有源滤波器的低损耗滞环电流控制方法

韩旭龙

摘 要：源滤波器中存在着电流跟踪性能不足的问题，所以为了提高此类性能，就必须依据电压空间矢量中所形成的滞环电流控制方法来改进滞环电流控制方法。此类方法运用补偿电路中的拓扑结构。这种结构能够让有源部分不受基波电压影响。那么本篇文章的主要内容就是对有源滤波器的低损耗滞环电流控制方法进行了探讨和反思。

关键词：有源滤波器；低损耗滞环电流；控制方法

一、分析有源滤波器的开关损耗

有关资料指出，有源电力滤波器的直流侧电压是很难改变的，所以在恒温的条件下，可以简单的视作开关损耗和开关电流之间成线性关系。在器件的工作环节，有源滤波器的損耗主要由四个部分组成，即因为漏电所引发的断态损耗，通态损耗，开通损耗以及开断损耗，分别表示为P1、P2、Pon、Poff。所以器件的总损耗的公式为P=P1+P2+Pon+Poff。在实际情况里，断态损耗可以被忽略，而通态损耗基本上是固定不变的。倘若在开关的过程中，假设器件的电压以及电流依据线性规律进行变化的话，并且在计算的时候忽视通态压降以及漏电流，那么器件在开通和关闭的过程中所产生的损耗就是近似的。在经历过相关算是的演算之后可以得出逆变器的开关损耗不仅会受到单位时间中的开关次数影响，还与其直流侧电压，开关时间和平均电流有关。这也就意味着倘若开关动作平均的被分配在时间轴上，那么开关平均电流与平均电流之间就是等同的关系。但是开关动作在i很小的时候较为集中的话，那么平均电流就会大于开关平均。反之，倘若开关动作在i很大的时候较为集中的话，那么平均电流就会小于开关平均电流。同理就能够推导出在逆变器关闭时所产生的的开关损耗（如表1所示）。

二、分析在滞环宽度调整下的情况下的误差电流以及开关损耗

（一）滞环宽度、开关频率和控制精度之间的关系

根据相关资料指出，开关周期T与滞环宽度h之间呈现正比的关系，并且滞环宽度h以及误差电流i的大小之间也是呈现正比关系。这就意味着这三者间都是呈现线性关系。所以要达到控制精度以及减小误差电流的目的，就必须提高开关频率。那么在三相系统中，滞环宽度、开关频率以及误差电流大小之间的关系就类似于单相系统。

（二）有源滤波器三相输出电流的绝对值范数

在三相系统之中，倘若三相开关次数呈现均匀分布的状态，那么开关损耗不仅和三相中的平均开关频率有所联系，而且还和三相电流中的绝对值之和呈现正比例关系。即||i||=|ia|+|ib|+|ic|，三者呈现比例关系。也就是说三相电流的绝对值之和与三相电流的绝对值范数是同一个意思。在运用到电机驱动和无功补偿的诸多场合中，可以将三相输出电流视为正弦电流，在一个周期之内它的范数波动不大。不过在运用有源滤波器的过程中，因为补偿电流中含有高次谐波电流，所以总的电流范数会出现波动较大的情况（如图2所示）。

（三）分析最优开关频率的调整幅度以及电流波动幅度

电流波动幅度与最优开关频率调整幅度息息相关，所以通过不一样的电流波动幅度x就可以得出相应最优开关频率调整幅度y的计算结果。基于以上的分析结果可以得出，倘若电流变化比较小，那么总开关的损耗的下降幅度也会较小。倘若电流波动比较大，那么总开关损耗将会剧烈下降。其实电流波动的幅度与最优开关频率调整幅度之间存在着十分复杂的对应关系。在实际的应用过程中，通过数值计算和采用数值拟合等方式最终得到了以下方程式，即y=0.3832x?0.007。通过这个方程式可以发现，倘若电流波动幅度较小，那么只要采用线性拟合就能够达到足够精确，两者之间的比例关系近乎0.3832。那么总的开关损耗公式根据推算得为Ploss =（1?xy） /（1?y）。

三、新的有源滤波器滞环电流控制方法

基于以上的分析，在本篇文章中还提出一种新型的滞环控制方法。相似于传统方法，比较系统实际三相电流和各相参考电流后得出各相电流的误差分别为?ia、?ib、?ic，再将电流误差置于滞比较器中后就得出了开关函数并产生补偿电流，即Sa、Sb、Sc、ica、icb、icc。并且可以修改滞环比较器宽度h，它的宽度的决定因素在于滞环宽度调整电路。在调整电路中输入各相参考电流，从而将三相电流的绝对值之和和平均电流大小计算出来，并比较当前电流和平均电流。根据其波动幅度就可以得出滞环比较器滞环宽度的有关调整幅度。

四、结语

本篇文章主要探讨了一种比较新型的滞环电流控制方法。不仅通过开关损耗、开关电流与开关次数的线性相关，还通过了开关次数和滞环宽度呈现反比原理来阐述在控制精度以及开关频率不变的情况下通过调整滞环宽度来降低有源滤波器中所存在的开关损耗。

参考文献：

[1]曾江，陈浩平，刘艳.有效降低APF开关损耗的滞环宽度调节方法[J].电气传动自动化，2015，06：15-20.