CN104145393A - 用于减少谐振的有源滤波器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于有源滤波器(1)以减少电气***(2)中的谐振的控制单元(16)。电气***(2)包括分配交流电(AC1)到AC导体(21)的电源(20)，AC导体(21)连接到功率消耗单元(22)，用于给功率消耗单元分配AC。有源滤波器(1)包括DC电源(10)和将DC电源(10)连接到AC导体(21)的DC导体(15”；3)。控制单元(16)包括：电压测量单元(17’)，其适合于基于测量的电压生成电压信号；计算单元(17”)，其适合于使用二阶滤波器，基于电压信号计算第一补偿电流，用于减少电气***(2)中的谐振；以及转换***(17’”)，其位于DC电源(10)和DC导体(15”；3)之间，用于生成所计算的第一补偿电流。

Description

用于减少谐振的有源滤波器
技术领域
本发明通常涉及使用有源滤波器减少谐振的方法和装置。
背景
电气***或电网包括能量产生单元和能量消耗单元或负载。交流电(AC)***中的能量产生单元(或者在一些实例中，能量变换单元)典型地产生具有50或60Hz频率和相互之间具有120°相对偏移的三种交流电。为生成高效率电气***，***中的负载应该是纯粹地电阻性的，使得在每个周期相同情况时，电压和电流波形是同相的，并且改变极性。使用纯粹电阻性阻抗，在能量产生单元产生的所有能量在负载处将变成有用的和期望的能量形式。然而，在大多数情况，阻抗包含电感性或电容性组件，其意味着消耗的电流并不总是与交流电提供的电压同相。电感性和电容性组件在电场或磁场中临时存储能量，然后能量在周期中零点几秒之后被返回给电网。这个过程导致生成增加电流的非生产性功率的电压和电流的波形之间的时间差。此外，许多电气设备包括具有动态变化的负载的有源元件，也就是说负载随着时间变化，例如电器设备将电力功率转化为机械功。
在正常AC电力***中，电压在具体频率上按正弦曲线变化，频率通常50或60赫兹，被称为电网频率(utility frequency)。线性负载，即使它包括电感性或电容性组件，也不会改变电流的波形的形状。然而，脉冲控制设备诸如整流器、变频驱动器或弧放电设备诸如荧光灯、电焊机、或电弧炉的使用的增加将非线性电流引进到电网中。因为这些***中的电流被转换动作中断，电流包含了是电网频率倍数的频率分量，被称为谐波。随着非线性电流流经电器***和分布传输线，由于负载的阻抗产生了附加电压失真，且生成了可以变得相当复杂的电流波形，这取决于负载的类型和其与***的其它组件的相互作用。
谐波在很多方面是麻烦的，一个例子是电动机经历了由涡流导致的在电动机的铁芯引起的磁滞损耗，其与电流的频率是成比例的。因为谐波越高，其比电网频率在电机内产生更多磁芯损耗，其导致电机磁芯的持续增加的加热，这转而缩短了电机的寿命。谐振带来的其它问题包含电缆和变压器的过热、损害敏感设备和断路器的跳闸。
现有技术中已知有源滤波器能够减少电感性和/或电容性元件和谐振，例如由等人的在US7245045中的内容，其通过引用合并入本文。原则上有源滤波器是微处理器控制的放大器，其被连接到电网，并被安排检测和补偿在负载是纯粹电阻性时不会存在的关于频率的负载的电流消耗。
典型地，有源滤波器包括主电路，其中对于每相具有一个或一系列快速开关，每个开关被连接到电源，例如可以积聚电能的直流(DC)电源。电网的电流供给和负载的电流功率消耗被测量，使用脉冲宽度调制(PWM)，补偿电流通过开关被分配到电力***。
在电气***中电流流动通过电流测量单元的方式被测量，测量之后它被传送到计算单元，计算单元典型地使用快速傅里叶变换(FFT)将测量的电流变换为数字频域信号。变换的信号被用来生成反向数字信号，其作为补偿电流依靠脉冲宽度调制(PWM)被分配到电气***。
