng)的電網(wǎng)頻 率之外的頻率導向地（14)，其中所述電壓測量單元適合于連接到所述AC電源（20)和所述 電容器（13)之間的點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項所述的控制單元，其中所述計算單元適合于將所述 二階濾波器應用到所述電壓信號或應用到基于所述電壓信號得到的信號。
4. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的控制單元，其中所述二階濾波器具有超過 100kSa/s的采樣頻率。
5. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的控制單元，其中所述電壓測量單元（17'）還適合 于測量相對于所述第一交流電分別具有大致120°和240°的偏移的第二交流電（AC2)和 第三交流電（AC3)的電壓，并基于所測量的第二電壓和所測量的第三電壓生成第二電壓信 號和第三電壓信號，其中所述計算單元（17"）還適合于基于所述第二電壓信號和所述第三 電壓信號計算第二補償電流和第三補償電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制單元，其中所述DC電源（10)適合于從所述第二交流電 (AC2)或所述第三交流電（AC3)接收電流，其中所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（17'"）適合于以脈沖寬度調(diào) 制的方式將所述第一補償電流分配到第一 AC導體（21a)。
7. 根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的控制單元，其中所述計算單元適合于根據(jù)基于所 測量的電流的電流信號和所述電壓信號計算所述第一補償電流。
8. -種有源濾波器（1)，用于減少電氣系統(tǒng)（2)中的諧振，所述電氣系統(tǒng)包括將交流電 (AC1)分配到AC導體（21)的電源（20)，所述AC導體（21)連接到功率消耗單元（22)，用于 將所述交流電（AC1)分配到所述功率消耗單元（22)，所述有源濾波器（1)包括： DC 電源（10); 將所述DC電源（10)連接到所述AC導體（21)的DC導體（15" ；3);和 根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任何一項所述的控制單元（16)。
9. 一種抑制電氣系統(tǒng)中的諧振的方法，所述電氣系統(tǒng)包括有源濾波器，所述方法包 括： 測量（71)將能量從AC電源（20)供應到能量消耗單元（22)的導體（21)的電壓， 基于所測量的電壓生成（72)電壓信號， 使用二階濾波器基于所述電壓信號計算（73)補償電流，和 生成（74)控制信號，用于控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過脈沖寬度調(diào)制的方式生成所述補償電流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電壓在所述導體（21)和電容器（13)之間被 測量，所述電容器（13)適合于將具有除了所述電氣系統(tǒng)的電網(wǎng)頻率以外的其他頻率的交 流電導向地（14)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9-10中的任何一項所述的方法，其中基于所述電壓信號計算補償電 流的步驟包括將所述二階濾波器應用到所述電壓信號或應用到基于所述電壓信號得到的 信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中的任何一項所述的方法，其中基于所述電壓信號計算補償電 流的步驟通過使用具有大于100kSa/S的采樣頻率的二階濾波器被執(zhí)行。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中基于所述電壓信號計算補償電流的步驟通過使 用具有大于150kSa/s的采樣頻率的二階濾波器被執(zhí)行。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9-13中的任何一項所述的方法，其中所述補償電流是根據(jù)基于在所 述導體上測量的電流的電流信號和所述電壓信號被計算的。
【文檔編號】H02J3/18GK104145393SQ201280057812
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月25日
【發(fā)明者】喬納斯·佩爾松 申請人:科姆賽斯公司