[发明专利]有源谐波滤波器和再生能量控制装置及其操作方法

说明书

本发明题为“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。

背景技术

本发明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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的一个方面，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。