摘要:有源电力滤波已成为了最有效的电力谐波抑制手段,PWM控制广泛的应用在有源电力滤波器的控制系统中。本文对各种PWM信号控制方式进行了介绍和比较,重点分析了滞环比较PWM控制方式和三角波比较PWM控制方式的原理,总结了各种控制方式的优缺点。

0 引言

有源电力滤波器由于其优良的性能而在电力滤波中逐渐替代无源滤波器。由于有源滤波器的原理是自身实时产生一个与谐波方向相反,幅值相同的补偿电压(电流),这就要求滤波器产生的补偿电压(电流)必须具有很好的跟踪性和准确性。PWM(脉冲宽度调制)控制是有源电力滤波器控制系统中最常用,也是最有效的控制方法。当检测系统检测到谐波后,指令运算电路根据检测到的谐波产生补偿信号,该信号通过跟踪控制电路生成PWM信号,最后驱动电路根据PWM信号产生补偿电压(电流)。目前采用的PWM控制方式主要有滞环比较方式、三角波比较方式、无差拍控制、单周控制等,以上方法都有自己的优缺点,本文将对几种常用的PWM控制方式进行探讨。

1 滞环比较PWM控制方式

滞环比较控制方法是将补偿电流(电压)的指令信号与逆变器实际电流(电压)补偿信号进行比较,两者之差输入到具有滞环特性的比较器,通过比较器的输出来控制开关的开合,从而达到变流器输出值实时跟踪补偿电流(电压)参考值。

补偿电流的指令信号i*c与实际的补偿电流信号ic进行比较,两者的偏差△ic作为滞环比较器的输入。用H表示滞环比较器的环宽,当∣△ic∣H时,滞环比较器的输出将翻转,则补偿电流ic的方向随之改变,使△ic减小,保证了补偿电流跟踪指令电流的变化。这种控制方法硬件电路简单,属于实时控制方式的一种,补偿量响应快,开关损耗小,而且不用载波,在逆变器的输出中不含特定频率的谐波分量。缺点是系统的开关频率、响应速度及电流的跟踪精度会受滞环带宽影响。带宽固定时,开关频率会随补偿电流变化而变化,从而引起较大的脉动电流和开关噪声。

2 三角波比较PWM控制方式

三角载波比较的跟踪控制方法是最简单的一种控制方法。

该方式将补偿电压的指令信号U*c与实际的补偿电压信号Uc进行比较,两者的偏差△Uc经放大器A之后再与三角波比较,所得到的矩形脉冲作为变流器各开关元件的控制信号,从而在变流器输出端获得所需的波形。放大器A往往采用比例放大器或比例积分放大器。这样组成的一个控制系统是基于把△Uc控制为最小来进行设计的。该调制方法的最大优点是开关频率固定,简单易行,响应速度快,对具有足够高开关频率的系统有良好的控制特性,缺点是输出波形中含有与三角载波相同频率的高频畸变分量,开关损耗较大,在大功率应用中受到限制。