[發(fā)明專利]有源諧波濾波器和再生能量控制裝置及其操作方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910652610.2
• 申請(qǐng)日: 2019-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN110797880A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H·李
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 伊頓智能動(dòng)力有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/18
• 分類號(hào): H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 11280 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王勇

本發(fā)明題為“有源諧波濾波器和再生能量控制裝置及其操作方法”。一種用于可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD)的有源諧波濾波器(AHF)和再生能量控制(REC)裝置，該AHF和REC裝置包括反相器和控制器，該控制器操作地耦接到反相器以選擇性地控制其操作。該控制器被編程用于使反相器在不同模式下操作，以便管理ASD操作過(guò)程中出現(xiàn)的不同情況。在AHF模式下，控制器操作反相器以濾除存在于ASD的輸入端處的諧波。在REC模式下，控制器操作反相器以控制從ASD流入反相器的再生能量。

背景技術(shù)

本發(fā)明整體涉及用于濾除諧波和控制再生能量的電路，并且更具體地涉及與可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD)一起使用的有源諧波濾波器(AHF)和再生能量控制(REC)裝置及其操作方法。

常用于執(zhí)行功率轉(zhuǎn)換的一種類型的系統(tǒng)是可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器(ASD，也稱為變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD))。ASD是一種工業(yè)控制裝置，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)諸如例如交流(AC)感應(yīng)電機(jī)提供可調(diào)頻率、可調(diào)電壓操作。ASD通常接收AC功率輸入，使用整流器將AC功率輸入轉(zhuǎn)換為直流(DC)功率，并且使用反相器將DC功率逆變?yōu)榫哂衅谕碾妷汉皖l率的AC功率輸出以控制電機(jī)。ASD的這種可變操作能夠精確控制AC電機(jī)速度和扭矩。然而，ASD將諧波引入到實(shí)現(xiàn)它們的系統(tǒng)中，因?yàn)锳SD是非線性負(fù)載。

非線性負(fù)載將諧波引入系統(tǒng)，因?yàn)榉蔷€性負(fù)載汲取的電流的波形與電源電壓的正弦波形不匹配。ASD是非線性負(fù)載，因?yàn)樗鼈儼ú灰欢橙≌译娏鞯恼髌鳎⑶以谀承┣闆r下，在輸入電流大于30％時(shí)產(chǎn)生總諧波失真(THD)。流過(guò)系統(tǒng)阻抗的諧波電流產(chǎn)生電壓諧波，使電源電壓失真。諧波電流也會(huì)增加RMS電流，在電網(wǎng)上引入應(yīng)力，并可能損壞設(shè)備。結(jié)果，諧波可能破壞設(shè)備的正常操作，并且增加任何給定系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

通常使用不同類型的諧波濾波器來(lái)管理諧波。無(wú)源諧波濾波器包括電容器、電感器和/或電阻器，為特定的諧波頻率提供低阻抗路徑，以便吸收系統(tǒng)中的主導(dǎo)諧波電流。有源諧波濾波器包括通常使用脈寬調(diào)制進(jìn)行控制的轉(zhuǎn)換器。有源諧波濾波器用它們的轉(zhuǎn)換器主動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制諧波濾除。然而，在任何一種情況下，諧波濾波器通常被構(gòu)造為與實(shí)現(xiàn)該諧波濾波器的ASD分開的驅(qū)動(dòng)器，特別是在諧波濾波器必須改裝至現(xiàn)有ASD的情況下。

與ASD相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)問(wèn)題是再生能量的產(chǎn)生，該再生能量是從反相器正在運(yùn)行的電機(jī)返回至ASD反相器的能量。電機(jī)在減速并且由電機(jī)控制的負(fù)載開始以快于同步速度更快的速度牽拉電機(jī)時(shí)將產(chǎn)生再生能量，導(dǎo)致電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)。例如，當(dāng)升降機(jī)向下行進(jìn)時(shí)，其電機(jī)使其減速下降，產(chǎn)生負(fù)扭矩，并由此產(chǎn)生再生能量。再生能量使用兩種不同的方法進(jìn)行控制。動(dòng)態(tài)制動(dòng)法將再生能量引導(dǎo)至制動(dòng)電阻器裝置，該制動(dòng)電阻器裝置將再生能量以熱量形式耗散。一種更優(yōu)選的再生制動(dòng)方法是將再生能量引導(dǎo)回電機(jī)的電源或能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)。這兩種方法通常通過(guò)將驅(qū)動(dòng)器改裝至現(xiàn)有ASD來(lái)執(zhí)行。

雖然上述濾除諧波和控制再生能量的方法提供了妥善的解決方案，但這些解決方案彼此分離。因此，為了在現(xiàn)有ASD中濾除諧波并控制再生能量，需要在ASD上安裝諧波濾波驅(qū)動(dòng)器和再生能量驅(qū)動(dòng)器。這兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器大大增加了ASD的使用成本，并且需要額外的硬件空間。因此，增加兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，在實(shí)現(xiàn)能夠利用諧波干擾操作并且當(dāng)其負(fù)載產(chǎn)生再生能量的ASD時(shí)帶來(lái)了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和設(shè)計(jì)困難。

因此，期望設(shè)計(jì)一種更緊湊并且經(jīng)濟(jì)有效的解決方案來(lái)濾除ASD中的諧波并控制其中的再生能量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了用于主動(dòng)濾除ASD中的諧波并控制ASD的再生能量輸出的單個(gè)裝置。該電路可以以現(xiàn)有ASD作為改裝驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于ASD的AHF和REC裝置包括反相器和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)操作地耦接到反相器以選擇性地控制其操作。控制系統(tǒng)被編程用于：使反相器在AHF模式下操作，以便濾除存在于ASD的輸入端處的諧波；并且使反相器在REC模式下操作，以便控制從ASD流入反相器的再生能量。