有源谐波滤波器和再生能量控制装置及其操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术题为“有源谐波滤波器和再生能量控制装置及其操作方法”。一种用于可调速驱动器(ASD)的有源谐波滤波器(AHF)和再生能量控制(REC)装置，该AHF和REC装置包括反相器和控制器，该控制器操作地耦接到反相器以选择性地控制其操作。该控制器被编程用于使反相器在不同模式下操作，以便管理ASD操作过程中出现的不同情况。在AHF模式下，控制器操作反相器以滤除存在于ASD的输入端处的谐波。在REC模式下，控制器操作反相器以控制从ASD流入反相器的再生能量。

Active harmonic filter and regenerative energy control device and its operation method

【技术实现步骤摘要】
有源谐波滤波器和再生能量控制装置及其操作方法
技术介绍
本专利技术整体涉及用于滤除谐波和控制再生能量的电路，并且更具体地涉及与可调速驱动器(ASD)一起使用的有源谐波滤波器(AHF)和再生能量控制(REC)装置及其操作方法。常用于执行功率转换的一种类型的系统是可调速驱动器(ASD，也称为变频驱动器(VFD))。ASD是一种工业控制装置，为驱动系统诸如例如交流(AC)感应电机提供可调频率、可调电压操作。ASD通常接收AC功率输入，使用整流器将AC功率输入转换为直流(DC)功率，并且使用反相器将DC功率逆变为具有期望的电压和频率的AC功率输出以控制电机。ASD的这种可变操作能够精确控制AC电机速度和扭矩。然而，ASD将谐波引入到实现它们的系统中，因为ASD是非线性负载。非线性负载将谐波引入系统，因为非线性负载汲取的电流的波形与电源电压的正弦波形不匹配。ASD是非线性负载，因为它们包括不一定汲取正弦电流的整流器，并且在某些情况下，在输入电流大于30％时产生总谐波失真(THD)。流过系统阻抗的谐波电流产生电压谐波，使电源电压失真。谐波电流也会增加RMS电流，在电网上引入应力，并可能损坏设备。结果，谐波可能破坏设备的正常操作，并且增加任何给定系统的运行成本。通常使用不同类型的谐波滤波器来管理谐波。无源谐波滤波器包括电容器、电感器和/或电阻器，为特定的谐波频率提供低阻抗路径，以便吸收系统中的主导谐波电流。有源谐波滤波器包括通常使用脉宽调制进行控制的转换器。有源谐波滤波器用它们的转换器主动监测和控制谐波滤除。然而，在任何一种情况下，谐波滤波器通常被构造为与实现该谐波滤波器的ASD分开的驱动器，特别是在谐波滤波器必须改装至现有ASD的情况下。与ASD相关联的另一个问题是再生能量的产生，该再生能量是从反相器正在运行的电机返回至ASD反相器的能量。电机在减速并且由电机控制的负载开始以快于同步速度更快的速度牵拉电机时将产生再生能量，导致电机充当发电机。例如，当升降机向下行进时，其电机使其减速下降，产生负扭矩，并由此产生再生能量。再生能量使用两种不同的方法进行控制。动态制动法将再生能量引导至制动电阻器装置，该制动电阻器装置将再生能量以热量形式耗散。一种更优选的再生制动方法是将再生能量引导回电机的电源或能量储存系统。这两种方法通常通过将驱动器改装至现有ASD来执行。虽然上述滤除谐波和控制再生能量的方法提供了妥善的解决方案，但这些解决方案彼此分离。因此，为了在现有ASD中滤除谐波并控制再生能量，需要在ASD上安装谐波滤波驱动器和再生能量驱动器。这两个独立的驱动器大大增加了ASD的使用成本，并且需要额外的硬件空间。因此，增加两个驱动器，在实现能够利用谐波干扰操作并且当其负载产生再生能量的ASD时带来了严重的经济和设计困难。因此，期望设计一种更紧凑并且经济有效的解决方案来滤除ASD中的谐波并控制其中的再生能量。
技术实现思路