本技术的有源滤波器包括为了减少电网上由有源滤波器产生的干扰而布置的滤波电路。因为原则上有源滤波器是放大器，且由于滤波电路包括电感器和电容器，它可以与谐振发生时放大谐波的电气***一起形成谐振电路。电网的谐振由于引起不需要的持续的和短暂的震荡可能是有害的，其转而可以引起性能下降。在谐波处的电网谐振可以引起大量电压波动。在电气***中的谐振的效果可以随着更高频率被产生而逐渐恶化。对于生成谐振行为尤其关键的是第7和第11次的谐波。
本技术中的有源滤波器测量在AC电源和功率消耗设备之间流过的电流。因为电气***的导体中流过的电流是电源的电压和消耗设备的电阻的结果，根据欧姆定律I＝U/R，电流的测量将会被延迟，与电压水平波动有关。最重要的是，在补偿电流可以被产生之前，有源滤波器基于快速傅里叶变换(FFT)使用A/D转换，其中快速傅里叶变换相对地需要微处理器中相对计算密集的计算。既然生成补偿电流的过程对于处理谐振太慢，那么在本技术中针对电气***中谐振行为的有源滤波器的响应是关闭滤波器，并通过向电气***中添加组件处理产生谐振的频率。
发明内容
本文实施方式的目的在于，通过使用如在所附的独立权利要求中定义的方法和装置，解决至少一些上文所述的问题和缺点。
提供了一种用于有源滤波器以减少电气***中谐振的控制单元。电气***包括分配交流电到AC导体的电源，AC导体连接到功率消耗单元，用于给功率消耗单元分配AC。有源滤波器包括DC电源和将DC电源连接到AC导体的DC导体。控制单元包括：电压测量单元，其适合于(测量例如在AC导体上的电压，和)基于所测量的电压生成电压信号；计算单元，其适合于以电压信号为基础计算(第一)补偿电流以减少电气***中谐振；以及开关(或转换)***，其位于DC电源和DC导体之间，用于生成所计算的补偿电流。通过测量电压，接收到直接响应，其生成了等待时间低得足以抑制谐振的***。
根据控制单元的一个实施方式，有源滤波器还包括连接到DC导体和接地的电容器，其适合于将电气***中除了电网频率以外的频率导向地。电压测量单元适合于连接到在AC电源和电容器之间的一个点上。通过测量在这个位置上的电压，潜在有害的电流的电压水平上的瞬时值被采集，因为测量的电压水平立刻反映电力***(或电气***)的电压水平。
根据控制单元的一个实施方式，计算单元可以使用二阶滤波器(和，可选择地，附加的滤波器和/或处理手段/步骤)基于电压信号来计算第一补偿电流。例如，计算单元可以将二阶滤波器(或与二阶滤波器相关联的传递函数)应用到电压信号，或应用到基于电压信号得出的信号。二阶滤波器使得通过标准组件得到具有高采样频率的***成为可能。二阶滤波器可以具有超过100kSa/s(每秒采样次数)或超过150kSa/s的采样频率。
根据控制单元的一个实施方式，电压测量单元还适合于测量第二和第三交流电的电压，第二和第三交流电分别相对于第一交流电具有大致120°和240°的偏移；并适合于基于第二和第三测量电压生成第二和第三电压信号。计算单元可以还适合于基于第二和第三电压信号计算第二和第三补偿电流。DC电源可以适合于从第二和/或第三交流电接收电流，转换***可以适合于以脉冲宽度调制的方式将第一补偿电流分配到第一AC导体(也就是，本实施方式的AC导体可以例如包括第一、第二和第三AC导体，第一、第二和第三交流电分别地被分配到第一、第二和第三AC导体，第一补偿电流可以被分配到这些AC导体中的第一个)。
根据控制单元的一个实施方式，电流可以在AC导体被测量，例如通过电流测量单元被测量。电流信号可以基于所测量的电流被生成，计算单元可以适合于基于电压信号和电流信号计算第一补偿电流。
还提供了一种用于减少电气***中谐振的有源滤波器。电气***包括分配交流电到AC导体的电源，AC导体连接到功率消耗单元，用于将交流电分配到功耗单元。有源滤波器包括DC电源和连接DC电源和AC导体的DC导体。有源滤波器根据本文任何实施方式还包括控制单元。
