变频三角载波发生器及基于载波周期调制技术的APF制造技术

本发明专利技术涉及一种变频三角载波发生器及包含发生器的基于载波周期调制技术的APF，该发生器包括下述程序模块：变频三角载波调制信号生成模块；变频三角载波频率瞬时值波形生成模块；变频三角载波生成模块；数字变频三角载波生成模块。采用本发明专利技术提出的变频三角载波发生器代替固定频率的三角载波发生器，能够通过三角载波频率随周期三角信号规律变化来消除载频处谐波，在抑制APF网侧电流电磁干扰的同时，改善了总谐波失真。

【技术实现步骤摘要】
变频三角载波发生器及基于载波周期调制技术的APF
本专利技术属于有源电力滤波器控制领域，具体涉及一种变频三角载波发生器及基于载波周期调制技术的并联型有源电力滤波器。
技术介绍
并联型有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)可有效解决电网谐波污染等问题，它能够对电网系统存在的谐波、负序电流及无功功率进行快速跟踪补偿。传统的APF采用定载频PWM技术来产生补偿电流。根据脉宽调制原理，定载频PWM变换器中产生的补偿电流在整数倍开关频率处有幅值较大的谐波簇。因此，基于定载频PWM技术的APF，虽然线路电流的低次谐波被强烈地衰减，但同时也引入了整数倍载频处的谐波簇。如不加处理，不仅会降低APF的补偿效果，由载频谐波簇产生的电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)还会影响电源线或其附近的敏感电子设备。针对这一问题，通常的解决方法是提高开关频率。随着开关频率的提高，载频谐波的频率也相应提高，载频谐波的幅度有所减小。但是，这种方法会带来较大的开关损耗，在大功率环境下并不适用，且受到功率器件开关频率的限制。另一种解决方法是使用EMI滤波器，但这会增加APF的体积和成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的一个技术问题是提供一种变频三角载波发生器。为了解决上述技术问题，本专利技术的变频三角载波发生器包括下述程序模块：变频三角载波调制信号生成模块：设置变频三角载波的调制信号为三角波，其周期为Tm，峰-峰值为2×Peakm；根据公式(1)计算A定时中断周期t1；设调制信号的幅值初始值等于0；在每一个A定时中断周期内对调制信号幅值进行累加1或累减1计算：当调制信号幅值累加1到800时进入累减1状态，当调制信号幅值累减1到-800时进入累加1状态，重复此循环得到峰-峰值为2×Peakm，周期为Tm的变频三角载波调制信号；变频三角载波频率瞬时值波形生成模块：设置变频三角载波的中心频率为fa0；根据公式(2)计算得到变频三角载波频率瞬时值fa(t)，得到变频三角载波频率瞬时值波形；fa(t)＝fa0+fm(t)(2)其中fm(t)＝Um(t)×1V/Hz；Um(t)为变频三角载波调制信号的幅值瞬时值；变频三角载波生成模块：根据公式(3)计算得到变频三角载波在每一个频率值处的幅值瞬时值；Peaka[i]为变频三角载波在频率值fa0+fm(Ti)处的幅值瞬时值；fa0+fm(Ti)为变频三角载波在Ti时刻的频率瞬时值；fm(Ti)＝Um(Ti)×1V/Hz，Um(Ti)为变频三角载波调制信号在Ti时刻的幅值瞬时值；设置B定时中断周期为t2，变频三角载波Ua(t)的幅值初始值为0；读取变频三角载波在频率值fa0+fm(Ti)处的幅值瞬时值Peaka[i]；在每一个定时中断周期t2内对变频三角载波的幅值累加1或累减1计算：当幅值累加1到Peaka[i]时进入累减1状态；当幅值累减1到0时读取变频三角载波在频率值fa0+fm(Ti+1)处的峰值Peaka[i+1]值并进入累加1状态，重复此循环得到变频三角载波Ua(t)；数字变频三角载波生成模块：设数字变频三角载波在各频率值处的峰值均为Peakc，根据公式(3)得到峰值相同且等于Peakc的数字变频三角载波Uc(t)；。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种包含上述变频三角载波发生器的基于载波周期调制技术的APF；该APF还包括数字调制波发生器、驱动电路、H桥；数字调制波发生器产生数字调制波；数字调制波与数字变频三角载波比较产生第一开关控制信号OPWM1，将OPWM1取反后得到第二开关控制信号OPWM2；数字调制波取反后与数字变频三角载波比较产生第三开关控制信号OPWM3，将OPWM3取反后得到第四开关控制信号OPWM4；第一开关控制信号OPWM1、第二开关控制信号OPWM2、第三开关控制信号OPWM3和第四开关控制信号OPWM4输入到驱动电路中，驱动电路输出4路控制信号，控制H桥4个开关管的导通与关断，使得APF接电网侧产生补偿电流。为了解决定载频APF在整数倍载频处有明显谐波簇等问题，本专利技术提出了一种变频三角载波发生器，用以代替固定频率的三角载波发生器，通过三角载波频率随周期三角信号规律变化来消除载频处谐波。在抑制APF网侧电流电磁干扰的同时，改善THD。调制APF的三角载波频率按照三角信号规律变化，将APF网侧电流的每个载频谐波的能量扩展到周围的频带内。与定载频APF相比，基于周期调制技术的APF能够有效减少网侧电流的载频谐波幅值，同时改善总谐波失真(THD)。本专利技术的主要优点在于：(1)所述控制电路可以通过FPGA编程实现，在原有条件基础上无需任何额外器件，通过改变主控制器FPGA程序，便可有效抑制APF网侧电流在整数倍载频处的谐波，同时改善THD；(2)与普通APF及其他调制技术相比，可根据所需的网侧电流的频谱分布特点设计适合自身的调制信号，得到更好的载频谐波抑制效果。研究表明，载波频率调制技术(CarrierFrequencyModulation,CFM)是抑制载频谐波的最佳方案。其工作原理为，调制恒定的载波频率为变化值，以将每个单次载频谐波的能量传递到周围的频带内，从而降低载频谐波的峰值幅度。目前，载波频率调制技术主要有随机调制技术、混沌调制技术、周期性调制技术。随机信号和混纯信号都具有随机性，因此调制后的频谱分布相似。采用随机调制技术和混沌调制技术可有效降低载频谐波幅值，但载频谐波的频谱扩展范围过宽，引入大量低频谐波，缺乏总谐波失真(TotalHarmonicDistortion,THD)控制。相比之下，周期调制技术将扩频范围限制在一定边带内，能够在抑制谐波峰值的同时避免低频谐波的产生。本专利技术采用基于周期调制技术的APF，有效减少了网侧电流的载频谐波幅值，同时改善了总谐波失真(THD)。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是基于载波频率调制技术的并联型APF结构示意图。图2是变频三角载波发生器原理框图。图3是调制信号瞬时幅值波形图。图4是变频三角载波频率瞬时值波形图。图5是变频三角载波波形图。图6是数字变频三角波波形图。图7是数字调制波波形图。图8中的a、b分别是传统的定载频APF补偿后网侧电流波形图和频谱图。图9中的a、b分别是基于本专利技术载波周期调制技术的APF补偿后网侧电流波形图和频谱图。具体实施方式如图1所示，基于载波频率调制技术的并联型APF包括驱动电路，H桥，由数字调制波发生器、三角载波发生器、第一比较器11、第二比较器12、第一反相器21、第二反相器22、第三反相器23、补偿电流采集电路、直流电压采集电路构成的控制电路；驱动电路的输出与H桥的控制输入端连接；数字调制波发生器的输出端连接第一比较器11的同相输入端和第三反相器23的输入端，第三反相器23的输出端连接到第二比较器12的同相输入端；三角载波发生器的输出端连接到第一比较器11和第二比较器12的反相输入端；第一比较器11的输出端连接到驱动电路的输入端a1和第一反相器21的输入端，第一反相器21的输出端连接到驱动电路的输入端a2；第二比较器12的输出端连接到接到驱动电路的输入端a3和第二反相器22的输入端，第二反相器22的输出端连接到驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频三角载波发生器，其特征在于包括下述程序模块：变频三角载波调制信号生成模块：设置变频三角载波的调制信号为三角波，其周期为Tm，峰‑峰值为2×Peakm；根据公式(1)计算A定时中断周期t1；设调制信号的幅值初始值等于0；在每一个A定时中断周期内对调制信号幅值进行累加1或累减1计算：当调制信号幅值累加1到800时进入累减1状态，当调制信号幅值累减1到‑800时进入累加1状态，重复此循环得到峰‑峰值为2×Peakm，周期为Tm的变频三角载波调制信号；

【技术特征摘要】
1.一种变频三角载波发生器，其特征在于包括下述程序模块：变频三角载波调制信号生成模块：设置变频三角载波的调制信号为三角波，其周期为Tm，峰-峰值为2×Peakm；根据公式(1)计算A定时中断周期t1；设调制信号的幅值初始值等于0；在每一个A定时中断周期内对调制信号幅值进行累加1或累减1计算：当调制信号幅值累加1到800时进入累减1状态，当调制信号幅值累减1到-800时进入累加1状态，重复此循环得到峰-峰值为2×Peakm，周期为Tm的变频三角载波调制信号；变频三角载波频率瞬时值波形生成模块：设置变频三角载波的中心频率为fa0；根据公式(2)计算得到变频三角载波频率瞬时值fa(t)，得到变频三角载波频率瞬时值波形；fa(t)＝fa0+fm(t)(2)其中fm(t)＝Um(t)×1V/Hz；Um(t)为变频三角载波调制信号的幅值瞬时值；变频三角载波生成模块：根据公式(3)计算得到变频三角载波在每一个频率值处的幅值瞬时值；Peaka[i]为变频三角载波在频率值fa0+fm(Ti)处的幅值瞬时值；fa0+fm(Ti)为变频三角载波在Ti时刻的频率瞬时值；fm(Ti)＝Um(Ti)×1V/Hz，Um(Ti)为变频三角载波调制信号在Ti时刻的幅值瞬时值；设置B定时中断周期为t2，变频三角载波Ua(t)的幅值初...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈楠，黄勇，刘丹威，刘诗淼，王艳双，王博，高丽辉，
申请(专利权)人：吉林省博安消防设备有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22