本专利技术的实施方案提供了用于主动滤除ASD中的谐波并控制ASD的再生能量输出的单个装置。该电路可以以现有ASD作为改装驱动器来实现。根据本专利技术的一个方面，用于ASD的AHF和REC装置包括反相器和控制系统，该控制系统操作地耦接到反相器以选择性地控制其操作。控制系统被编程用于：使反相器在AHF模式下操作，以便滤除存在于ASD的输入端处的谐波；并且使反相器在REC模式下操作，以便控制从ASD流入反相器的再生能量。根据本专利技术的另一方面，一种操作能够耦接到ASD并且具有控制其的AHF和REC装置的方法由控制器来执行。该方法包括：监测ASD的输入端处的谐波；使AHF和REC装置在AHF模式下操作，以滤除谐波；确定再生能量从ASD流入AHF和REC装置；以及将AHF和REC装置的操作从AHF模式切换为REC模式，以管理再生能量。根据本专利技术的另一方面，具有用于ASD的AHF和REC的改装驱动器包括：驱动器输入端/输出端，该驱动器输入端/输出端能够接收功率输入端以及释放功率输出端；以及滤波电抗器，该滤波电抗器具有耦接到驱动器输入端/输出端的一个或多个电感器。改装驱动器还包括反相器，该反相器具有AC侧和DC侧，其中AC侧通过电抗器耦接到驱动器输入端/输出端。改装驱动器还包括：电容器组，该电容器组包括耦接到所述反相器的DC侧的一个或多个电容器；以及二极管，该二极管具有阴极和阳极，其中阴极耦接到电容器组。改装驱动器还包括驱动器输入端，该驱动器输入端耦接到二极管的阳极并且能够接收再生能量；此外，改装驱动器包括控制器，该控制器被配置为：使反相器在AHF模式下操作，以滤除存在于ASD的输入端处的谐波；使反相器在REC模式下操作，以调节流入驱动器输入端并且流入二极管的阳极的再生能量；并且在驱动器输入端未接收再生能量并且存在于驱动器输入端/输出端处的谐波的特征在于低于预设阈值的情况下，使反相器去激活。根据以下具体实施方式和附图，本专利技术的各种其他特征和优点将变得显而易见。附图说明附图示出了目前预期用于执行本专利技术的优选的实施方案。在附图中：图1为根据本专利技术的一个实施方案的电气系统的示意图，该电气系统包括耦接到ASD的AHF和REC装置。图2为根据本专利技术的一个实施方案的图1的电气系统的等效电路的示意图，其中AHF和REC装置的反相器在AHF模式下操作。图3为根据本专利技术的一个实施方案的图1的电气系统的等效电路的示意图，其中AHF和REC装置的反相器在REC模式下操作。图4为图1的电气系统的等效电路的示意图，其中AHF和REC装置的反相器处于关断状态。图5为示出根据本专利技术的一个实施方案的用于控制图1的AHF和REC装置的技术的流程图。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及AHF和REC装置或驱动器，及其用于滤除存在于ASD的功率输入端中的谐波并且控制来自ASD的再生能量输出的操作方法。AHF和REC装置包括反相器和控制器，该控制器被配置为使反相器在AHF模式和REC模式下操作。控制器使反相器在AHF模式下操作，以滤除ASD输入端处的谐波。如果ASD开始向AHF和REC电路输出再生能量，则控制系统使反相器在REC模式下操作，以将输出引导回功率输入端。现在参见图1，示出了根据本专利技术的一个实施方案的电气系统10。电气系统10包括电源12、ASD14以及AHF和REC装置或驱动器16。电源12为三相电源。电源12的每个相18、20、22由AC电源24和具有电感LS的源极电感器26表示。在一些实施方案中，电源12为公用电网。然而，电源12可以为另一种类型的电源的形式，诸如能量存储装置或发电机。电源12将包括源电压vS和源电流iS的AC功率输出到ASD14。ASD14包括外壳28，该外壳具有耦接到电源12的每个相18、20、22的ASD输入端30并且接收线电流iL。在外壳28内，ASD输入端30耦接到AC线电抗器32。线电抗器32被示为三个电感器34，每个电感器具有线路电感Lac，并且耦接到电源12的相18、20、22中的一者。在一些实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可调速驱动器(ASD)的有源谐波滤波器(AHF)和再生能量控制(REC)装置，所述AHF和REC装置包括：/n反相器；和/n控制系统，所述控制系统操作地耦接到所述反相器以选择性地控制其操作，所述控制系统被编程用于：/n使所述反相器在AHF模式下操作，以便滤除存在于ASD的输入端处的谐波；并且/n使所述反相器在REC模式下操作，以便控制从所述ASD流入所述反相器的再生能量。/n