还提供了一种抑制电气***中的谐振的方法。该方法包括：测量将能量从AC电源供应到能量消耗单元的导体处的电压(或相关于导体的电压)，基于所测量的电压生成电压信号，基于电压信号计算补偿电流，以及(基于所计算的补偿电流)生成控制信号，用于控制转换***通过脉冲宽度调制的方式生成补偿电流。
根据一个实施方式，在导体和电容器之间测量电压，电容器适合于将除了电气***的电网频率以外的其他频率交流电导向地。
根据一个实施方式，基于电压信号计算补偿电流的步骤可以包括使用二阶滤波器(例如，通过应用二阶滤波器到电压信号或从电压信号得到的信号)。二阶滤波器可以具有大于100kSa/s或大于150kSa/s的采样频率。
还提供了一种用于连接到电气***的有源滤波器的控制方法。控制方法包括测量电气***处的电压以得到电流，比较所得到的电流与参考电流，根据比较得出电流误差向量，设置电流误差阈值。本方法还包括，当电流误差向量在阈值之下时，基于电流误差向量，使用第一转换模式生成DC电源和电气***之间的第一电流；并且，当所得到的电流在阈值之上时，基于电流误差向量使用第二转换模式生成DC电源和电气***之间的不同的第二电流。通过提供第一和第二转换模式，第一和第二种响应可以被生成，其中一种是能量高效的，另一种是效力足以抑制谐振。
根据一个实施方式，电气***是三相交流电***，其包括相互之间大致具有120°偏移的交流电，其中阈值是应用到所有三相上并因此生成六边形阈值的上限阈值和下限阈值。
根据另一个实施方式，第一转换模式适合于通过在六边形内，朝着最远阈值，生成改变了电流误差向量方向的电流，来生成尽可能长的转换周期。
根据又一个实施方式，生成DC电源和电气***之间的第二电流的步骤包括生成与电流误差向量相反的电流，使得电流误差被尽可能有效地减少。
根据一个实施方式，得到电流误差向量的步骤通过使用二阶滤波器(例如通过应用二阶滤波器)被执行。二阶滤波器使得通过标准组件获得具有高采样频率的***成为可能。二阶滤波器可以具有超过100kSa/s或超过150kSa/s的采样频率。
还提供了一种用于连接到电气***的有源滤波器的控制***。控制***包括测量单元，其适合于测量在电气***的电压以得到电流；比较单元，其适合于比较电气***的电压与参考值以得到电流误差向量；控制单元，其适合于设置电流误差阈值；以及转换单元。转换单元适合于当电流误差向量在阈值之下时，基于电流误差向量使用第一转换模式生成DC电源和电气***之间的第一电流；以及，当所得到的电流在阈值之上时，基于电流误差向量使用第二转换模式生成DC电源和电气***之间的不同的第二电流。通过提供第一和第二转换模式，第一和第二种响应可以被生成，其中一种是能量高效的，另一种是效力足以抑制谐振。
根据一个实施方式，电气***是三相交流电***，其包括相互之间大致具有120°偏移的交流电，其中阈值是应用到所有三相上并因此生成六边形阈值的上限阈值和下限阈值。
根据一个实施方式，第一转换模式适合于通过在六边形内，朝着最远阈值，生成改变了电流误差向量方向的电流，来生成尽可能长的转换周期。
根据控制***的一个实施方式，生成DC电源和电气***之间的第二电流包括生成与电流误差向量相反的电流，使得电流误差被尽可能有效地减少。
根据控制***的一个实施方式，得到电流误差向量的步骤通过使用二阶滤波器(例如通过应用二阶滤波器)被执行。
本解决方案的进一步可能的特点和益处从下面详细描述中将会变得明显。请注意任何实施方式或实施方式的任何部分以及任何方法或方法的任何部分可以以任何方式被合并。
附图说明
一些可能的实施方式现在将作为例子、参照附图被描述，附图中：
图1是有源滤波器的***概观；
图2是更详细展示的用于三相***的有源滤波器的***概观；
图3a示出了具有120°相移的三个电流的图示；
图3b示出了当有关理想正弦参考信号被调制时电网频率的图示；
图4a示出了作为结果的误差向量和阈值构成的六边形的图示；
图4b是有源滤波器的***概观；
图4c是与六边形阈值有关的误差向量的图示；
图5a是进一步展示单元细节的有源滤波器的***概观；
图5b是解释开关状态的图示；
图6是阐释在电气***中抑制谐振的方法的流程图；和
图7是阐释用于有源滤波器的控制方法的流程图。
详细描述
通过快速响应谐振行为和立即提供主动抑制谐振的补偿电流，提供用于减少电力***中的谐振的有源滤波器。通过利用导体上的电压测量实现快速响应时间，该导体在将被监控和补偿的电气***和电容器之间，所述电容器适合于吸引频率高于电气***的电网频率的交流电。通过测量这个位置的电压，潜在地有害的电流的电压水平上的瞬时值被收集，因为测量的电压水平即时地反映电力***的电压水平，与响应电压变化依赖于聚集在阻抗的电流的电流形成对比。
通过转换和脉冲宽度调制(PWM)，补偿电流的馈送基于时域信号例如测量的电压被控制，生成这样的时域信号的快速傅里叶变换(FFT)的需要强大计算能力的步骤被剔除了。通过更快地提供主动抑制谐振的补偿电流，这减少了等待时间并允许对谐振行为的更快的响应。
基于两个阈值的调制方法被进一步提供。只要电流误差(与期望的电网频率电流的偏差)被保持在第一阈值之下，两个阈值使得***能够以不那么有力的第一方式作出反应，这优化了转换，因为每秒进行少量次数的转换是可能的，使得有源滤波器消耗更少的能量并减少有源元件上的负担，延长了有源滤波器的寿命。由于电流误差经过第一阈值，滤波器通过忽略需要被进行的开关的数量作出非常有力的反应，代替地，生成的补偿电流大致与电流误差相反，并因此尽可能有效地和快速地减少电流误差，这使得***能够对于由将被补偿的负载激起的电网中的谐振作出反应。
下文中，参考附图，将给出实施方式的详细描述。应认识到，附图仅是用于解释，而不是以任何方式限制范围。
根据第一个实施方式，图1示出了用于谐振补偿的有源滤波器1，其中有源滤波器1与电气***2连接在一起。电气***2包括AC电源20，其分配交流电到交流电(AC)导体21，用于传送到功率消耗单元22。电源20可以是产生交流电的发电机或被用来将电压水平从高电压电网水平变换为消费水平的变压器。功率消耗单元22例如是电机，其将从电源20供应的电能经由AC导体21变换为机械功。
有源滤波器1经由设置在有源滤波电路1和AC导体21之间的导体3被连接到电气***2，使得有源滤波器1产生的电流可以被分配到电气***2，用于改善AC导体21中流过的交流电的特性。
有源滤波器1包括连接到控制单元16中的开关11(或转换单元/***)的直流(DC)电源10。开关11通过脉冲宽度调制(PWM)的方式生成补偿电流，使得供给到电气***2的电流的平均值被以快节奏打开和关闭的开关11控制。开关11相对于打开时期被关闭得越长，供应给电气***2的电流变得越大。
经由第二导体15”，开关11被连接到感应器12。通过根据数学公式U＝LdI/dt在其上形成与电流的变化比率成比例的电压，对抗流经其电流的变化，感应器12将开关11产生的脉冲变换为连续信号。对为100A电流被配置的有源滤波器来说，该感应器典型地是在200-250uH范围内的感应器。感应器12转而连接到导体3，其将有源滤波器1连接到电气***2，使得由有源滤波器1生成的电流可以被供应到电气***2。附加导体15’”将导体3连接到电容器13，电容器13转而被连接到地14。电容器13被设置的值允许具有大于电流的电网频率(对于电网应用，典型地50-60Hz)的量级的频率的交流电通过地14连接。这有效地将在电气***2中产生损失的所有频率吸引到电容器。
控制***16包括测量单元17’，其经由测量导体18连接到AC电源20和电容器13之间的导体21；3；15’”上的点，使得流经导体21；3；15’”的、其频率高于电网频率的交流电分量的电压水平将会以高准确度和低等待时间被测量。
测量的信号从测量单元17’被传递到计算单元17”，其适合于计算补偿电流，用于减少除电网频率以外的电流的频率分量，关于补偿电流的计算/生成的进一步细节将会参考图3-4被描述。计算单元17”被连接到转换单元(或***)17’”，补偿电流通过PWM的方式通过转换单元17’”的开关11被实现，也就是说，补偿电流从DC电源10供应，通过转换单元17’”使用PWM被形成。
图2示出了与参考图1描述的电气***相似的电气***2的形式。主要的不同在于根据图2的***是三相***，例如大多数电网，包括每相具有120°相位偏移的三相交流电，并且每相连接三相负载22，例如通过△或Y耦合的方式。电气***包括3个导体21a、21b、21c，用于将电流从AC电源20传送到负载22。
就像参考图1在下面描述的电路中，有源滤波器1包括直流电源10，这里包括平行于电阻器38的电容器37。DC电源10经由导体32’、32”被连接到转换单元17’”。参考图2根据下面示出的实施方式，转换单元包括成对开关(其中一个被放大并用参考标号31a”表示)的晶体管电桥31a、31b、31c，对于三相中的每相，顶部的一个用于供应正电压，底部的一个用于供应负电压。每个开关，例如31a”，包括晶体管36、二极管35和缓冲电路34，其与晶体管的集电极36”和发射极36’”并联连接。晶体管36是控制PWM的有源元件，当电气***2的电压超过DC蓄电池的电压时，二极管35将电流从电气***2导向DC蓄电池。通过吸收或减少电压到可控水平(即，50-100V)，缓冲电路34保护晶体管免受在开关关闭电流时生成的短的电压峰值。对于每一相，成对的开关的其中一端彼此连接并连接到导体15a、15b、15c，它们的另一端通过共享导体32’、32”的方式连接到DC电源10。DC电源10以及开关的具体设计被看作是实现的例子。技术人员认识到该设计的变化或替换是同样地可得到的。
晶体管36的栅极36’被连接到从计算单元17”引出的控制引线33a、33b、33c，使得开关对来自计算单元17的影响晶体管36的半导体属性的脉冲起作用。在参考图2描述的实施方式中，晶体管是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其是高效率的并提供快速转换，然而可以构想晶体管是不同种类的，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFER)。
导体12a、12b、12c和电容13a、13b、13c被进一步调整，使得由晶体管电桥31a、31b、31c的开关产生的滤波器短路谐波和干扰被减少/减弱。
有源滤波器1的控制单元16包含经由测量导体18a、18b、18c连接到AC电源20和电容器13a、13b、13c之间的导体3a、3b、3c上的点的测量单元17’，使得其频率高于电网频率的流经导体13a、13b、13c的交流电分量的电压水平将以高准确度和低等待时间被测量。测量单元17’被连接到计算单元17”，其中生成到开关的控制信号的脉冲宽度调制(PWM)被计算。计算单元17”包括处理单元，其可以是单个CPU(中央处理单元)，或可以包括两个或更多处理单元。例如，处理器可以含有通用微处理器、指令设置处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器例如ASIC(专用集成电路)。处理器也可以包括用于缓存目的板存储器。
如图1所示，转换***17’”被连接到感应器12a、12b、12c，通过在其上产生与电流的变化率成比例的电压，对抗流经它的电流的变化，感应器12a、12b、12c将转换***17’”产生的脉冲变换为连续信号。感应器12a、12b、12c依次连接到导体3a、3b、3c，导体3a、3b、3c将有源滤波器1连接到电气***2，使得由有源滤波器1生成的电流可以被供应到电气***2。
测量的信号从测量单元17’被传递到计算单元17”，计算单元17”适合于计算补偿电流，用于抑制谐振和减少除电网频率以外的电流的频率分量。关于补偿电流的计算/生成的进一步细节将会参考图3-4被描述。计算单元17”被连接到转换单元(或***)17’”，其通过PWM的方式实现了补偿电流。
用于控制开关的控制信号的生成和计算单元的操作的进一步细节将会参考图3-4在下面被描述。
根据至少一些实施方式，补偿电流将会通过一个或多个数字二阶滤波器的方式被生成。二阶滤波器是具有传递函数的二阶递归线性滤波器，传递函数是两个二次函数的比：
H ( z ) = b 0 + b 1 z - 1 + b 2 z - 2 a 0 + a 1 z - 1 + a 2 z - 2
根据参考图1和2在下面描述的实施方式，二阶滤波器在计算单元(参考标号17")被数字地实现，并典型地使用超过100kSa/s、优选地超过190kSa/s的频率对电压信号进行采样，这意味着采样多于2000次、优选地多于3800次，比电力***(或电气***)的电网频率更快，其足够快速以应对在可能引起问题的频率范围内的大多数谐波的谐振行为。此外，二阶滤波器具有非常低的等待时间，这使得快速应对谐振行为变化，能够有效抑制谐振行为。
根据参考图2描述的实施方式，DC电源不产生任何它自己的电流；它仅存储它从AC相短时间周期得到的能量，使得DC电流能够连续地流动。这意味着转换***(参考图2在下面进一步描述)中的开关需要被设置成使得从一个AC相接收电力，然后依据后面描述的转换安排将电力分配到另一个AC相。
调制将要进一步详细地被描述。
图3a示出了在时/电压域中的三个AC相AC1、AC2、AC3的电网频率。调制是基于滞后的，使得在期望(参考)输出电流和实际输出电流之间的差别或错误被计算，为的是生成将被控制的误差向量。
图3b示出了当关于理想正弦参考信号AREF调制时AC1的实际电网频率。调制通过以下方式操作：向外发送补偿电流到电网，并因此转换误差向量的方向，其将误差保持在阈值T1和T2之内。在正常操作中，误差向量应该被保持在第一阈值T1之内，转换应该被适合于使得每个转换周期尽可能长，其保持降低开关的功率消耗并延长了开关的寿命。
图4a示出了通过应用一个或多个二阶滤波器到电气***2中的电流而由控制单元16得到的参考电流Istep。对其应用二阶滤波器的电流可以从测量的电压获得。可选择地，二阶滤波器可以被应用到测量的电压，并且参考电流Istep可以从作为结果的滤波电压获得。参考电流Istep表示谐振分量或其它不希望的分量，在电气***2中的电流中，其通过有源滤波器将被移除或补偿。二阶滤波器在有源滤波器的配置或设置期间内可能已经被调谐，以确保当电气***的电网频率(例如50或60Hz)被二阶滤波器衰减时谐振分量在参考电流中终结。图4a也示出了通过有源滤波器(经由转换***17’”)传送到电气***2的实际电流Iout。参考电流Istep和所传送的电流Iout的差别以误差Ierr被示出，其被保持在阈值的六边形64内。
图4b是展示了产生参考电流Istep的控制单元16的简化***说明，比较参考电流Istep与传送的实际电流Iout之后产生作为结果的电流误差向量Ierr。作为结果的电流误差向量Ierr然后与比较器(51a-51b)中的第一和第二阈值进行比较。更详细地，误差向量Ierr与51a中的第二(外部)阈值Iouter、51b中的第一(内部)阈值Iinner、51c中的第一负(内部)阈值-Iinner、51d中的第二负(外部)阈值-Iouter进行比较。比较导致了用于控制开关的控制信号33，使得生成最合适的补偿电流。
图4c示出了用于三相(AC1、AC2、AC3)的分别具有内部和外部阈值的内部64六边形和外部65六边形。阈值可以通过数字电位计被控制，并可以依赖于安置有源滤波器的***被调谐，使得来自滤波器的响应非常有效地抑制错误，且同时尽可能少地消耗能量。
在一些实施方式中，图4b中的参考电流Istep可以基于测量的电流和测量的电压。二阶滤波器可以被应用到这些测量的信号(独立地)，参考电流Istep可以例如作为这些贡献的总和被形成。
图5a示出了带有三相误差向量61a、61b、61c的调制***的实施方式的电路图。具有高值或低值52g-I的误差向量被进一步提供作为外部扇区检测器65的输入，外部部分检测器65适合于决定作为结果的误差向量是否保持在外部六边形65的边界内，其将作为结果误差向量Ierr放置在六边形65的扇区S-SVI中，并提供扇区SI-SVI形式的输出到动态控制单元67，以根据下面表1控制开关状态(例如图2中示为31a-31c的开关)，使得转换被优化，以有效地将作为结果的误差向量Ierr推到内部六边形64的边界内。表1的开关状态根据图5b中的开关状态图实现。
SI SII SIII SIV SV SVI
4Z 5Z 6Z 1Z 2Z 3Z
表1
需要的开关状态在控制信号产生单元68被接收，控制信号产生单元68确定是否需要进行转换并生成控制信号33a’、33a”、33b’、33b”、33c’、33c”，其被接收作为晶体管电桥(图2中的31a-31c)中的输入并控制晶体管，使得补偿电流通过脉冲宽度调制的方式被生成。
图6是根据一个实施方式用于有源滤波器的控制方法的流程图。控制方法包括如下步骤：在电容器和电气***(参考图1和2进一步公开)之间的点测量电压71，在控制单元生成电压信号72，其表示在交流电中不同频率的电压，在计算单元(基于电压信号并使用二阶滤波器)计算补偿电流73，用于抑制谐振行为和除了电网频率之外的频率处的电压水平，以及，基于电压信号生成控制信号74，用于控制开关以使用脉冲宽度调制(参考图1-4也进一步公开)产生补偿电流。
图7是根据一个实施方式描述调制方法的流程图。该方法包括在电气***测量电压(81)以得到电流(82)的步骤。电压可以在电气***的导体和电容器之间被测量，电容器适合于将电气***中的具有除了电网频率之外的频率的交流电导向地，其在棘手的频率和测量之间生成非常好的连接。测量的电压被用来得到电流，然后电流与具有理想正弦波形的参考电流比较(83)，使得能够得到参考电流和测量的电流之间的差别(84)，差别就是电流误差向量。电流误差阈值在有源滤波器的控制逻辑被设置(85)，用于定义什么程度的电流误差可以被接受，以及定义电流误差的响应应该什么样。该方法然后包括以下步骤：当电流误差向量在阈值以下时，使用第一转换模式基于电流误差向量在DC电源和电气***之间生成第一电流(86)(参考下图4c、5a和5b被进一步解释)。该方法进一步包括以下步骤：当电流误差向量在阈值以上时，使用第二转换模式基于电流误差向量在DC电源和电气***之间生成不同的第二电流(87)。
请注意，任何实施方式或实施方式的部分以及任何方法或方法的部分可以被以任何方式组合。本文的所有例子应当为看作是一般说明的部分，因此一般而言能够以任何方式组合。

Claims (14)

1.一种控制单元(16)，其用于有源滤波器(1)以减少电气***(2)中的谐振，所述电气***(2)包括将交流电(AC1)分配到AC导体(21)的电源(20)，所述AC导体(21)连接到功率消耗单元(22)，用于将所述交流电分配给所述功率消耗单元，所述有源滤波器(1)包括DC电源(10)和将所述DC电源(10)连接到所述AC导体(21)的DC导体(15”；3)，所述控制单元(16)包括：
电压测量单元(17’)，其适合于基于测量的电压生成电压信号；
计算单元(17”)，其适合于使用二阶滤波器，基于所述电压信号计算第一补偿电流，以减少所述电气***(2)中的谐振；和
转换***(17’”)，其位于所述DC电源(10)和所述DC导体(15”；3)之间，用于生成所计算的第一补偿电流。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述有源滤波器还包括电容器(13)，该电容器(13)连接到所述DC导体(15”；3)并接地(14)，且适合于将除了所述电气***的电网频率之外的频率导向地(14)，其中所述电压测量单元适合于连接到所述AC电源(20)和所述电容器(13)之间的点。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的控制单元，其中所述计算单元适合于将所述二阶滤波器应用到所述电压信号或应用到基于所述电压信号得到的信号。
4.根据前述任何一项权利要求所述的控制单元，其中所述二阶滤波器具有超过100kSa/s的采样频率。
5.根据前述任何一项权利要求所述的控制单元，其中所述电压测量单元(17’)还适合于测量相对于所述第一交流电分别具有大致120°和240°的偏移的第二交流电(AC2)和第三交流电(AC3)的电压，并基于所测量的第二电压和所测量的第三电压生成第二电压信号和第三电压信号，其中所述计算单元(17”)还适合于基于所述第二电压信号和所述第三电压信号计算第二补偿电流和第三补偿电流。
6.根据权利要求5所述的控制单元，其中所述DC电源(10)适合于从所述第二交流电(AC2)或所述第三交流电(AC3)接收电流，其中所述转换***(17’”)适合于以脉冲宽度调制的方式将所述第一补偿电流分配到第一AC导体(21a)。
7.根据前述任何一项权利要求所述的控制单元，其中所述计算单元适合于根据基于所测量的电流的电流信号和所述电压信号计算所述第一补偿电流。
8.一种有源滤波器(1)，用于减少电气***(2)中的谐振，所述电气***包括将交流电(AC1)分配到AC导体(21)的电源(20)，所述AC导体(21)连接到功率消耗单元(22)，用于将所述交流电(AC1)分配到所述功率消耗单元(22)，所述有源滤波器(1)包括：
DC电源(10)；
将所述DC电源(10)连接到所述AC导体(21)的DC导体(15”；3)；和
根据权利要求1-7中的任何一项所述的控制单元(16)。
9.一种抑制电气***中的谐振的方法，所述电气***包括有源滤波器，所述方法包括：
测量(71)将能量从AC电源(20)供应到能量消耗单元(22)的导体(21)的电压，
基于所测量的电压生成(72)电压信号，
使用二阶滤波器基于所述电压信号计算(73)补偿电流，和
生成(74)控制信号，用于控制转换***通过脉冲宽度调制的方式生成所述补偿电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电压在所述导体(21)和电容器(13)之间被测量，所述电容器(13)适合于将具有除了所述电气***的电网频率以外的其他频率的交流电导向地(14)。
11.根据权利要求9-10中的任何一项所述的方法，其中基于所述电压信号计算补偿电流的步骤包括将所述二阶滤波器应用到所述电压信号或应用到基于所述电压信号得到的信号。
12.根据权利要求9-11中的任何一项所述的方法，其中基于所述电压信号计算补偿电流的步骤通过使用具有大于100kSa/s的采样频率的二阶滤波器被执行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中基于所述电压信号计算补偿电流的步骤通过使用具有大于150kSa/s的采样频率的二阶滤波器被执行。
14.根据权利要求9-13中的任何一项所述的方法，其中所述补偿电流是根据基于在所述导体上测量的电流的电流信号和所述电压信号被计算的。
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