【技术特征摘要】
20180801 US 62/713050;20190611 US 16/4370431.一种用于可调速驱动器(ASD)的有源谐波滤波器(AHF)和再生能量控制(REC)装置，所述AHF和REC装置包括：
反相器；和
控制系统，所述控制系统操作地耦接到所述反相器以选择性地控制其操作，所述控制系统被编程用于：
使所述反相器在AHF模式下操作，以便滤除存在于ASD的输入端处的谐波；并且
使所述反相器在REC模式下操作，以便控制从所述ASD流入所述反相器的再生能量。


2.根据权利要求1所述的AHF和REC装置，其中所述控制系统还被编程用于当所述谐波的特征低于阈值并且所述ASD的DC链路电压低于再生能量阈值时，使所述反相器在关断状态下操作。


3.根据权利要求2所述的AHF和REC装置，其中所述谐波的特征在于由所述谐波引起的总谐波失真(THD)。


4.根据权利要求1所述的AHF和REC装置，所述AHF和REC装置还包括：
电抗器，所述电抗器包括一个或多个电感器，所述电抗器具有第一端部和第二端部，所述第二端部耦接到所述反相器的交流(AC)侧；
电容器组，所述电容器组包括一个或多个电容器，所述一个或多个电容器耦接到所述反相器的直流(DC)侧；和
二极管，所述二极管具有第一端部，所述第一端部耦接到所述电容器组和所述反相器的所述DC侧。


5.根据权利要求4所述的AHF和REC装置，所述AHF和REC装置还包括多个传感器，所述多个传感器包括：
第一传感器，所述第一传感器被配置为测量所述电抗器的所述第一端部的电压；
第二传感器，所述第二传感器被配置为测量在所述电抗器的所述第二端部和所述反相器的所述AC侧之间流动的滤波电流；
第三传感器，所述第三传感器被配置为测量流入所述ASD的线电流；
第四传感器，所述第四传感器被配置为测量所述ASD中的DC链路电压；和
第五传感器，所述第五传感器被配置为测量所述电容器组上的电压；
其中所述控制系统被编程用于基于由所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器和所述第五传感器所测量的所述电压和电流来使所述反相器在所述AHF模式和所述REC模式下操作。


6.根据权利要求4所述的AHF和REC装置，其中所述二极管的所述第一端部包括阴极，并且所述二极管的所述第二端部包括阳极。


7.根据权利要求4所述的AHF和REC装置，其中所述AHF和REC装置还包括外壳，并且所述AHF和REC装置能够耦接到作为改装驱动器的ASD。


8.根据权利要求7所述的AHF和REC装置，其中所述电抗器定位在所述外壳外部，并且所述反相器、电容器组、二极管和控制系统定位在所述外壳内部。


9.根据权利要求4所述的AHF和REC装置，还包括：
电磁干扰(EMI)滤波器，所述EMI滤波器耦接到所述电抗器的所述第一端部；和
至少一个继电器，所述至少一个继电器定位在所述EMI滤波器和所述电抗器的所述第一端部之间；
其中所述控制系统被编程用于使所述至少一个继电器在导通状态和关断状态下操作，以使所述EMI滤波器选择性地耦接到所述电抗器的所述第一端部。


10.根据权利要求9所述的AHF和REC装置，其中所述控制系统被编程用于在所述ASD的反相器的切换频率等于或高于预定阈值的情况下，使所述至少一个继电器在所述导通状态下操作。


11.一种操作有源谐波滤波器(AHF)和再生能量控制(REC)装置的方法，所述AHF和REC装置能够耦接到可调速驱动器(ASD)并且具有控制器，所述方法由所述控制器执行并且包括：
监测所述ASD的输入端处的谐波；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·李，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE